Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
Основными источниками вредного экологического воздействия объектов ЭЭС являются тепловые электростанции (ТЭС), оказывающие влияние на все три среды: атмосферу, гидросферу и литосферу. Воздушные и кабельные линии электропередачи и подстанции оказывают воздействие главным образом на литосферу.
Рассмотрим оценку экологического воздействия и формирование экологических критериев на примере ТЭС, которые определяют более 90% всего вредного экологического влияния в ЭЭС. Его степень определяется двумя группами показателей (табл. 11 и 12): показателями энергетических объектов; показателями территорий, на которых эти объекты размещены и на которые они распространяют экологическое влияние.
В табл. 12 они представлены в виде двух групп: локальных и региональных [3]. Первые являются характеристикой зоны непосредственного расположения и влияния энергетического объекта и используются при конкретном проектировании или при разработке ТЭО объектов. Вторые характеризуют зональные территориальные условия и используются в тех задачах развития, где требуется высокий уровень агрегирования информации, например при разработке программ развития электроэнергетики, оптимизации структуры электрогенерирующих источников и т.д.
Экологические критерии могут быть выражены в экономической и натуральной формах. Естественно стремление выразить все показатели эффективности в экономической форме. Их можно представить в виде нескольких групп, связанных следующей формулой:
, (22)
где - затраты, связанные с разного рода экологическими эффектами; - затраты на предотвращение или уменьшение экологического воздействия; - вклад объекта в региональные затраты на экологию; - ущерб окружающей среде от экологического воздействия объекта; - компенсационные затраты, производимые для снижения эффекта вредного экологического воздействия объекта; - эффект утилизации, получаемый от использования улавливаемых выбросов. Затраты на предотвращение можно рассматривать как технолого-экономические виде суммы
, (23)
где - затраты, связанные с выбором основного оборудования; - то же, для вспомогательного природоохранительного оборудования; - затраты, связанные с выбором мест сооружения объектов по экологическим условиям.
Таблица 11
Показатели ТЭС для оценки их воздействия на окружающую среду
|
Сфера воздействия. Показатель |
Единица измерения |
|
А. Энергоэкономические |
|
|
1. Топливные показатели |
|
|
1.1. Вид топлива |
|
|
1.2. Зольность топлива |
% |
|
1.3. Содержание серы |
% |
|
1.4. Влажность топлива |
% |
|
1.5. Удельная теплота сгорания |
|
|
2. Тип и характеристика основного оборудования |
|
|
2.1. Установленная электрическая мощность |
МВт |
|
2.2. Тепловая нагрузка |
МВт или ГДж/ч |
|
2.3. Годовой отпуск электроэнергии |
МВтч |
|
2.4. Годовой отпуск теплоэнергии |
ГДж |
|
2.5. Удельный расход топлива |
кг у.т. / (МВтч) |
|
2.6. Удельный расход электроэнергии на собственные нужды |
% |
|
3. Система очистки уходящих газов |
|
|
4. Высота дымовой трубы |
м |
|
5. Система золоудаления |
|
|
6. Система технического водоснабжения (ТВС) |
|
|
Б. Экологические |
|
|
1. Атмосферное воздействие |
|
|
1.1. Выбросы загрязнителей (раздельно по оксидам серы , азота , летучей золы) |
|
|
1.2. Удельные выбросы загрязнителей |
г/(кВтч) или |
|
1.3. Степень очистки (пресечения) выбросов в атмосферу |
% |
|
2. Воздействие на гидросферу |
|
|
2.1. Валовое водопотребление |
|
|
