автореферат диссертации по энергетике, 05.14.16, диссертация на тему:Комплексный метод регулирования аэротехногенного воздействия предприятий топливно-энергетического комплекса (ТЭК) региона

^ о-^ #

* V-

'■>•44

На правах рукописи

УДК 504.3.06.003:620.9

ШЕПЕЛЕВА Антонина Васильевна

КОМПЛЕКСНЫЙ МЕТОД РЕГУЛИРОВАНИЯ АЭРОТЕХНОГЕННОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ ПРЕДПРИЯТИЙ ТОПЛИВНО-ЭНЕРГЕТИЧЕСКОГО КОМПЛЕКСА (ТЭК)

РЕГИОНА

Специальности: 05.14.16 - Технические средства и методы защиты окружающей среды 11.00.11 - Охрана окружающей среды и рациональное использование природных ресурсов

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Санкт-Петербург 1998

Работа выполнена в Санкт-Петербургском Научно-исследовательском Центре экологической безопасности Российской Академии Наук

Научный руководитель - доктор экономических наук, профессор

Донченко В.К.

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Потехин Г.С. доктор технических наук, профессор Лямаев Б.Ф.

Ведущая организация - отдел экологически безопасных энергетических систем Центра стратегических исследований, Санкт-Петербург

Защита состоится 28 мая 1998 года в 11.00 на заседании диссертационного совета Д 064.87.01 в Балтийском государственном техническом университете им. Д.Ф.Устинова по адресу. Санкт-Петербург, 1-я Красноармейская, 1, аудитория 217.

С диссератцией можно ознакомиться в библиотеке Балтийского государственного технического университета.

Автореферат разослан 24 апреля 1998 года

Ученый секретарь диссертационного совета

Л.Ф.Дроздова

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Топливно-энергетический комплекс (ТЭК) России в период выхода из экономического кризиса обеспечивает боте е половины экономического потенциала страны. Наличие в стране юбственных топливно-энергетических ресурсов создает необходимые условия для развития других отраслей производства. В то же время, 1редприятия энергетической отрасли вносят основной вклад в процесс ¡агрязнения окружающей среды.

Проблема сокращения выбросов вредных веществ в атмосферу фи производстве тепла и электроэнергии из органического топлива ¡ходит в число приоритетных.

Вредные вещества, образуясь в технологических процессах пред-гриятий ТЭК, поступают в технические системы очистки и выбрасы-аются в атмосферу через высотные трубы. В зависимости от конкрет-ой метеорологической обстановки потоки вредных веществ оказы-ают негативное воздействие на природную среду как в зоне размеще-ия предприятий ТЭК, так и на значительных, достигающих десятков сотен километров, расстояниях от них. Эти потоки составляют ос-овную долю веществ-загрязнителей, которые участвуют в трансгра-ичных загрязнениях природной среды.

В больших городах предприятия ТЭК по уровню загрязнения гмосферы занимают второе место после автотранспорта.

Радикальным методом сокращения выбросов вредных веществ а предприятиях ТЭК, то есть снижения аэротехногенной эмиссии, яв-тотся технологические мероприятия на всех этапах производства те-ча и электроэнергии, включающие переход на экологически безопаске виды топлива и повышение коэффициента полезного действия ункциональных технологических блоков предприятий ТЭК. Однако I практике природоохранные и технологические мероприятия осуще-■вляются по различным планам.

Методы директивного и экономического регулирования уровня-I аэротехногенного воздействия на природную среду формализуют юцедуру платы за нормативные выбросы (ПДВ) и штрафных санк-1Й за сверхнормативные выбросы по утвержденной для каждого >едприятия номенклатуре вредных веществ.

При этом предотвращенный ущерб природной среде определяет-как произведение количества уловленных вредных веществ в систе-IX очистки на ставки платежей по конкретным веществам. То есть, м больше вредных веществ уловлено, тем выше показатели предпри-ия в природоохранной деятельности.

Очевидные недостатки такого подхода, к главным из которых окно отнести возникающее противоречие с концепцией ресурсосбе-жения, стимулировали выбор предмета исследования диссертацион-й работы, заключающегося в обосновании и разработке комплекс-

ного метода регулирования аэротехногенного воздействия на прир ную среду предприятий ТЭК региона, позволяющего проводить оп мизацию технологических процессов по критериям экологичеа безопасности на всех этапах технологической цепочки произволе тепла и электроэнергии из органического топлива.

Объекты исследования: технологические процессы произволе тепла и электроэнергии из органического топлива ТЭЦ и ГРЭС Т! региона Санкт-Петербурга и Ленинградской области.

Цель работы: разработка комплексного метода регулирова! аэротехногенного воздействия на природную среду предприятий TI региона, работающих на органическом топливе, с использованием ; тодологии экометрического анализа, оценки и прогнозирования i тенциальной опасности и регулирования уровней техногенных возд ствий на природную среду различных технологий и производств.

Основные задачи:

1. Провести анализ современного состояния проблемы сокращен выбросов вредных веществ в атмосферу при производстве тепле электроэнергии из органического топлива на предприятиях ТЭК.

2. Теоретически обосновать основные положения метода зкометри ской оценки аэротехногенного воздействия объектов ТЭК по техг логическим параметрам процесса производства энергии из oprai ческого топлива.

3. Выполнить функциональный экометрический анализ аэротехноп ных характеристик технологических процессов производства теп и электроэнергии из органического топлива крупных предприят ТЭК региона Санкт-Петербурга и Ленинградской области.

4. Обосновать уровень приемлемого отраслевого аэротехногеннс риска при производстве энергии из органического топлива д предприятий ТЭК региона и провести ранжирование предприят ТЭК региона Санкт-Петербурга и Ленинградской области по урс ням экологической опасности их технологий.

5. Формализовать комплексный метод регулирования аэротехноге ного воздействия предприятий ТЭК региона и разработать ре* мендации по его практическому использованию.

Методы исследования: методология экометрического анали: оценки и прогнозирования потенциальной опасности и регулирован уровней техногенных воздействий на природную среду различных е дов хозяйственной деятельности, методы прикладного системно анализа, методика определения количественных характеристик выбр сов веществ-загрязнителей от промышленных и коммуналья бытовых ко глоагрегатов и теплогенераторов.

