Екологічна характеристика та вплив на довкілля ТЕС

Міністерство освіти і науки України

ДВНЗ Український державний хіміко-технологічний університет

 

Кафедра ТНР та Е

 

КУРСОВА РОБОТА

З ДИСЦИПЛІНИ „ПРИРОДООХОРОННІ ТЕХНОЛОГІЇ ”

 

Студент групи
	(шифр групи, прізвище, ініціали)
Керівник роботи
	(посада, прізвище, ініціали)

 

 

Дніпропетровськ

2016 р

 

ЗМІСТ

ВСТУП ……………………………………………………………………………..

1.ЕКОЛОГІЧНА ХАРАКТЕРИСТИКА ТА ВПЛИВ НА ДОВКІЛЛЯ ТЕС……………………………………………………………………………………………………………..

1.1Технологічна схема теплоелектростанції…………………………………….

1.2 Вплив теплоелектростанції на навколишне природне середовище………………………………………………………………………..

2. ПРИРОДООХОРОННІ ТЕХНОЛОГІЇ НА ТЕС…………............................

3. ТВЕРДІ ВІДХОДИ ТЕС, ЇХ КОМПОНЕНТИ……………………………….

4.МЕТОДИ АКТИВАЦІЇ ЯК ПРИРОДООХОРОННІ МЕТОДИ…………….

ВИСНОВОК ………………………………………………………………………………………………

СПИСОК ЛІТЕРАТУРИ ………………………………………………………………………………

 

 

ВСТУП

 

Розвиток людського суспільства та задоволення його потреб відбувається при постійному вилученні та подальшому використанні природних ресурсів.

Результатом цього є значне утворення та накопичення промислових відходів. Поводження з відходами є однією з найболючіших проблем сьогодення і посідає пріоритетні позиції в усіх розвинених країнах.

Україна відноситься до числа індустріально-аграрних країн. Донедавна

частка важкої промисловості складала порядку 60% валового внутрішнього продукту країни, що значно вище, ніж у західноєвропейських країнах, де цей показник досягає 35%. Наявність і концентрація підприємств чорної і кольорової металургії, теплоенергетики, хімії і нафтохімії, гірничодобувної промисловості і цементних заводів, на яких зношення устаткування і комунікацій досягає 50-70%, впливають на екологічну ситуацію багатьох міст.

За статистикою, до 90% газоподібних, рідких і твердих відходів утворюється в містах і близько 10% - у сільській місцевості. У зв'язку з чим сьогодні гостро стоїть питання захоронення виробничих і побутових відходів. Причому встановлено, що складність проблеми пропорційна чисельності населення і промисловому потенціалу міста. У металургії і теплоенергетиці для складування відходів використовується до 40% території підприємства. Площі, займані кар'єрами, розрізами, місцями складування промислових і побутових відходів у виді відвалів, хвостосховищ, шлаконакопичувачів, териконів, смітників до кінця XX сторіччя склала близько 8% від загальної території України [1].

З огляду на те, що відходи виробництв, що забруднюють навколишнє

природне середовище, можуть бути використані в народному господарстві, дуже актуальна в даний час проблема їхньої утилізації. В Україні, в результаті утворення великої кількості відходів, ця проблема набула особливої гостроти. На превеликий жаль на сьогодні найпоширенішим способом поводження з промисловими відходами в Україні є розміщення їх у відвали, терикони, шламо-, хвостосховища, звалища та інші накопичувачі. Вони займають мільйони гектар родючих земель, є джерелом забруднення повітря, фільтрат із них проникає в ґрунти, підземні води.

Адже відходи можуть стати джерелом вторинних ресурсів, джерелом утримування енергоносіїв. Тому перед людством стоїть задача якомога ширше впроваджувати передові технології щодо запобігання та обмеження утворення відходів, утилізації, регенерації їх, знешкодження відходів, які не підлягають утилізації.