2.2. Удельное водопотребление |
|
|
2.3. Безвозвратное водопотребление |
|
|
2.4. Удельное безвозвратное водопотребление |
|
|
2.5. Суммарные выбросы минеральных солей в водоемы |
|
|
2.6. Удельные выбросы минеральных солей в воду |
|
|
2.7. Объем сбросного тепла |
|
|
2.8. Удельный объем сбросного тепла |
|
|
2.9. Площадь водохранилища |
|
|
3. Воздействие на литосферу |
|
|
3.1. Потребность в земельных ресурсах |
га |
|
3.2. То же, удельная потребность |
|
|
3.3. Масса золошлаковых отходов |
|
|
3.4. Удельная масса твердых отходов |
Таблица 12
Показатели окружающей среды для оценки
экологического воздействия объектов энергетики
|
Группа показателей. Показатель |
Единица измерения |
|
А. Локальные |
|
|
1. Атмосфера |
|
|
1.1. Фоновая концентрация загрязнителей (,, пыль) |
|
|
1.2. Удельные фоновые выбросы |
|
|
1.3. Коэффициент температурной стратификации атмосферы |
|
|
1.4. Характеристика розы ветров |
|
|
2. Гидросфера |
|
|
2.1. Тип водного источника |
|
|
2.2. Расстояние до водного источника |
км |
|
2.3. Объем водохранилища |
|
|
2.4. Объем стока воды |
|
|
2.5. Испарение с водной поверхности |
|
|
2.6. Удельная стоимость безвозвратного водопотребления |
|
|
3. Литосфера |
|
|
3.1. Доля земель в отчуждаемой площади |
% |
|
сельскохозяйственного назначения |
|
|
в том числе пашен |
|
|
лесных массивов |
|
|
городской и промышленной застройки |
|
|
прочих |
|
|
3.2. Доля земель в зоне экологического влияния объекта (по типам п. 3.1) |
% |
|
3.3. Удельная стоимость (ценность) земель (по типам п. 3.1) |
|
|
4. Общие показатели |
|
|
4.1. Численность населения в зоне объекта |
тыс.чел. |
|
4.2. Доля городского населения |
% |
|
4.3. Температуры (среднегодовые, средние января и июля, максимальные и минимальные) |
С |
|
Б. Региональные |
|
|
1. Атмосферные |
|
|
1.1. Уровень фонового загрязнения |
|
|
1.2. Экологическая емкость территории |
|
|
1.3. Характеристика розы ветров (диаграмма) |
|
|
1.4. Условия рельефа местности (степень пересеченности) |
баллы |
|
2. Гидросфера |
|
|
2.1. Модуль стока рек |
|
|
2.2. Вариация стока рек |
о.е. |
|
2.3. Фоновая загрязненность водоемов (уровень минерализации, взвешенных частиц) |
или |
|
2.4. Восстановительные способности водоемов |
балы |
|
Окончание табл. 12 |
|
|
Группа показателей. Показатель |
Единица измерения |
|
3. Литосфера |
|
|
3.1. Доля земель на рассматриваемой территории (по типам п.А.3.1) |
% |
|
3.2. Удельная стоимость (ценность) земель(по типам п. 3.1) |
|
|
4. Общие показатели |
|
|
4.1. Численность населения территории |
тыс.чел. |
|
4.2. Средняя плотность населения |
ч |
|
4.3. Доля городского населения |
% |
Выделение и моделирование экологической составляющей в технико-экономических показателях объектов непросто реализовать, т.к. технические, экономические и экологические требования и показатели тесно взаимодействуют. Предлагается применять подход, основанный на выделении базисных затрат, соответствующих минимальным экологическим требованиям при существующем уровне энергостроительства и энергетического производства и благоприятных внешних экологических условиях - . Тогда дополнительные затраты, связанные с внедрением более совершенных природоохранительных технологий, с введением дополнительного природозащитного оборудования или с изменением местоположения объекта в связи с экологическими требованиями, можно рассматривать как затраты на предотвращение и выразить следующим образом:
, (24)
где - полные затраты по объекту.
