научная статья по теме ЖИЗНЕННЫЙ ЦИКЛ ВИЭ: ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ СОСТАВЛЯЮЩАЯ Энергетика

Текст научной статьи на тему «ЖИЗНЕННЫЙ ЦИКЛ ВИЭ: ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ СОСТАВЛЯЮЩАЯ»

f \ ЖИЗНЕННЫЙ иикп ВИЗ:

экологическая состввояюшвя

V_)

Кандидат технических наук О.В. МАСЛЕЕВА, доктор технических наук Г.В. ПАЧУРИН (Нижегородский государственный технический университет им. Р.Е. Алексеева)

В структуре производства электроэнергии в России в 2012 г. 68% приходится на тепловые станции, поэтому производство электроэнергии сопровождается глобальным воздействием на окружающую среду. Экологические проблемы электроэнергетики связаны со сжиганием невозобновляемого органического топлива, с одной стороны, и загрязнением окружающей среды вредными веществами, отходами, тепловым и электромагнитным излучением, шумом - с другой.

В государственном докладе "О состоянии и об охране окружающей среды Российской Федерации в 2012 году" говорится, что основным источником загрязнения атмосферного воздуха является произ-

ю о

С\1

г^

ГС S

о с

о *

0

S

1 X

ш

S

О X

О *

о

о: s

(D X

О

водство и распределение электроэнергии, газа и воды. Для стационарных источников: твёрдые вещества - 47%, диоксид серы -29.7%, оксид углерода - 11.15%, оксиды азота - 54%.

Поэтому основная цель Государственной программы Российской Федерации "Энергоэффективность и развитие энергетики" (2014 г.) - повышение энергетической эффективности и снижение антропогенного воздействия ТЭК на окружающую среду. Одним из направлений программы является развитие использования возобновляемых источников энергии на основе энергии солнца, ветра и вод, что должно обеспечить увеличение производства электроэнергии от 1.5% в 2014 г. до 2.5% к 2020 г.

Оценку применения возобновляемых источников энергии можно проводить с учётом технических, экономических и экологических показателей. Наиболее полно оценить экологическое воздействие на окружающую среду возможно с использованием метода "оценки жизненного цикла". ОЖЦ распространяется на экологические аспекты и потенциальные воздействия на окружающую среду на всех этапах жизненного цикла продукции.

Жизненным циклом называется последовательность этапов производства продукта, начиная от добычи природных ресурсов, процесса производства, эксплуатации и утилизации, которые взаимосвязаны между собой. Оценка жизненного цикла

Г л

Таблица 1

Технические характеристики ЭУ на ВИЭ

Тип энергоустановки Марка Характеристики Полная масса, кг

Ветровая "Муссон" Мощность

ЭУ 30 кВт 3180

Аккуму- Напряжение

лятор 12 В (13 шт.)

Volta ST-200 60

Мини-ГЭС ИНСЭТ Мощность

Пр 30 30 кВт 2000

Солнечная Saana 250 Суммарная

ЭУ LM3 MBW мощность

30кВт

(120 модулей

по 0.25 кВт) 21.1

Аккуму- Напряжение

лятор 12 В (13 шт.)

Volta ST-200 60

Биогазовая БИОЭН-1 12 000

ЭУ Caterpillar Мощность

DM8660 103 кВт 4830

20

© О. В. Маслеева, Г. В. Пачурин

Добыча

железной

РУДЫ

Добыча медной руды

Добыча нефти

Добыча

свинцовой

РУДЫ

Добыча пирита

Добыча нефти

Производство стали

V

Производство меди

-V*

Производство пластика

Производство свинца

Производство

серной

кислоты

Производство пластмассы

Производство опор

Производство ветрогенератора

Производство лопастей

Производство аккумуляторов

Производство электроэнергии

! Ветровые ЭС

Утилизация

Рис. 1.

Схема жизненного цикла ветровой энергоустановки.

заключается в сборе информации и оценке входных и выходных потоков, а также возможных воздействий на окружающую среду на протяжении жизненного цикла.

Потоки, которые будут включены в анализ, следующие:

• массовые (расход природных ресурсов, материалов),

• энергетические (расход электроэнергии жизненным циклом),

• экологические.

Было проведено исследование экологической составляющей возобновляемых источников энергии. Исходными данными для анализа служат материалы, из которых состоят ВИЭ, и промышленные процессы на всём протяжении жизненного цикла.