Научная новизна результатов исследования: [.Теоретически обоснованы основные положения метода экометриче-ской оценки аэротехногенного воздействия объектов ТЭК, работающих на органическом топливе, и выполнен экометрический анализ всего технологического процесса этих объектов по производству тепла и электроэнергии: > получены индексы азротехногенного воздействия приоритетных для объектов ТЭК веществ-загрязнителей (зола, оксид углерода, диоксиды серы и азота) и построены качественные аэротехногенные спектры поликомпонентных потоков этих веществ-загрязнителей для различных видов органического топлива;

определены качественные и количественные экометрические показатели азротехногенного воздействия различных топлив; предложена методика расчета экометрических показателей аэротехногенного воздействия по основным функциональным технологическим блокам объектов ТЭК для анализа изменения уровней экологической опасности потоков веществ-загрязнителей в процессе производства энергии.

. Проведена экометрическая оценка эффективности технологических мероприятий, снижающих аэротехногенное воздействие непосредственно в источниках образования вредных веществ - технологических процессах производства энергии из органического топлива объектов ТЭК, что обеспечивает практическую реализацию главного принципа защиты окружающей среды.

. Введено понятие эколого-экономического положения предприятия ТЭК и предложены экометрические показатели его оценки - аэротехногенные индексы технологии, которые использованы для проведения процедуры ранжирования предприятий ТЭК региона по уровням аэротехногенного риска.

. Обоснована формула расчета уровня приемлемого отраслевого аэротехногенного риска технологий предприятий ТЭК региона на основе аэротехногенных потенциалов их топливобалансов. . Результаты исследования обобщены в виде комплексного метода регулирования аэротехногенного воздействия предприятий ТЭК региона.

Разработаны рекомендации по практическому использованию комплексного метода регулирования аэротехногенного воздействия предприятий ТЭК региона на природную среду, в которых определена последовательность реализации метода для конкретных объектов.

Практическая ценность. Результаты исследования, формализо-шные в виде метода регулирования аэротехногенного воздействия на риродную среду предприятий ТЭК региона:

- комплексно определяют взаимосвязь технологических, экономи ских и экологических показателей технологии производства энер] из органического топлива;

- составляют научно-методическую основу подготовки исходной : формации для системы поддержки принятия управленческих ре1 ний по сокращению выбросов вредных веществ в атмосферу г существующих на предприятиях ТЭК региона технологиях;

- позволяют разрабатывать прогностические модели и сценарии р вития экологической ситуации в регионе при оптимизации техно, гических процессов на предприятиях отрасли по критериям эко. гической безопасности.

Реализация результатов. Материалы диссертационной рабо были использованы при разработке энергетической политики для гиона Санкт-Петербурга и Ленинградской области (Про< ТАС18/Е1Ш001/92, 1995), программы развития тогшив! энергетического комплекса Ленинградской области на период до 2( года (1996), энергетической программы Санкт-Петербурга на пери до 2010 года (1996), а также внедрены в программе первоочередн атмосфероохранных мероприятий для Санкт-Петербурга по разде "Теплоэнергетика" (1997).

Апробация работы. Материалы, вошедшие в диссертацию, д< ладывались и обсуждались на семинаре "Экологические проблемы } банизированных территорий" (Санкт-Петербург, 11 октября 1996 1 Молодежном экологическом форуме стран Балтийского регио "Экобалтика XXI век" (Санкт-Петербург, 23-26 октября 1996 ] встрече неправительственных экологических организаций Балтии« Скандинавского региона (16-17 ноября 1996 г.), Всероссийской на^ но-практической конференции с международным участием "Новое экологии и безопасности жизнедеятельности" (Санкт-Петербург, 20-мая 1997 г.), заседании секции "Экономика энергетики и прсбле? энергосбережения" Санкт-Петербургского отделения Международн энергетической академии (Санкт-Петербург, 28 мая 1997 г.), симг. зиуме "Стратегия экологической безопасности Санкт-Петербурга основе опыта Нидерландов" (Санкт-Петербург, 9-12 сентября 1997 I научно-практической конференции "Промышленная экология-9 (Санкт-Петербург, 12-14 ноября 1997 г.).

Публикации. По материалам диссертации автором опубликог но 6 печатных работ.

Структура и объем работы. Диссертация изложена на 138 стр ницах и состоит из введения, четырех глав, заключения, списка ли: ратуры, включающего 170 источников, имеет 18 рисунков, 56 таблг одно приложение. В приложение вынесены результаты расчета эк метрических показателей аэротехногенного воздействия различи! видов органического топлива.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении дана краткая формулировка проблемы, обоснована ге актуальность, поставлена цель диссертационной работы, определены основные задачи исследования, отражена научная новизна Полуниных результатов, их практическая ценность и апробация, описана лруктура изложения материала диссертации.

В первой главе выполнен анализ современного состояния проблемы сокращения выбросов вредных веществ в атмосферу при произ-юдстве тепла и электроэнергии из органического топлива на предпри-гтиях ТЭК.

По результатам опубликованных научных исследований уста-ювлено, что основные методы регулирования аэротехногенного воз-гей сгв и я предприятий ТЭК можно разделить на три группы:

■ технологические мероприятия, непосредственно затрагивающие процесс производства энергии из органического топлива;

■ экономические механизмы принуждения и стимулирования предприятий ТЭК к снижению аэротехногенного воздействия на окружающую природную среду;

контроль эмиссии веществ-загрязнителей в воздушную среду.

В такой же последовательности ранжируется и их эколого-кономическая эффективность.

Технологические мероприятия включают реализацию политики ресурсосбережения, переход к малоотходным технологиям сжигания оплива, изменение структуры топливопотребления предприятий ТЭК сторону экологически безопасных видов топлива. На примере опыта азвитых зарубежных стран показаны пути практической реализации олитики энергосбережения.

Директивные и эколого-экономические методы регулирования эротехногенного воздействия ориентированы на разработку, законо-ательное закрепление и практическое применение системы норм и равил, регламентирующих количественные характеристики выбросов редприятий ТЭК, не затрагивая технологических процессов произ-одства энергии.