Размер отчислений на региональные экологические мероприятия устанавливаются местным законодательством. Эффект утилизации зависит от объема утилизируемых выбросов, который, в свою очередь, определяется экономической выгодой. Компенсационные затраты имеют следующую структуру:
. (25)
Здесь - компенсационные выплаты населению в связи с создаваемыми неудобствами, связанными со строительством объекта (снос построек, ликвидация мест отдыха, необходимость переселения и т.п.); - выплаты промышленно-производственному персоналу объекта, испытывающему его вредное экологическое воздействие; - затраты, связанные с восстановлением нарушенных природных систем. Отдельно следует рассмотреть ущерб, связанный с повышенным экологическим риском больших аварий. Хотя вероятность таких аварий мала, но вызываемые ими последствия тяжелы. Здесь также надо раздельно учитывать профессиональный риск и риск населения, а также выделять непосредственный (проявляющийся сразу) и отсроченный (проявляющийся через длительный срок, может быть даже через несколько поколений) риски. Сроки рассмотрения экологических рисков могут составлять десятки и даже сотни лет.
Особый интерес представляет формирование экологического ущерба , который распределяется по трем средам - атмосфере , водной среде и литосфере :
. (26)
Наибольшие трудности вызывает оценка ущерба от выбросов загрязнителей в атмосферу. В первом приближении его можно выразить формулой
, (27)
где i - номер загрязнителя, который вызывает ущерб; , , , - соответственно удельные ущербы для здоровья населения, коммунального, лесного и сельского хозяйства, рассчитанные для соответствующих ингредиентов загрязнителей; Н - численность населения в зоне энергетического объекта; и - соответственно площади леса и сельскохозяйственных земель в зоне объекта.
Удельные ущербы зависят от многих показателей, но прежде всего от фоновой концентрации загрязнителей и ее дополнительного увеличения от выбросов рассматриваемого объекта. Последнее является сложной функцией установленной мощности ТЭС, вида топлива, высоты дымовой трубы , типа системы очистки уходящих газов, условий рассеивания газов в атмосфере. В расчетах необходимо учитывать характер рассеивания дымовых газов, изображенный для условий равномерного рассеивания выбросов и при отсутствии фоновой концентрации на рис. 12.
На рис. 12, а приведены две характеристики изменения концентрации, из которых видно, что при увеличении высоты дымовой трубы максимальная концентрация снижается, а расстояние от трубы , на котором она наблюдается, увеличивается. Одновременно увеличивается радиус экологического влияния ТЭС , т.е. расстояние от ТЭС, на котором концентрация становится пренебрежимо малой - . На рис. 12, б показаны линии равного уровня концентраций.
Ущерб водной среде складывается из стоимости безвозвратного водопотребления и затрат на используемые водные ресурсы
. (28)
Стоимость безвозвратного водопотребления определяется ее удельной величиной , установленной мощностью и временем ее использования и удельным безвозвратным водопотреблением :
. (29)
Плата за используемые водные ресурсы определяется удельной стоимостью потребляемой технической воды, удельной потребностью в воде, платой за единицу площади водохранилища общей используемой площадью и энергетическими показателями ТЭС:
. (30)
При применении систем ТВС с градирнями или брызгальными бассейнами второе слагаемое в (30) отсутствует.
Ущерб литосфере в (26) определяется стоимостью отвода земель под территорию сооружений энергетического объекта. Она зависит от структуры земель и может быть рассчитана по формуле
, (31)
где , , , - соответственно удельная цена пахотных земель, других сельхозугодий, лесной зоны и прочих земель, а F с такими же индексами - площади, отчужденные у этих земель. Остальная часть ущерба, как нетрудно видеть, вошла в состав ущерба от выбросов атмосферных загрязнителей в формулу (27).