Сукупність установок, які перетворюють хімічну енергію органічного палива на теплову та електричну, мають назву теплова електрична станція. Основне призначення електричних станцій – забезпечення електричною енергією підприємств промислового і сільськогосподарського виробництва, комунального господарства і транспорту. Електростанції можуть також забезпечувати підприємства і житлові будинки водяною парою і гарячою водою. Електростанції, призначені тільки для виробництва електроенергії, називають конденсаційні. На них установлюють парові турбіни з глибоким вакуумом. Це пов’язано з тим, що чим нижчий тиск пари на виході з турбіни, тим більша частина теплової енергії робочого тіла (водяної пари) може перетворитися на електричну енергію. При цьому основний потік пари конденсується в конденсаторі. Електростанції, призначені для комбінованого виробництва електричної і теплової енергії, мають назву теплоелектроцентралі. На них установлюють парові турбіни з проміжними відборами пари або з протитиском. На таких установках теплоту відпрацьованої пари частково або навіть повністю використовують для теплопостачання, унаслідок чого втрати теплоти з охолоджувальною водою в конденсаторі скорочуються або їх взагалі немає.

Робота ТЕС негативно впливає на всі компоненти біосфери: атмосферу, гідросферу та літосферу. Негативний вплив ТЕС на навколишнє природне середовище складний і включає як забруднення атмосферного повітря газовими й аерозольними викидами так і викиди теплової енергії в навколишнє середовище, забруднення ґрунтових вод тощо.

Метою курсової роботи є аналіз використання природоохоронних технології на ТЕС та розробка пропозицій щодо поліпшення ситуації і зменшення викидів у навколишнє середовище.

 

ЕКОЛОГІЧНА ХАРАКТЕРИСТИКА ТА ВПЛИВ НА ДОВКІЛЛЯ ТЕС

 

1.1 Технологічна схема теплової електростанції

Сучасна ТЕС – це складне підприємство, яке включає в себе велику кількість різного устаткування (теплосилового, електричного, електронного тощо) і будівельних конструкцій. Основним устаткуванням ТЕС є котельна і теплосилова установка. За типом теплосилової установки (теплового двигуна) теплові електричні станції бувають: паротурбінні (основний вид електростанцій), газотурбінні і парогазові ТЕС, а також електростанції з двигунами внутрішнього згорання (ДВЗ) [2].

Найпоширеніші в енергетиці паротурбінні електростанції поділяють за рівнем теплової потужності агрегатів: малої потужності (з агрегатами до 25 МВт), середньої потужності (з агрегатами до 50...100 МВт), великої потужності (з агрегатами більше 100 МВт); а також за початковими параметрами водяної пари: низького (до 3 МПа), середнього (3...5 МПа), високого (9...17 МПа) і понадкритичного тиску (більше 24 МПа). Послідовність одержання і використання водяної пари і перетворення одних видів енергії на інші можна простежити на прикладі технологічної схеми ТЕС, яка працює на твердому паливі (рис. 1.1).

Паливо (вугілля), яке надходить на ТЕС, вивантажують з вагонів 14 розвантажувальними пристроями 15 і подають крізь дробильне приміщення 12 конвеєрами 16 в бункер сирого палива або до складу 13 резервного палива. Вугілля розмелюють у млинах 22. Вугільний пил через сепаратор 7 і циклон 8 з пилових бункерів 6 разом з гарячим повітрям, що подають вентилятором 20, надходить у топку 21 котла 9. Високотемпературні продукти згорання, які утворюються в топці, рухаючись по газоходах, нагрівають воду в теплообмінниках 10 (поверхні нагріву) котла до стану перегрітої пари. Пара, розширяючись на ступенях турбіни 2, обертає ротор турбіни і з’єднаний з ним ротор електричного генератора 1, у якому збуджується електричний струм. Вироблена електроенергія за допомогою підвищувальних трансформаторів 30 перетворюється на струм високої напруги і передається споживачам. У турбіні пара розширюється і охолоджується. Після турбіни пар надходить до конденсатора 28, у якому підтримують вакуум. Воду в конденсатор подають з природного або штучного джерела 24 циркуляційними насосами 25, розміщеними в насосній станції 23. Отриманий конденсат насосами 32 перекачують через установку знесолювання і підігрівники низького тиску (ПНТ) 31 в деаератор 4. Тут при температурі, близькій до температури насичення, видаляються розчинені у воді гази, що спричинюють корозію обладнання, і вода підігрівається до температури насичення. Втрати конденсату (витікання через неякісні ущільнення в трубопроводах станції або в лініях споживачів) поновлюють за рахунок хімічно очищеної в спеціальних установках 29 води, що додають у деаератор.