Они тесно связаны с методами контроля эмиссии веществ-1грязннтелей в окружающий воздушный бассейн, которые обеспечи-ают исходную информацию для расчетов загрязнения природной реды и разработки нормативов предельно допустимых выбросов

ВДВ)-

В нашей стране в постановке вопроса и разработке проблемы егулирования аэротехногенного воздействия предприятий ТЭК нор-ативными методами велик вклад Ю.А.Израэля, М.Е.Берлянда, :.А.Бушгуевой и других ученых.

Отмечено, что в новых экономических условиях наблюдается :иление процесса ориентации предприятий ТЭК на формирование

экономического интереса в процессе экологизации технологическ: процессов производства энергии из органического топлива посредс вом введения в стоимость конечного продукта - энергии - экологи1: ской составляющей. Положительное значение этой практики заключ ется в том, что оптимизация технологического процесса производст энергии по критериям экологической безопасности станет необход мым условием конкурентоспособного экономически эффективно функционирования предприятий ТЭК.

В связи с этим подчеркнуто, что экономические механизмы per лирования аэротехногенного воздействия предприятий ТЭК доля« строится по принципу "затраты - выгоды". В отечественных и зар бежных научно-практических исследованиях в последнее время в к а1 стве показателя эколого-экономической оптимальности технологии ского процесса предприятия ТЭК используются критерии, учитыва] щие соотношение экологического результата при внедрении компле са мероприятий по сокращению аэротехногенного воздействия и з трат на реализацию этих мероприятий. В качестве измерителя экол гического результата указанных мероприятий рассматривается сум? предотвращенного ущерба окружающей природной среде. Детальн исследование существующих методов и методик определения ymepi представлено в работах О.Ф.Балацкого, В.И.Измалкова, А.А.Быко: и других ученых.

Выделен вывод о том, что разрешение проблемы сокращен! выбросов вредных веществ в атмосферу от предприятий ТЭК, раб тающих на органическом топливе, зависит от теоретического обосн вания и последующей практической реализации аппарата регулиров ния, связующего административные, экономические, технологическ и другие механизмы регулирования, которые должны исследоваться применяться в комплексе, дополняя друг друга.

Во второй главе выполнен анализ методов оценки аэротехноге ного воздействия на окружающую среду предприятий ТЭК, работа] щих на органическом топливе.

Отмечено, что для разработки действенного механизма регул рования аэротехногенного воздействия предприятий ТЭК необходш объективная оценка этого воздействия.

Важнейшим шагом в этом направлении стала новая методолог "оценки воздействия на окружающую среду" (ОВОС). Главное зна1 ние методологии ОВОС состоит в создании научной основы систем принятия решений об экологической безопасности проектов, реалиэ ция которых может оказать негативное воздействие на окружающ} природную среду.

Проведен анализ различных методов осуществления ОВОС : качественном и количественном уровнях. В качестве основных выбр ны методы, предложенные зарубежными учеными: докторе JI.Леопольдом и сотрудниками Геологической службы США, докт

>ом Я. Мак Харгом (Пенсильванский университет), Миншеллом, Ба-гелле (Колумбийский университет). Рассмотрены отечественные достижения в практической реализации методов экологического картиро-¡ания и имитационного моделирования экологической ситуации в фомышленных регионах, характеризующихся высокой концентраций предприятий ТЭК.

Отмечено, что для решения проблемы экологизации производст-¡а энергии необходимо оперативное и качественное отображение те-:ущей и прогнозной информации об его аэротехногенном влиянии на жружающуго природную среду. Объективность и полнота такой информации является начальным условием для определения алгоритмов [ахождения компромиссных управленческих решений при рассмотрели вариантов возможных состояний окружающего воздушного бас-ейна, вызванных развитием предприятий ТЭК, и важным условием ячества регулирования аэротехногенного воздействия этих предпри-тий по критериям экологической безопасности.

Проведен анализ литературы по проблеме оценки аэротехноген-ого влияния предприятий ТЭК на состояние приземного слоя атмо-феры, который позволил выделить следующие основные направления аучных исследований:

разработка методов оценки аэротехногенного воздействия, использующих данные системы мониторинга;

разработка расчетных методов количественной оценки выбросов веществ-загрязнителей, предполагающих применение теоретических и эмпирических уравнений, включающих технологические параметры процесса производства энергии из органического топлива; разработка методов экстраполяции данных оценки аэротехногенного воздействия по другим, аналогичным рассматриваемому, предприятиям.

Обоснован выбор аналитического подхода к оценке аэротехно-гнного воздействия предприятий ТЭК, так как сложившаяся в на-гоящее время обстановка в системе мониторинга атмосферы не га-антирует получение оперативной и реальной информации.

Научные основы экометрического анализа заложены в работах .Манна (Канада), Б.Стиглиани, К.Холлинга (США), а также отечест-гнных ученых Т.А.Акимовой (Моисеенковой), М.Я.Антоновского, '.Ф.Балацкого, К.А.Буштуевой, И.Я.Блехцина, Ю.С.Васильева, ¡.Г.Воробьева, В.К.Донченко, В.И.Измалкова, Ю.А.Израэля, .Я.Кондратьева, Т.В.Лисочкрной, Г.И.Марчука, В.В.Яковлева, .С.Потехина и др. Разработка и обобщение основных положений ме-эдологии экометрического анализа, оценки и прогнозирования по-шциальной опасности и регулирования уровней техногенных воздей-гвий на природную среду различных видов хозяйственной деятельно-ги по критериям экологической безопасности выполнен в работах .К.Донченко.

Представлены следующие специальные термины, определения, единицы, размерности, используемые в методологии.

Техногенное воздействие - регистрируемый, подтвержденный или прогнозируемый эффект реализации техногенных факторов в компонентах природной среды, в биоте и организме человека.

Источники техногенного воздействия - искусственные системы, вещественно-энергетические процессы, которые приводят к генерации веществ-загрязнителей (ВЗ) и возникновению других техногенных факторов.

Генерация техногенного воздействия - процесс образования (наработки) ВЗ.

Техногенная эмиссия - выход (выброс, сброс) ВЗ техногенного происхождения в природную среду.

Техногенный поток - направленное движение ВЗ техногенного происхождения в компонентах природной среды, то есть в атмосфере, в воде, в почве, в трофических цепях различного иерархического уровня.