Изложенный подход к оценке экологических затрат возможно применить лишь на локальном (объектном) уровне, т.е. при оценке экологического влияния конкретного объекта. Однако и в этом случае трудности нахождения и неопределенность задания целого ряда стоимостных показателей очень велики. В связи с этим представляет интерес непосредственное формирование и анализ экологических критериев, выраженных не в стоимостной, а натуральной форме. Основу для введения таких критериев могут составить целый ряд показателей, приведенных в табл. 11 и 12. Например, для ТЭС это могут быть выбросы в атмосферу загрязнителей по их видам, валовое и безвозвратное водопотребление, потребность в земельных ресурсах и т.д. (см. табл. 11), а по условиям окружающей среды - фоновая концентрация загрязнителей, коэффициент стратификации атмосферы (как определяющий условия перемешивания атмосферных газов), объем стока воды, структура земель по их ценности на площадке и в зоне экологического влияния ТЭС и т.д. (см. табл. 12, показатели группы A). Возможно применение смешанной системы критериев, т.е. выражение одних критериев в натуральной, а других - в стоимостной форме.
Для облегчения решения задачи и сокращения числа критериев целесообразно учитывать эффект суммации действия различных атмосферных загрязнителей i, рассчитывая их результирующую концентрацию c. Для этого используются нормативные показатели - предельно допустимые концентрации ПДК, . Например, таким образом выбросы оксидов азота можно привести к показателям диоксида серы:
. (32)
Естественно, что оптимизация решений по вариантам развития должна выполняться на допустимой области. Например, концентрации загрязнителей всюду не должны превышать допустимых уровней. С учетом эффекта суммации имеем условие
, (33)
где определяется как максимальная величина типа показанной на рис. 12.
При нарушении экологических ограничений необходимо корректировать решения, например увеличивать высоту дымовой трубы, уменьшать установленную мощность ТЭС, изменять местоположение пункта или площадки ТЭС, выбирать другой тип основного или вспомогательного экологического оборудования, изменять вид топлива и т.д.
При решении задач регионального прогнозирования развития электроэнергетики целесообразно выделить региональный уровень формирования экологических критериев. На этом уровне можно предложить следующие частные экономические критерии влияния электроэнергетики (см. табл. 11, разд. 5):
В качестве дополнительных региональных показателей целесообразно рассмотреть плотность населения и уровень урбанизации территории. Поскольку экологические показатели распределены по территории, то возникает вопрос о территориальной дифференциации при их изучении. Исходя из специфики изучаемых объектов - электрогенерирующих источников - целесообразно рассматривать территориальные ячейки размером примерно км и более, образованные параллелями и меридианами, применяя международную географическую разграфку (рис. 13). Меньший размер ячеек может соответствовать локальному уровню анализа (если размер ячейки примерно равен зоне экологического влияния ТЭС), а больший - региональному.
Экологические показатели воздействия вредных веществ на территорию ограничиваются, как показано выше, предельно допустимыми величинами. Однако надо принимать во внимание, что совместное действие нескольких загрязнителей увеличивает степень опасности и предельно допустимый уровень загрязнения может быть превышен, хотя ни по одному из составляющих превышения ПДК не наблюдается. Совместное действие двух или более загрязнителей может характеризоваться разными свойствами, а именно - быть аддитивными, антагонистическими или синергическими. В первом случае эффекты действия всех загрязнителей просто суммируются, во втором - их совместное действие ослабевает по сравнению с аддитивным вследствие некоторого взаимного погашения негативных эффектов, а в третьем – наоборот, усиливается, когда присутствие одного из загрязнителей усиливает негативное действие другого.
Заметим, что поскольку различные загрязнители имеют разные значения ПДК, к тому же они могут быть выражены в разных единицах измерения, решение задачи определения степени опасности совместного действия нескольких загрязнителей целесообразно решать, выражая концентрации вредных веществ в долях от ПДК. Тогда, например, для аддитивного эффекта условие непревышения допустимой степени опасности для одновременного присутствия в окружающей среде загрязнителей выразится условием . Переходя к относительным единицам , это условие можно записать в виде
Однако наряду с аддитивным эффектом совместного действия нескольких загрязнителей могут наблюдаться два других вида эффектов синергический и антагонистический.