Рисунок 1.1 – Теплова електрична станція:

1 - електричний генератор; 2 - парова турбіна; 3 - пульт керування; 4 і 5 -деаератори; 6 - пиловий бункер; 7 - сепаратор; 8 - циклон; 9 - котел; 10 - поверхні нагрівання (теплообмінники); 11 - димова труба; 12 - дробильне приміщення; 13 – склад резервного палива; 14 - вагон; 15 - розвантажувальний пристрій; 16 - конвеєр; 17 - димосос; 18 - канал; 19 - золоуловлювач; 20 - вентилятор; 21 - топка; 22 - млин; 23 - насосна станція; 24 - джерело води; 25 - циркуляційний насос; 26 – регенеративний підігрівник високого тиску; 27 - живильний насос; 28 -конденсатор; 29 - установка хімічної очистки води; 30 – підвищувальний трансформатор; 31 регенеративний підігрівник низького тиску; 32 - конденсатний насос

Дегазовану і підігріту воду (живильну воду) подають живильними насосами 27 в регенеративні підігрівники високого тиску (ПВТ) 26, а потім у котел. Цикл перетворення робочого тіла повторюється. Під робочим тілом розуміють пару і воду, яку одержують спеціальною обробкою. Охолоджені в теплообмінниках 10 продукти згорання очищують від золи в золовловлювачах 19 і димососом 17 через димову трубу 11 викидають в атмосферу. Уловлену золу і шлак по каналах 18 гідрозоловиведення направляють на золовідвал. Роботу ТЕС контролюють з пульта керування 3. Підвищення потужності і параметрів (тиску, температури) робочого тіла можливе завдяки застосуванню проміжної перегрітої пари [3].

 

1.2 Вплив ТЕС на навколишнє природне середовище

Через негативний вплив енерговиробництва, яке постійно зростає, у багатьох регіонах уже сьогодні створилася небезпечна екологічна обстановка, основними ознаками якої можна вважати таке:

1. Басейни рік, які протікають у густонаселених районах (наприклад, р. Дніпро), вийшли з природного стану і перетворилися в транспортні, енергетичні, меліоративні та каналізаційні системи.

2. Повітряний басейн забруднено газовими й аерозольними викидами (СО₂, поліциклічні ароматні вуглеводні, СО, NО_х, SО_х, зола, сажа та ін.). Усе це призводить до таких незворотних процесів, як руйнування озонового шару (існує на висоті 30 км і захищає поверхню Землі від згубного для життя космічного випромінювання); виникнення парникового ефекту (селективне поглинання триатомними газами інфрачервоного перевипромінювання від поверхні Землі в космічний простір); утворення «льодникового» ефекту (накопичення в стратосфері дрібних твердих частинок, які відбивають сонячне випромінювання і визначають «недогрів» земної кулі).

3. Викиди теплової енергії в навколишнє середовище, що є причиною теплового забруднення, призводять до зміни клімату в локальних енергонасичених районах і великих містах.

4. Забруднення ландшафту, знищення лісів, рослинності, диких тварин, плодоносного шару та ін., що впливає на безпеку життєдіяльності людей у таких місцевостях.

5. Оптичне забруднення атмосфери у великих містах у зв’язку зі складною системою поглинання, відбивання та розсіювання сонячних променів за наявності відповідних газових забруднень атмосфери.

6. Забруднення ґрунтових вод стоками ТЕС та інших промислових об’єктів.

7. Акустичне (шум), електромагнітне й електростатичне забруднення навколишнього середовища.

Схему взаємодії ТЕС (на базі конденсаційних паротурбінних установок) з навколишнім середовищем подано на рис. 1.2. До забруднювальних газових і аерозольних викидів об’єктів енергетики належать викиди різного характеру, які порушують рівновагу природного середовища в локальних (місцевих), регіональних і глобальних масштабах, а також умови проживання живих організмів. Найбільш імовірні газові та аерозольні забруднювальні викиди енергетичного об’єкта наведено в табл. 1.1.

Таблиця 1.1 – Основні види газових і аерозольних забруднювальних викидів енергетичних об’єктів

Паливо	Аерозолі			Гази
Зола	Сажа	CO2	H2 O	NO2	SO2	NO	CO
Природний газ	–	–	+	+	+	–	+	+
Мазут	+	+	+	+	+	+	+	+
Вугілля	++	+	+	+	+	+	+	+

 

У табл. 1.1 використано умовні позначення, які характеризують імовірність появи тих або тих викидів під час спалювання різних видів палива: «++» – дуже висока; «+» – висока; «–» – низька або немає.