Источники техногенных потоков - простые или сложные системы, инициирующие поступление (генерирующие) ВЗ в компоненты природной среды, биоту и в организм человека.

Техногенная масса (МТ) (грамм) - физическая масса вещества-загрязнителя техногенного происхождения:

Для индивидуальных веществ:

Мт = Л/„ (1)

Для веществ сложного состава:

МТ = ±МТ„ (2)

( = 1

МТ1 = р,мт , (3)

где: п - общее число веществ-загрязнителей в поликомпонентном потоке; - весовой коэффициент (доля) индивидуального ВЗ в поликомпонентном техногенном потоке:

(5>-1) (4)

¡«1

Индекс техногенного воздействия (1Ш) - численный показатель уровня техногенного воздействия ВЗ, характеризующий его относительную экологическую опасность в сравнении с условным (единичным или базовым) веществом, предельно допустимая концентрация которого принимается за единицу (аналогичен известному в токсикометрии индексу относительной токсичности).

Обобщенный индекс техногенного воздействия (1отв) ~ сумма произведений индексов техногенного воздействия ВЗ на их весовые коэффициенты (р,) в поликомпонентном техногенном потоке.

п

Iotb-T.P.ITB, (5)

i» I

Техногенное число (T¡) (tern) - количественный показатель относительного уровня экологической опасности ВЗ, равный произведению физической массы (Mr¡) индивидуального ВЗ техногенного происхождения на его индекс техногенного воздействия:

Т, = МТ11ТВ1 (6)

Обобщенное техногенное число (Т0) (tem) - количественный показатель для веществ сложного состава, равный алгебраической сумме техногенных чисел индивидуальных веществ:

To=tT< (V

TO-IlMT.Itb, (8)

Приведенное техногенное число (единичное - Tn¡ и обобщенное -ТПо) - удельный количественный показатель техногенного воздействия, отнесенный на учетную единицу исходных компонентов и готовой продукции, площади (предприятия или территории), прибыли, на человека и т.п.

Потенциал техногенной опасности источника техногенного воздействия определяется количеством техногенной эквивалентной массы, сосредоточенной в его объеме или физической массе.

Мощность источника техногенного воздействия (N¡¡) (tox) - величина, определяемая отношением количества техногенной эквивалентной массы, генерируемой источником воздействия в единицу времени.

Для монокомпонентных источников:

<9>

Для поликомпонентных источников:

N„=dT°/dt (Ю)

Техногенный спектр:

■ качественный - последовательность индексов техногенного воздейст-зия веществ техногенного происхождения в источнике, техногенном потоке или объекте воздействия, представленная численно или графи-iecKii.

■ количественный - последовательность техногенных чисел источника, техногенного потока или объекта воздействия, представленная численно или графически.

Проанализированы возможности методологии экометрического шализа, оценки и прогнозирования потенциальной опасности и регу-шрования техногенного воздействия на природную среду различных технологий и производств в приложении к оценке аэротехногенного юздействия объектов ТЭК, работающих на органическом топливе

(табл.1), что позволило сделать вывод о целесообразности такой адаптации и о важном значении экометрического подхода для создания методов регулирования процесса производства энергии на предприятиях ТЭК по критериям экологической безопасности.

Таблица 1

№ Возможности методологии Приложение для оценки аэротехногенного воздействия объектов ТЭК

1. Определение качественных характеристик техногенных потоков в виде их спектральных отображений по уровням опасности транспортируемых ВЗ Построение качественных аэротехногенных спектров потоков приоритетных для объектов ТЭК веществ-загрязнителей по видам топлива

2. Сравнительная оценка мощностей генерации ВЗ от источников различного происхождения Сравнение различных видов органического топлива по количественным и качественным экометрическим показателям аэротехногенного воздействия

Определение обобщенных количественных характеристик процесса генерации техногенных ВЗ от источников, различных по мощности, природе и пространственной ориентации Определение экометрических показателей потенциального аэротехногенного воздействия объектов ТЭК различных иерархических уровней - элементарного, локального,городского, областного, регионального

4. Оценка изменения уровней техногенной опасности ВЗ в процессе их превращения в технических системах экологической безопасности (очистка, нейтрализация, рециркуляция) Экометрическая оценка эффективности технологических методов снижения аэротехногенного воздействия объектов ТЭК. Определение экометрических показателей фактического аэротехногенного воздействия объектов ТЭК

5. Разработка обобщенных техногенных спектров и техногенных чисел для различных источников эмиссии ВЗ с целыо оценки степени экологической безопасности технологий, производств и промышленных комплексов Определение экометрических показателей аэротехногенного риска технологий производства тепловой и электрической энергии из органического топлива на предприятиях ТЭК

6. Сравнительная оценка мощностей генерации и эмиссии ВЗ от источников, распределенных по территориям в административных границах районов, городов, регионов, стран Сравнительная оценка экометрических показателе» аэротехногенного риска технологий предприятий ТЭК региона с целыо регулирования их аэротехногенного воздействия по главному критерию экологической безопасности - уровню приемлемого риска

В третьей главе теоретически обоснованы основные положения метода экометрической оценки аэротёхногенного воздействия объектов ТЭК, работающих на органическом топливе, и выполнен экомет-

рический анализ всего технологического процесса этих объектов по производству тепла и электроэнергии.

Высокая токсичность, широкое распространение в атмосфере, относительно длительные сроки пребывания в ней стали главными причинами выделения для исследования следующей группы ВЗ: диоксиды серы и азота, оксид углерода, зола, содержащая тяжелые металлы. Отмечено, что именно эти примеси имеют наибольший процент от объема валового выброса ВЗ объектами ТЭК в окружающую природную среду.

Получены индексы аэротехногенного воздействия приоритетных для объектов ТЭК веществ-загрязнителей, рассчитанные:

• для индивидуальных веществ по принципу "по отношению к базовому веществу-загрязнителю", функции которого выполняло условное вещество со среднесуточной предельно допустимой концентрацией для воздушной среды ПДКССВ = 1 мг/куб.м;

• для поликомпонентного вещества - золы - согласно алгоритму обобщения индексов аэротехногенного воздействия индивидуальных ВЗ в суммарный показатель /ога по средним показателям содержания зольных компонентов.