При синергическом эффекте степень негативного совместного действия двух загрязнителей выше, чем простая сумма действий каждого из них в отдельности, т. е. присутствие второго загрязнителя усиливает действие первого и (или) наоборот, присутствие первого усиливает действие второго. При антагонистическом совместном действии двух загрязнителей наблюдается обратный эффект - присутствие второго загрязнителя снижает действие первого и (или) наоборот, присутствие второго снижает действие первого. Подобные процессы могут объясняться химическим взаимодействием двух загрязнителей или взаимодействием объектов окружающей среды с ними (реакция окружающей среды).
Рассмотрим решение задачи определения степени опасности при совместном поступлении в окружающую среду загрязнителей с разными видами эффектов. Пусть в воздухе на рассматриваемой территории наблюдаются среднесуточные концентрации поступающих загрязнителей, показанные в таблице 13.
Таблица 13
Среднесуточные концентрации загрязнителей
|
№ |
Вид загрязнителя |
Предельно допустимая концентрация |
Среднесуточные концентрации поступающих загрязнителей |
|||
|
Обозначение |
Величина |
Обозначение |
Величина |
В долях от ПДК |
||
|
1 |
Окислы серы |
50 |
20 |
0,4 |
||
|
2 |
Окислы азота |
40 |
10 |
0,25 |
||
|
3 |
Аэрозоли |
50 |
18 |
0,36 |
||
|
4 |
Озон |
30 |
16 |
0,53 |
||
|
5 |
Пыль, зола |
150 |
100 |
0,67 |
Определить степень опасности совместного действия всех загрязнителей, если совместное действие оксидов серы и озона (двух загрязнителей i и j) имеет синергический эффект, выражающийся уравнениями:
если ;
если .
Совместное действие аэрозолей и озона, а также золы и озона имеет антагонистический эффект, выражающийся теми же формулами, но при коэффициентах .
Остальные взаимодействия имеют аддитивный эффект. Очевидно, что при аддитивном эффекте степень совместного действия двух загрязнителей выражается формулой . Коэффициенты для данной задачи: = 3; = 0,5; = 0,4. Предельно допустимые концентрации по введенным загрязнителям приведены в таблице 13.
Эффекты взаимодействия загрязнителей показаны в таблице 14. В таблице 14 одним плюсом обозначен аддитивный эффект, двумя плюсами - синергический и минусом - антагонистический эффект. Для удобства сопоставления среднесуточные концентрации поступающих загрязнителей выражены в долях от ПДК и приведены в таблице 13.
Таблица 14
Эффекты взаимодействия загрязнителей
|
+ |
+ |
++ |
+ |
||
|
+ |
+ |
+ |
|||
|
_ |
+ |
||||
|
_ |
|||||
Для удобства сопоставления среднесуточные концентрации поступающих загрязнителей выражены в долях от ПДК и приведены в таблице 13.
Степень опасности совместного действия загрязнителей может быть определена по формуле
.
Действительно, легко убедиться, что для совместного действия загрязнителей при аддитивном эффекте всех пар взаимодействий
.
Если для какой-либо пары загрязнителей характерен синергический эффект, то соответствующий эффект будет выше, чем при аддитивном действии, это скажется на результирующем эффекте и равенство нарушится
.
Если для какой-либо пары загрязнителей характерен антагонистический эффект, то соответствующий эффект станет меньше, чем при аддитивном действии и результирующий эффект снизится, что приведет к неравенству
.
Если же среди загрязнителей присутствуют пары с различным характером взаимодействия, тол направление изменения результирующего эффекта будет определяться тем, какого типа взаимодействия преобладают.
Определять результирующий эффект удобно по матрице взаимодействий, показанной для рассматриваемого примера в таблице 15.