Під час спалювання рідкого і твердого палива відбуваються викиди у вигляді твердих частинок, які, потрапляючи в атмосферу, утворюють так звані аерозолі. Аерозолі можуть бути нетоксичними (зола) і токсичними, наприклад частинки вуглецю, на поверхні яких може адсорбуватися бенз(а)пірен (С₂₀Н₁₂) – сильнодіюча канцерогенна сполука. Газові викиди також можуть бути токсичними (NO₂, SO₂, NO, CO та ін.) і нетоксичними (СO₂ і Н₂O). Усі триатомні гази (Н₂O, NO₂, SO₂ і особливо СO₂) належать до «парникових газів», тому що вони характеризуються селективною поглинальною спроможністю в інфрачервоній області теплового випромінювання і сприяють утворенню парникового ефекту [4].

 

 

Рисунок 1.2 – Схема взаємодії ТЕС з навколишнім середовищем:

ПГ – парогенератор; Т – турбіна; К – конденсатор; ЖН, КН, ЦН – відповідно живильні, конденсатні і циркуляційні насоси; РПЖВ – регенеративний підігрів живильної води; Г – генератор електричного струму; МО – масоохолоджувач; ТП – трансформаторна підстанція; ЛЕП – лінії електропередач

Як ми вже завважили, у продуктах згорання органічного палива передусім, у димових газах ТЕС, опалюваль­но-виробничих котелень та інших промислових і транспортних об’єктів міститься велика кількість шкідливих для довкілля токсичних речовин. Під час роботи теплоенергетичних устано­вок питомі (табл.1.2) і валові (табл.1.3) об’єми цих викидів за­лежать від типу палива і потужності об’єкта (останнє стосується тільки валових викидів).

Таблиця 1.2 – Питомі показники забруднення атмосфери (г/кВт·г) від згорання органічного палива за даними Міжнародного інституту прикладного системного аналізу (м. Відень)

Викиди	Вид палива
кам’яне вугілля	буре вугілля	мазут	природний газ
SO2	6,0	7,7	7,4	0,002
Оксиди азоту	21,0	3,4	2,4	1,9
Тверді частинки	1,4	2,7	0,7	-
Фтористі сполуки	0,05	1,11	0,004	-

 

Таблиця 1.3 – Валові викиди (млн кг/рік) і витрата палива ТЕС

потужністю 1 000 МВт

Викиди	Вид та річна витрата палива
природний газ (1,9*109м3)	мазут (1,57⋅106 т)	Вугілля (2,3⋅106 т)
SO	0,012	52,7	139,0
NO	12,0	22,0	21,0
СО	Незначне	0,08	0,1
Тверді частинки	0,46	0,73	4,49
Гідрокарбонати	Незначне	0,67	0,52

 

Сукупний вплив газових і аерозольних викидів енергетичних об’єктів може призвести до появи різних шкідливих екологічних ефектів, зокрема кризових ситуацій у біосфері. До останніх належать: погіршення прозо-рості атмосфери (локальний і регіональний характер), утворення опадів і кислотних дощів (локальний і регіональний характер), парниковий ефект (регіональний і глобальний характер).

Погіршення прозорості атмосфери і фотохімічний смог. Прозорість атмосфери, установлену візуальними спостереженнями, у метеорології визначають параметром, що називають «дальність бачення». Дальність бачення являє собою максимальну відстань у заданому напрямку, на якому неозброєним оком у денний час ще можна побачити і розрізнити рельєфний темний предмет, який знаходиться над лінією обрію.

Наявність в атмосфері звичайних для промислових міст аерозолей, діоксидів вуглецю, сірки і азоту в сполученні з підвищеною вологістю зменшує дальність бачення, що знижує на 20–50 % кількість сонячних днів (порівняно із сільськогосподарськими районами), зменшує інтенсивність ультрафіолетового випромінювання (наприклад, у Парижі на 25– 30 %, Берліні на 17–23 % порівняно з прилеглими сільськогосподарськими районами). Усе це порушує рух і спричиняє аварії автомобільного, морського і повітряного транспорту, знижує врожайність сільськогосподарських культур і змінює мікроклімат[5].