Построены качественные аэротехногенные спектры потоков приоритетных веществ-загрязнителей для различных топлив (табл.2).

Таблица 2. Численная интерпретация качественных аэротехногенных спектров потоков веществ-загрязнителей для различных топлив

Топливо Качественный аэротехногенный спектр

зола диоксид серы оксид углерода диоксид азота

Кузнецкий уголь 37,92 20,00 0,33 25,00

Мазут сернистый 215,00 20,00 0,33 25,00

Сланцы 21,90 20,00 0,33 25,00

Торф 34,13 20,00 0,33 25,00

Природный газ - - 0,33 25,00

Отмечено, что одним из традиционных условий обоснования экологической целесообразности и экономической эффективности использования топлива на объектах ТЭК является анализ его технических характеристик - зольности, серннстости, влажности и теплоты сгорания.

Предложен другой способ сравнения используемых при производстве энергии топлив - по количественным и качественным экомет-рическим показателям, характеризующим уровни аэротехногенного воздействия энергоресурсов.

Расчет потенциальных аэротехногенных масс индивидуальных веществ-загрязнителей и всего поликомпонентного потока ВЗ проведен по методике определения количественных характеристик выбросов вредных веществ от промышленных и коммунально-бытовых кот-

лоагрегатов и теплогенераторов, включающей параметры технологического процесса производства энергии из органического топлива.

Потенциальные аэротехногенные массы ВЗ и качественные аэротехногенные спектры потоков веществ-загрязнителей топлив были положены в основу аналитического расчета следующих экометрнческих показателей аэротехногенного воздействия энергоресурсов:

• количественных спектров аэротехногенных чисел отдельных ВЗ;

• обобщенных аэротехногенных чисел всего поликомпонентного потока ВЗ, рассчитанных на единицу расхода топлива объектами ТЭК;

• приведенных к единицам тепловой (ккал) и электрической (кВт-ч) энергии обобщенных аэротехногенных чисел;

• качественных характеристик топлив в виде обобщенных индексов аэротехногенного воздействия потоков ВЗ.

Проведено сравнение различных топлив по указанным экомет-рическим показателям (рис.1, 2).

Природный газ Канско-ачинский уголь Торф Сланцы Мазут сернистый Мазут высокосернистый Кузнецкий уголь Донецкий уголь Печорский уголь Подмосковный уголь

15

1отв

> 20,34

128,о:

Рис.1. Сравнение различных топлив по величине обобщенного индекса аэротехногенного воздействия потока ВЗ

Экометрические показатели аэротехногенного воздействия различных топлив обусловили разработку последовательности расчета экометрнческих показателей потенциального аэротехногенного воздействия объектов ТЭК, позволяющую перейти от традиционного анализа структуры и объемов топливопотребления объекта ТЭК в тоннах условного топлива к экометрическому анализу потока ВЗ, потенциально создаваемого топливным балансом этого объекта (табл.3).

То, (М(ет/т, М:ет/тыс.куб.м)

Рис.2. Сравнение различных топлив по величине аэротехногенного потенциала (на единицу расхода)

Исследована динамика изменения экометрических показателей ютенциального аэротехногенного воздействия объектов ТЭК региона "анкт-Петербурга и Ленинградской области различных иерархиче-ких уровней (элементарного - отдельные котлоагрегаты, локального -сдельные ТЭЦ и ГРЭС, городского, областного и регионального -ЭЦ и ГРЭС города, области и региона в целом) в зависимости от избиения объемов и структуры их топливопотребления в период 1990996 гг. Отмечено, что: снижение потенциальных обобщенных аэротехногенных чисел потоков ВЗ объектов ТЭК не гарантирует улучшение экологического качества топливобалансов для окружающей природной среды вследствие возможности повышения токсичности создаваемых потоков ВЗ, характеризуемой их обобщенными индексами потенциального аэротехногенного воздействия. Указанная ситуация возникла на объектах ТЭК Ленинградской области в 1990-1991 гг.; тенденция увеличения в топливных балансах ТЭЦ и ГРЭС региона Санкт-Петербурга и Ленинградской области доли природного газа в период 1990-1996 гг. обеспечило следующее снижение величин экометрических показателей потенциального аэротехногенного воздействия объектов ТЭК городского, областного и регионального уровней: Т0"'6 - примерно в 3 раза, 10тв"6 ~ примерно в 1,5 раза за весь исследуемый период.

Таблица 3. Расчет экометрических показателей потенциального аэротехногенного воздействия объектов ТЭК (на примере топливобаланса объектов ТЭК региона Санкт-Петербурга и Ленинградской области)

Показатель Топливо Расчетная формула

Мазут Уголь Газ Торф

Потребление топлива объектом ТЭК в условных единицах В), т.у.т/год В', в-1 В', В'<

Потребление топлива объектом ТЭК в физических единицах В„ тонн/год, тыс.куб.м/год В, в2 Вз В, В=В)/Э, (11) о б„'( б.', Э, = —или —— 29309 7000 Э,- тепловой эквивалент - теплота сгорания топлива кДж/кг, ккал/кг

Потенциальная аэротехногенная масса потока ВЗ топлива Ма, тонн/год М01 м03 Моз М04 М0,=МоВ, (12) М0 - потенциальная аэротехногенная масса потока ВЗ на единицу расхода топлива, тонн/т, тонн/тыс.куб.м

Потенциальная аэротехногенная масса потока ВЗ объекта ТЭК М0'"6, тонн/год < = 1х а) (.1 п - общее число потребляемых на объекте ТЭК топлив (в данном случае л=4)

Потенциальное обобщенное аэ-ротехиогашое число потока ВЗ топлива (аэротехногенный потенциал топлива) Г0/, М1ет/год Г0, Т02 Т01 Т04 То,= ТоВ, (14) Т0 - аэротехногенный потенциал единицы расхода топлива, КИет/т, М1ет/тыс.куб.м

Потенциальное обобщенное аэ-ротехногеньое число потока ВЗ объекта ТЭК (аэротехногенный потенциал топливобаланса) То™6, М(ет/год (15) /-1 п - общее число потребляемых на объекте ТЭК топлив (в данном случае п-4)

Потенциальная мощность аэро-техпогенното потока ВЗ объекта ТЭК Л"4, К* ггг>1> N"0 = - 0 .- (16) 31,5-106

Обобщенный индекс аэротехногенного воздействия потенциального потока ВЗ объекта ТЭК (потенциальная токсичность) г >п6 'птп (17) ав

Разработана последовательность расчета экометрических показателей эффективности технологических мероприятий по снижению аэротехногенного воздействия объектов ТЭК, отражающая переход от традиционного способа измерения эффективности мероприятий в виде процентных изменений физических масс ВЗ к расчету поправочных коэффициентов как на аэротехногенный потенциал топливобаланса объекта ТЭК, так и на аэротехногенные потенциалы отдельных ВЗ, его составляющих (табл.4).