Таблица 15
Общий вид матрицы взаимодействия загрязнителей
Вторая половина матрицы не заполняется ввиду ее симметричности (). Заполнение матрицы численными значениями начинается с определения концентраций загрязнителей в относительных единицах (показано в таблице 13). Далее выполняется расчет концентрации парных взаимодействий синергического и антагонистического характера.
Для пары (синергический эффект):
Для пары (антагонистический эффект):
Для пары (антагонистический эффект):
Остальные внедиагональные коэффициенты матрицы взаимодействий загрязнителей определяются простым сложением соответствующих элементов главной диагонали (аддитивный эффект). Например, для пары
В результате получена матрица взаимодействий загрязнителей, показанная в таблице 16. Если выполнить простое суммирование диагональных элементов в таблице 16, то можно получить результат, соответствующий аддитивному взаимодействию всех загрязнителей (сумма элементов главной диагонали равна ).
Таблица 16
Матрица взаимодействия загрязнителей
|
0,4 |
0,65 |
0,76 |
1,33 |
1,07 |
|
|
0,25 |
0,61 |
0,78 |
0,92 |
||
|
0,36 |
0,35 |
1,03 |
|||
|
0,53 |
0,35 |
||||
|
0,67 |
Расчет по формуле (сумма внедиагональных коэффициентов матрицы) позволяет получить характеристику суммарного взаимодействия загрязнителей
Таким образом, и, следовательно, в данной задаче преобладает антагонистический эффект взаимодействия загрязнителей.
Как было показано выше, задачи развития ЭЭС, как правило, являются многокритериальными, отчего поиск оптимального решения существенно затрудняется. Разработке методов оптимизации в условиях многокритериальности посвящено много работ. Успех оптимизации во многом зависит от сопоставимости критериев. Можно представить три типа их сопоставимости: количественный, качественный и несопоставимый.
В первом случае возможно применение метода скаляризации, когда несколько критериев , можно заменить одним скалярным:
. (34)
Наибольшую проблему составляет определение коэффициентов , с помощью которых удается сопоставить различные критерии. Например, в формуле приведенных затрат такими коэффициентами являются и 1. Однако случаи, когда критерии выражаются в одинаковых единицах измерения, редки. В этих случаях удобнее предварительно приводить их к безразмерному виду. Это можно сделать различными способами. Наиболее часто используется выражение критериев (точнее, функционалов цели) в долях от некоторой базисной величины (нормирование).
В качестве базисной величины обычно выбирают максимальное наблюдаемое значение . Тогда нормированные значения определяются по формуле . Можно в качестве базисной величины брать среднее из наблюдаемых значений . Тогда нормированные значения будут рассчитываться по формуле .
Также нередко сначала осуществляется центрирование наблюдаемых значений (вычитание из них средней арифметической величины для всех наблюдаемых), а затем нормирование относительно размаха колебаний, т.е. разности максимального и минимального значений . В этом случае нормирование выполняется по формуле
. (35)
После нормирования скалярный критерий выражается формулой
. (36)
В выражении (36) все величины безразмерные. Нетрудно также показать формулы перехода от записи (36) к (34) для всех введенных выше случаев.
Коэффициенты подбираются так, чтобы выполнялось условие
. (37)
В этом случае коэффициенты называют весовыми коэффициентами критериев. Чем больше величина весового коэффициента, тем более важным считается критерий. Для определения весовых коэффициентов часто применяются методы экспертных оценок, когда значения весовых коэффициентов определяются экспертами. Обычно экспертам предлагают для удобства задать «вес» наиболее важному критерию, равный единице, а остальным - по убывающей шкале. Тогда заданные экспертно веса , легко приводятся к виду (37) по формуле .
Отдельную проблему составляет обработка оценок отдельных экспертов и организация работы экспертов. Эти вопросы изложены в работах [1, 5].
Второй случай - качественной сопоставимости критериев - относится к ситуации, когда невозможно задать весовые коэффициенты критериям, но
можно проранжировать их по степени убывания важности. Обычно такое ранжирование также осуществляется экспертами.