Основні забруднювачі, які впливають на прозорість атмосфери: – викиди, що містять пил, дим, сажу та інші тверді частинки, які позначаються як загальна кількість аерозолю (ЗКА); – SO₂ та інші газоподібні сполуки сірки, які з високою швидкістю реагують в атмосфері, створюючи сполуки сульфату і сірчаної кислоти, що знаходяться у вигляді аерозолю; – NO і NO₂, які реагують, утворюючи нітрат і НNO₃ у вигляді частинок, які входять до складу аерозолю (за певних умов червоно-бурий колір NO₂ може стати причиною зміни кольору димових викидів і появи бурої димки в міських районах); – фотохімічне забруднення повітря, пов’язане з утворенням у результаті фотохімічних реакцій шкідливих аерозолей з частинками субмікрометрових розмірів.

Є й інші забруднення, які впливають на прозорість атмосфери.

Висота шару перемішування викидів з атмосферним повітрям, тобто відстань, протягом якої відіграють активну роль природні, що виникають біля поверхні землі, або примусові турбулентні течії, також впливає на концентрацію забруднювальних речовин, які генеруються на поверхні. Чим інтенсивніше перемішування і чим на більшій висоті, за інших рівних умов, воно відбувається, тим менша концентрація твердих частинок і вища прозорість атмосфери.

Природа впливу відносної вологості складніша, оскільки вона пов’язана з хімічним впливом на матеріал частинок, наявних в атмосфері. Багато забруднювальних матеріалів, а також частинок природних аерозолів гігроскопічні: вони поглинають воду, збільшуючись у розмірах, починаючи виявляти гігроскопічні властивості і розм’якшуватися при відносній вологості 70–80 %. У результаті з частинок може виникнути щільна димка ще до того, як відбудеться повне насичення з утворенням справжнього туману або водяних крапель.

Діоксид азоту NO₂ за наявності в атмосфері вуглеводів С_хН_у у визначених погодних умовах може стати джерелом ще однієї кризової екологічної ситуації, яку називають «смогом», що вперше був зафіксований у вигляді лос-анджелеських туманів у 1948–1959 рр.

Природа цього явища полягає в тому, що від ультрафіолетового опромінення діоксиду азоту в атмосфері перебігають хімічні реакції з утворенням оксиду азоту NO і озону O_3. Надлишковий уміст у повітрі оксиду азоту може ініціювати процес розкладання озону.

За наявності в атмосфері вуглеводнів С_хН_у відбувається їх окиснення з утворенням альдегідів, нітратів тощо. Окис азоту перетворюється на двоокис, з’являється озон, а також пероксіацетилнітрат (PAN). З’єднуючись, О₃, NO₂ і PAN утворять фотохімічні оксиданти, які є однією з причин фотохімічного смогу.

Сполуки, які утворюються при цьому, токсично діють на людину, призводячи до порушення серцево-судинної діяльності, отруєння дихальних шляхів та інших захворювань організму.

Утворення опадів і кислотних дощів. Ці процеси також пов’язані з наявністю в атмосфері аерозолів і оксидів SО₂ та NO_2. Кліматичний цикл випадання опадів має життєво важливе значення для всього людства. Великомасштабні впливи на процеси утворення опадів можуть зумовити дуже серйозні наслідки. Виявом таких впливів є кислотні дощі, які мають низькі значення рН ^*. Зміна значення рН опадів може викликати багато проблем, пов’язаних з біосферою; аналізу цих проблем на кількісному рівні приділяють велику увагу й інтенсивні дослідження.

У нижніх шарах атмосфери постійно наявні водяні пари і гігроскопічні солі (наприклад, морська сіль). Частинки гігроскопічних солей виконують роль ядер конденсації (ЯК). У процесі насичення вологою ЯК набухають і змінюють свої розміри від декількох мікрометрів до декількох міліметрів [6].

У теплих хмарах є тільки ЯК, їх концентрація може досягати від 1 до 100 ЯК/см³. У холодних хмарах крім ЯК можуть бути і ядра замерзання (ЯЗ), концентрація яких досить мала – до 10^–3 ЯЗ/см³. Тому механізм утворення опадів у теплих і холодних хмарах різний. У теплих хмарах визначальним є процес осідання великих ЯК і їх зіткнення з дрібними ЯК (коагуляція). При цьому зменшується концентрація ЯК і збільшується їх діаметр, а також можливий поділ великих ЯК на дрібні під аеродинамічним впливом (наприклад, за рахунок турбулентності) і повернення системи в початковий стан або випадання ЯК з хмари у вигляді дощових крапель.