Таблица 4. Расчет экометрических показателей эффективности технологического мероприятия по снижению аэротехногенного _воздействия объекта ТЭК__

Показатель Вещества-загрязнители Расчетная формула

Зола Диоксид серы Оксид углерода Диоксид азота

Степень изменения присутствия /-го ВЗ в потоке ВЗ при реализации р-го мероприятия т\г1г1 „ <Р> т, 1р1 Лео я (р) Л А'02

Потенциальная аэротехногенная масса 1-го ВЗ в потоке ВЗ объекта ТЭК (М,)', тонн/год (МзУ (М$02) ' (Мсо)' (Мыог)' 1-1 где: М) - потенциальная аэротехногенная масса 1-го ВЗ на единицу расходау-го топлива, тонн/т, тонн/тыс.куб.м; Ву потребление топлива]-го вида, т/год, тыс.куб.м/год; т - количество видов топлива в топливобалансе объекта так.

Потенциальная аэротехногенная масса потока ВЗ объекта ТЭК Мо'"", тонн/год М'о = I Ш,)' (19) /-1 п - общее количество веществ-загрязнителей (в данном случае п=4).

Аэротехногенный потенциал /го ВЗ (Т,)', М1еш/год (т3у (Т5о:У (ТсоУ (Тн02)' (7;.)'= (М,)' /щ (3.16)

Потенциальное обобщенное аэротехногенное число потока ВЗ объекта ТЭК (аэротехногенный потенциал топливобалан-са) То"6, {Лет/год То =Х(Т'У <20> ы\ п - общее количество веществ-загрязнителей (в данном случае л=4).

Аэротехногенная масса <-го ВЗ после реализации р'ТО мероприятия м/р> , тонн/год Шог'П Мсо "> МЫ02 <Р> М\"> = (М,)'( 1 + где: если потенциальная аэротехногенная масса /го ВЗ з потоке ВЗ в результате реализации р-то мероприятия уменьшается, к/р>=2, если увеличивается.

Аэротехногенная масса потока ВЗ после реализации р-го мероприятия Мо". тонн/год м'о = Е м?' № 1«!

Аэротехногенное число /-го ВЗ после реализации р-го мероприятия Т,'р) ,М1ет/год т3(р> т (р! ' N02 т (р) * со Т„02(Р> Т<» = М<»1щ (23)

Обобщенное аэротехногенное число потока ВЗ после реализации р-го мероприятия Т„">. М1еш/год Р0Р) = ^> (24) »1

Поправочный коэффициент на азротехногенный потенциал го ВЗ после реализации р-то мероприятия, К,'р1 К3(» Км"' Ксо<г> V (р> Лу02 'г(р) = (25}

Поправочный коэффициент на аэротехногенный потенциал топлквобаланса объекта ТЭК при реализации р-то мероприятия, к!" 1 II Ка

Проведена экометрическая оценка эффективности технологических мероприятий, нашедших на объектах ТЭК региона Санкт-Петербурга и Ленинградской области наиболее широкое применение, и получены поправочные коэффициенты на аэротехногенные потенциалы для следующих мероприятий: обессеривание топлива, использование технологии гидротоплив, комбинирование топлива с коммунально-бытовыми отходами и отходами деревопереработки, ввод рециркуляционных газов, снижение коэффициента избытка воздуха, двухстадийное сжигание топлива, использование паровых форсунок.

Предложена схема расчета экометрических показателей эффективности комплекса технологических мероприятий по снижению аэротехногенного воздействия объектов ТЭК, базирующаяся на декомпозиционном анализе всей технологической цепочки объекта ТЭК, включающей этапы топливоподготовки, непосредственного сжигания и очистки выбросов, что обусловливает расчет поправочных коэффициентов уровней отдельных этапов и всей цепочки (общетехнологического коэффициента), как произведений величин коэффициентов отдельных мероприятий комплекса.

На основе экометрических показателей потенциального аэротехногенного воздействия объектов ТЭК и эффективности технологических мероприятий по его снижению разработана последовательность расчета экометрических показателей фактического аэротехногенного воздействия объектов ТЭК (табл.5).

Проведена сравнительная оценка экометрических показателей потенциального и фактического аэротехногенного воздействия ТЭЦ и ГРЭС региона Санкт-Петербурга и Ленинградской области в период 1990-1996 гг., наглядно иллюстрирующая одинаковый характер изменения указанных величин на всем протяжении рассматриваемого периода времени, что подтверждает линейную зависимость фактических количественных экометрических показателей от потенциальных на величину общетехнологических поправочных коэффициентов.

В результате выполненных исследований предложена методика расчета экометрических показателей аэротехногенного воздействия по основным функциональным технологическим блокам объектов ТЭК, работающих на органическом топливе, для анализа изменения уровней экологической опасности потоков ВЗ в процессе производства энергии:

- объединяющую количественные расчеты выбросов ВЗ от объектов ТЭК и расчеты качественных экометрических показателей опасности этих ВЗ для окружающего воздушного бассейна в виде индексов аэротехногенного воздействия;

- обеспечивающую аналитические расчеты экометрических показателей потенциального аэротехногенного воздействия объектов ТЭК, эффективности технологических мероприятий по снижению генерации и эмиссии ВЗ, а также фактического аэротехногенного воздей-

ствия объектов ТЭК во взаимосвязи показателей, что упрощает процесс оптимизации технологической цепочки объектов ТЭК по критериям экологической безопасности; - характеризующуюся унифицированным подходом к расчету эко-метрических показателей аэротехногенного воздействия объектов ТЭК, который заключается в возможности расширения исследований технологических процессов производства энергии из органического топлива как по спектру веществ-загрязнителей, так и по видам расходуемых на объектах ТЭК топлив.

Таблица 5. Расчет экометрических показателей фактического

аэротехногенного воздействия объекта ТЭК

Показатели Вещества-загрязнители Расчетные формулы

Зола Диоксид сепы Оксид углерода Диоксид азггга

Фактическая аэротехногенная масса /-го В3 объекта ТЭК Л-//', тонн/год м3* мсо* мк0/' М* = ЩУПО + Н)^^')^ Р, 1 где: 1п - общее число мероприятий в комплексе

Фактическая аэротехногенная масса потока ВЗ объекта ТЭК Мо, тонн/год (28) ы где: п - общее число веществ-загрязнителей (в данном случае «=4'!

Общетехнологический поправочный коэффициент на аэротехногенный потенциал ¿-го ВЗ к' Ко3 к/02 I- с° ,, К02

Фактическое аэротехногенное число 1-го ВЗ Т, , Мгет/год тГ Т ф т 1 со г " 1 N02 Т* = ВД)' (29)

Фактическое обобщенное аэротехногенное число потока ВЗ объекта ТЭК, Т0Ф ,М1еш/год =¿7* =Кт0Т? , (30) I" 1 где: К0 -общетехнологический поправочный коэффициент на аэротехногенный потенциал топливобаланса объекта ТЭК

Фактическая мощность аэротехногенного потока ВЗ объекта ТЭК лЛ юх уф = —^—r (31) 3!р • 10

Обобщенный индекс аэротехногенного воздействия фактического потока ВЗ объекта ТЭК (фактическая токсичность) 10тв' уф

В четвертой главе формализован комплексный метод регулирования аэротехногенного воздействия предприятий ТЭК региона по уровню приемлемого отраслевого аэротехногенного риска при производстве энергии из органического топлива и разработаны рекомендации по его практическому использованию.

Отмечено, что для предприятий ТЭК практическая реализация директивных и экономических методов регулирования их аэротехногенного воздействия может осуществляться посредством экологической составляющей тарифов на энергию, обусловленной этим воздей-

ствием. Обосновано, что процент экологической составляющей !<; ■ рифах на энергию должен устанавливаться фиксированно на основе проведенных исследований и экспертных оценок эколого-экономического положения предприятий ТЭК региона.

В качестве индивидуальных показателей эколого-экономического положения предприятия ТЭК предложено использовать приведенные к единицам тепловой и электрической энергии обобщенные аэротехногенные числа потенциального и фактического потоков ВЗ предприятия ТЭК или, иначе, потенциальные и фактические аэротехногенные индексы технологии, которые образуют количественные спектры аэротехногенных индексов технологии предприятий ТЭК всего региона.

Введение экологической составляющей в тарифы на энергию обеспечивает возможность компенсации из регионального фонда экологической безопасности как затрат предприятий по сокращению загрязнений атмосферы, так и их издержек по выбросам ВЗ. Однако, в последнем случае предприятия ТЭК, оказывающие на окружающую природную среду большое аэротехногенное воздействие, не заинтересованы в его снижении, так как в условиях естественных монополий оказывается, что повышение тарифов за счет увеличения экологической составляющей обеспечит компенсацию предприятию-производителю его расходов. Возникает противоречие: потребители энергии, испытывающие на себе негативы аэротехногенного воздействия предприятий ТЭК, сами оплачивают его наращивание.

Лишь тогда, когда средства фонда экологической безопасности будут компенсировать деловую активность предприятий ТЭК по снижению аэротехногенного воздействия, станет возможной практическая реализация принципа "загрязнитель платит", то есть предприятию-загрязнителю компенсируются только затраты по организации технологического процесса производства энергии из органического топлива по критериям экологической безопасности. Сумма компенсации определяется величиной регионального компенсационного индекса (РКИ) К1, в качестве которого в работе была использована средняя величина государственных компенсационных индексов на охрану атмосферного воздуха в странах Европы, входящих в сетку ЕМЕП. Эта величина за 1990 год составила К1-8-10 5 у,е.($)Ает.

Посредством регионального компенсационного индекса осуществлен переход от аэротехногенных индексов технологии предприятия ТЭК к величинам потенциального ¿п6 и фактического приведенных к единицам энергии ущербов окружающей природной среде, что обеспечило пересчет количественных спектров аэротехногенных индексов технологии предприятий ТЭК региона в спектры приведенных ущербов.

Величины потенциальных приведенных ущербов окружающей природной среде от аэротехногенного воздействия предприятий ТЭК

определяют современный уровень их аэротехногенного риска при производстве единицы энергии. Выделено три уровня аэротехногенного риска предприятий ТЭК региона при производстве единицы энергии: низкий, средний и высокий. Расчет границ этих уровней предложено осуществлять на основе приведенных к единицам энергии обобщенных аэротехногенных чисел потоков ВЗ топлив, расходуемых в регионе. Верхняя граница низкого уровня определяется наименьшим приведенным экометрическим показателем, нижняя граница высокого уровня - наибольшим.

В качестве критерия экологической безопасности технологических процессов предприятий ТЭК региона был выбран уровень приемлемого отраслевого аэротехногенного риска при производстве единицы энергии, равный величине потенциального приведенного к единице энергии ущерба окружающей природной среде от аэротехногенного воздействия топливобаланса всего региона:

-= (33)

¿о

где: т - общее количество рассматриваемых предприятий ТЭК региона, Т0"'6 - аэротехногенные потенциалы топливобалансов отдельных предприятий топлив региона, КИеш/год; п - общее число потребляемых видов топлив в регионе; Z0 - количество энергии, потенциально вырабатываемое топливобалансом региона, Мкал/год, млн. кВт-ч/год;

- потенциальный ущерб от аэротехногенного воздействия единицы расхода топлива г'-го вида на предприятиях ТЭК региона, у.е.($)/т, у.е.($)/тыс.куб.м; п - общее число потребляемых на предприятиях ТЭК региона топлив; 2?, - потребление топлива /-го вида на предприятиях ТЭК региона, тонн/год, тыс.куб.м/год.

На уровне приемлемого отраслевого аэротехногенного риска предложено фиксировать экологическую составляющую тарифов на энергию.