Механізм утворення опадів у холодній хмарі пояснюється дією ефекту переохолодження ЯК (температура переохолодження може досягати мінус 40 °С) і наявності градієнта тиску пари води поблизу поверхні час-тинок ЯК і ЯЗ. У зв’язку з вищим парціальним тиском пари води у повер-хні ЯК відбувається дифузійне перенесення вологи до поверхні ЯЗ. При цьому зростає розмір ЯЗ і можливе їх перетворення на снігові пластівці, які, випадаючи, можуть утворювати дощ (проходячи через теплі шари атмосфери), град чи снігопад.

Викиди енергетичних об’єктів у вигляді SO₂ або NO₂ не змінюють природний механізм утворення опадів, але змінюють умови утворення ЯК і ЯЗ. Це пов’язано з тим, що, потрапляючи в атмосферу, оксиди сірки й азоту утворять відповідні кислоти і солі.

Солі сірчистої (сульфіди) й азотної (нітрати) кислот, які характеризуються високою гігроскопічністю, є додатковим джерелом генерування ЯК і ядер вимивання, що може бути причиною порушення природного циклу утворення опадів.

Атмосферні забруднення впливають на процеси, які відбуваються в теплій хмарі, таким чином. По-перше, додаткове введення дрібних гігроскопічних частинок у хмару може збільшити концентрацію ЯК, інтенсифікуючи утворення крапель у хмарі й водночас зменшуючи їх розмір. Збільшення кількості маленьких крапель переважно знижує ефективність процесу утворення опадів. По-друге, атмосферні забруднення можуть збільшити кількість великих ЯК. Завдяки цьому відбувається більш ефективний механізм утворення опадів за рахунок зіткнення. Отже, атмосферні забруднення можуть як прискорювати, так і уповільнювати утворення опадів.

Атмосферні забруднення можуть впливати на процес утворення опадів у холодних хмарах так само, як і в теплих хмарах, тобто підвищувати концентрацію ЯЗ. Незначне збільшення кількості ЯЗ, наприклад під час розсіювання хмар, інтенсифікує процес утворення опадів унаслідок зростання швидкості нагромадження частинок розміром, потрібним для випадання. Однак значне збільшення кількості ЯЗ може спричинити «переза-сів», коли утвориться надлишок частинок льоду і ймовірність утворення частинок потрібного розміру зменшується.

Важливішим є вплив атмосферних забруднень на хімічні процеси, які відбуваються під час утворення опадів. Це пов’язано із захопленням забруднювачів краплями і частинками опадів. Основний ефект полягає в зниженні рівня рН опадів унаслідок нагромадження кислих сполук.

Залучення забруднювальних речовин у процес утворення опадів у хмарі може відбуватися за рахунок дифузії забруднень до крапель. Цей процес, що називають внутрішньохмарним вимиванням, унаслідок значної тривалості контакту є найважливішим для захоплення забруднень, особливо, якщо вони рівномірно розподілені в атмосфері. Якщо опади проходять через забруднений шар атмосфери, нагромадження кислотних забруднень називають процесом підхмарного вимивання. Він може відігравати істотну роль за наявності сильно забруднених шарів поблизу поверхні Землі.

Газові викиди, які містять сірку, можуть призвести до нагромадження в опадах як газоподібного SO₂, так і сульфатів або сірчаної кислоти у ви-гляді аерозолю. У результаті кислотність опадів значно зростає.

Оксиди азоту, зокрема NO і NO₂, в атмосфері окислюються в нітрати і НNO₃, у результаті нагромадження яких в осадах також зменшується рН.

Уперше з проблемою випадання опадів з низьким рН зіткнулися в Скандинавії наприкінці 60-х років ХХ ст. Спричинило це явище, яке назвали «кислотний дощ», значне збільшення викидів забруднень, що містять сірку, в інших частинах Європи, хоча певну роль відіграли і місцеві викиди. У багатьох районах підвищена кислотність опадів значно не впливає на властивості ґрунтів і води, тому що значна буферна спроможність ґрунту дозволяє компенсувати зміни рН опадів. Однак малопотужні льодовикові ґрунти, характерні, наприклад, для Нової Англії і Скандинавії, не мають достатню буферну спроможність. Тоді опади з низьким значенням рН можуть змінити ґрунт, що, у свою чергу, може змінити рН і хімічний склад води у водоймах. Хімічні зміни в ґрунті й у воді – потенційні джерела можливих змін у біосфері [7].