Комплексный метод регулирования аэротехногенного воздействия предприятий ТЭК региона формализуется в виде процедуры эко-метрического анализа всей технологической цепочки предприятия ТЭК с целью регулирования его аэротехногенного воздействия по уровню приемлемого отраслевого аэротехногенного риска, состоящей из следующих этапов:

1. Этапа анализа потенциального приведенного к единице энергии ущерба от аэротехногенного воздействия предприятия ТЭК сГ при существующих количественном потреблении первичных энергоресурсов и структуре топливобаланса на основе потенциального обобщенного аэротехногенного числа потока ВЗ предприятия ТЭК;

2. Этапа анализа изменения величины сГя на предприятии ТЭК при изменении объемов и структуры топливопотребления, реализации

политики ресурсосбережения и пр. на основе потенциального обобщенного аэротехногенного числа потока ВЗ предприятия ТЭК;

3. Этапа анализа величины предотвращенного ущерба окружающей природной среде Ай при реализации технологических мероприятий по снижению аэротехногенного воздействия на всех этапах технологической цепочки предприятия ТЭК (при этом следует учитывать, что указанные мероприятия могут влиять и на экономическую эффективность процесса производства энергии) на основе поправочных коэффициентов на аэротехногенный потенциал топливобалан-са;

4. Этапа анализа величины ¿Р на основе фактического обобщенного аэротехногенного числа потока ВЗ предприятия ТЗК.

Методика расчета экометрических показателей аэротехногенного воздействия объектов ТЭК обеспечивает реализацию этой процедуры как в прямом, так и в обратном направлениях. Это обусловливает достижение на предприятии ТЭК уровня приемлемого аэротехногенного риска и (или) нахождение той оптимальной суммы прибыли от природоохранной деятельности, которая необходима для дальнейшего конкурентоспособного функционирования предприятия в регионе по данному критерию экологической безопасности, и практически реализует технико-экономический подход к решению проблемы снижения аэротехногенного воздействия предприятий ТЭК, заключающийся в экономическом принуждении и стимулировании предприятий ТЭК к снижению уровня аэротехногенной опасности для окружающей природной среды технологических процессов производства энергии из органического топлива.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. В результате выполненного исследования разработан комплексный подход к разрешению проблемы сокращения выбросов вредных веществ в атмосферу при производстве тепла и электроэнергии из органического топлива на предприятиях ТЭК региона по критериям экологической безопасности.

2. Решена актуальная научная задача регулирования аэротехногенного воздействия предприятий ТЭК, и практически реализован разработанный метод экометрического анализа техногенных характеристик технологических процессов производства энергии и систем защиты окружающего воздушного бассейна на примере крупных предприятий ТЭК региона Санкт-Петербурга и Ленинградской области.

3. В ходе теоретического обоснования метода доказано, что он позволяет комплексно осуществлять технико-экономическое регулирование аэротехногенного воздействия на природную среду предприятий ТЭК и проводить оптимизацию технологических процессов по критериям экологической безопасности на всех этапах технологической

цепочки производства тепла и электроэнергии из органического топлива.

4. Полученные в исследовании качественные и количественные эко-метрические показатели позволили установить количественные значения уровней аэротехногенного воздействия используемых при производстве энергии различных топлив, основных функциональных блоков, а также определить экологическую эффективность технологических мероприятий по снижению аэротехногенного воздействия на природную среду объектов ТЭК.

5. Обоснованное в диссертации понятие эколого-экономического положения предприятия и предложенная формула расчета уровня приемлемого отраслевого аэротехногенного риска технологии производства энергии с использованием экометрнческих показателей позволили формализовать процедуру ранжирования предприятий ТЭК региона по уровням аэротехногенного риска.

6. В процессе практической реализации результатов диссертационной работы доказано, что предложенный комплексный метод регулирования аэротехногенного воздействия является эффективным инструментом реализации технической политики ресурсосбережения и защиты окружающей среды и методически обобщает технологические и природоохранные мероприятия в единую систему мер по сокращению выбросов вредных веществ в атмосферу при производстве тепла и электроэнергии на предприятиях ТЭК.

ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИОННОЙ РАБОТЫ

1. Донченко В.К., Романюх Л.П., Шепелева A.B. Интегральная оценка уровнен техногенного воздействия предприятий топливно-энергетического комплекса на природную среду Санкт-Петербурга и региона // Инженерная экология. -№ 3. - 1996. - С. 80-91.

2. Донченко В.К., Романюк Л.П., Шепелева A.B. Эколого-экономическая оценка уровней потенциального аэротехногенного воздействия объектов топливно-энергетического комплекса (ТЭК) Санкт-Петербурга и Ленинградской области // Информационный бюллетень "Теплоэффектпвиые технологии". - № 3. - 1996. - С. 13-19.

3. Шепелева A.B. Оценка уровня аэротехногенного воздействия предприятий теплоэнергетики урбанизированных территорий II Тез. докл. семинара "Экологические проблемы урбанизированных территорий", Санкт-Петербург, 11 октября 1996. - СПб: НИ-ЦЭБ РАН, 1996.-С.33-34.

4. Шепелева A.B. Комплексная оценка уровней аэротехногенного воздействия предприятий топливно-энергетического комплекса (ТЭК) Санкт-Петербурга и региона // Тез. докл. молодежного науч.-техн. экологического форума стран Балтийского региона "Экобалтика XXI век", Санкт-Петербург, 23-26 октября 1996. - СПб. - 1996. - 4.1. -С.11.

5. Шепелева A.B., Романюк Л.П. Возможности регулирования аэротехногенного воздействия предприятий топливно-энергетического комплекса // Тез. докл. II Всероссийской научно-практической конференции с международным участием "Новое в экологии и безопасности жизнедеятельности", Санкт-Петербург, 20-22 мая 1997. - СПб. - С. 36-40.

6. Донченко В.К., Растоскуев В.В., Романюк Л.П., Урошникова И.И., Шепелева A.B. Экспертпо-информационная система для поддержки принятия решений в топливно-энергетическом комплексе Ленинградской области // Тез. докл. научно-практической конференции "Промышленная экология-97", Санкт-Петербург, 12-14 ноября 1997. -

СПб.-С. 121-125.