Руйнування озонового шару. Озон О₃, який міститься в атмосфері, крім токсичного впливу (у підвищених його концентрація х) на живі організми, зокрема й на людину, виконує і помітну захисну функцію. Нагромаджуючись у верхніх шарах атмосфери, він утворює озоновий шар, який захищає поверхню Землі від космічного випромінювання.

Зменшення товщини озонового шару і подальше його зникнення призводить до утворення так званих «озонових дір» в атмосфері, у результаті чого різко збільшується інтенсивність космічного випромінювання, що потрапляє до поверхні Землі. Природу появи і зникнення озонових дір в атмосфері ще недостатньо вивчено. Один з можливих механізмів руйнації озонового шару може визначатися його високою хімічною активністю і насамперед можливістю хімічної реакції озону О₃ з монооксидом азоту NO з утворенням діоксиду азоту NO₂ і кисню O₂.

Зменшення озонового шару та збільшення космічного випромінювання може спричинити незворотні негативні наслідки у вигляді мутації і переродження живих організмів: канцерогенні захворювання людей від підвищеної дози космічного опромінення, зниження народжуваності населення і погіршення врожайності сільськогосподарських культур[8].

Тепловий вплив об’єктів енергетики, який виявляється в порушенні теплової рівноваги навколишнього середовища, може бути прямим і непрямим.

Прямий тепловий вплив визначається тепловими викидами в біосферу, його рівень залежить від об’ємів спалених паливно-енергетичних ресурсів.

Практично вся хімічна енергія спалюваного органічного палива перетворюється на теплову, причому частина цієї енергії викидається в концентрованому вигляді в навколишнє середовище на самому енергетичному об’єкті: з димовими газами, охолоджувальною водою, частково із золою та шлаком. Решта розсіюється на різних стадіях виробництва, передачі та споживання електричної або теплової енергії, які вироблює енергооб’єкт.

Якщо виходити з рівня споживання ПЕР 2000 р. в усьому світі в кількості 30 млрд т умовного палива на рік і вважати, що вся енергія розсіюється в тому або тому вигляді в навколишньому середовищі, то при теплоті згорання умовного палива 29 300 кДж/кг можна оцінити валовий викид теплової енергії в кількості 900 ексаджоулів на рік (префікс «екса» означає 10¹⁸). Водночас основне природне джерело теплової енергії – сонячна енергія – становить 2,4×10⁶ ЕДж/рік. Отже, розмір антропогенного теплового забруднення не перевищує 0,04 % від кількості сонячної енергії, що надходить до поверхні Землі.

Це означає, що прямі теплові викиди енергетичних об’єктів не можуть вплинути на тепловий баланс у глобальних масштабах. Однак вони можуть змінити локальний тепловий баланс в атмосфері і гідросфері, що є причиною зміни мікроклімату в місцях високої концентрації енерговиробництва та енергоспоживання. Відомий феномен перевищення температури повітря у великих містах порівняно із сільською місцевістю на 2...3 °С. Він пов’язаний з утворенням областей з підвищеним локальним викидом теплової енергії в атмосферу – так званих «островів теплоти». Такі «острови теплоти» нестійкі в часі через вплив вітру та інших атмосферних факторів.

Рисунок 1.3 – Утворення циркуляції атмосферного повітря в районі «острова теплоти»

 

Наприкінці ХХ ст. на Землі сформувалася велика кількість регіонів із питомим тепловиділенням в діапазоні 10–100 Вт/м² площею 10⁴–10⁵ км², а також окремі регіони з питомим тепловиділенням до 200 Вт/м² площею близько 100 км². Основний результат теплового впливу в цих регіонах полягає в утворенні стійкого (майже стаціонарного) просторового «купола» повітря з вищою температурою – на 1...4 °С вище рівноважної природної температури.

Будь-яке місцеве джерело теплоти достатньої інтенсивності сприяє утворенню термічної циркуляції, яка чітко виявляється, якщо немає вітру. Цей ефект спостерігають на висотах до декількох сотень метрів. У круглого «острова теплоти» діаметром 10 км при швидкості вітру близько 1 м/с вертикальна швидкість течій, що виникають у шарі завтовшки до 500 м, досягає 10 м/с[9].