Были рассмотрены четыре различных типа ЭУ на ВИЭ:

• ветрогенератор "Муссон" установленной мощностью 30 кВт;

• мини-ГЭС ИНСЭТ Пр 30 установленной мощностью 30 кВт;

• солнечная ЭУ суммарной установленной мощностью 30 кВт, состоящая из 120 солнечных модулей Баапа 250 LM3 MBW единичной мощностью 0.25 кВт каждый;

• биогазовая ЭУ, состоящая из биогазовой установки БИОЭН - 1 ООО "ГРИНТЕК", работающей на навозе животноводческого комплекса на 700 коров, и газопоршневой мини-ТЭЦ Са1егрШаг DM8660 с установленной мощностью 103 кВт, работающей на биогазе.

Таблица 2

Модифицированная матрица Леопольда для этапа жизненного цикла добычи полезных ископаемых

Экологический фактор

железная руда

свинцовая руда

медная руда

пирит

нефть

Выбросы в атмосферный воздух Сбросы сточных вод Образование отходов Шум

Тепловое загрязнение Электромагнитное загрязнение Итого

1

1

1

1

1

1

0

0

0

0

0

Таблица 3 Модифицированная матрица Леопольда для этапа жизненного цикла эксплуатации энергоустановки

Виды воздействий ВЭУ СЭУ Мини-ГЭС Биогазовая ЭУ

Выбросы

в атмосфер-

ный воздух 0 0 0 3

Сбросы

сточных

вод 0 0 0 2

Образова-

ние отходов 0 0 0 0

Шум 2 0 1 2

Тепловое

загрязнение 0 0 0 1

Электро-

магнитное

загрязнение 0 0 0 0

Площадь

земли 3 2 0 3

Итого 5 2 1 11

• производства источников энергии;

• процесса утилизации (чугуна, стали, свинца, меди, стекла, серной кислоты, пластмасс, стекловолокна).

Все соседние единичные процессы в одной цепочке связаны транспортными потоками (перевозкой по железной дороге, автотранспортом).

Единичные процессы связаны между собой потоками промежуточной продукции (чугуна, стали и т.д.), с другими продукционными системами посредством потоков продукции, с окружающей средой посредством элементарных потоков (выбросы вредных веществ и т.д.).

Нижней границей продукционной системы является добыча полезных ископаемых, верхней - производство электроэнергии по одному пути и утилизацией отходов -по-другому. На рис. 1 показан жизненный цикл ветровой энергоустановки.

Для оценки экологического воздействия на всех этапах необходимо учитывать: выбросы в атмосферу1, сбросы в

Технические характеристики исследуемых ЭУ на ВИЭ приведены в табл. 1.

Для разработки алгоритма жизненного цикла возобновляемых источников энергии были рассмотрены следующие материалы:

- ветровые станции: генератор (сталь, медь), лопасти (пластик, стеклопластик), опора (сталь), аккумуляторы (свинец, серная кислота, пластик);

- мини-ГЭС: генератор (сталь, медь), гидротурбина (сталь);

- солнечные батареи: солнечный модуль (кремний), корпус (алюминий, стекло), опора (сталь), аккумуляторы (свинец, серная кислота, пластик);

- мини-ТЭЦ с газопоршневыми двигателями на биогазе: двигатель (сталь, чугун, алюминий), генератор (сталь, медь), контейнер (сталь).

Из процесса оценки были исключены одинаковые факторы для всех рассматриваемых источников энергии (питающие кабели, шкафы управления и автоматики, фундаменты).

Жизненный цикл состоит из следующих единичных процессов:

• добычи полезных ископаемых (железной, медной и свинцовой руд, бокситов, пирита, газа, нефти, угля);

• производства материалов (чугуна, стали, свинца, меди, кремния, стекла, пластмасс, стекловолокна, серной кислоты);

1 Пачурин Г.В., Маслеева О.В., Соснина Е.Н. Экологические аспекты биоэнергетики: монография. Германия, 2012; Соснина Е.Н., Маслеева О.В., Пачурин Г.В., Филатов Д.А. Влияние вида топлива мини-ТЭЦ на эмиссию парниковых газов // Фундаментальные исследования. 2013. № 6. Ч. 1; Соснина Е.Н., Маслеева О.В., Пачурин Г.В. Акустическое воздействие ветроэнергетических установок на окружающую среду // Экология и промышленность России. 2013. № 9; Соснина Е.Н., Маслеева О.В., Пачурин Г.В.,

Таблица 4 Суммарные результаты экологической оценки различных этапов жизненного цикла ЭУ на ВИЭ

Этапы жизненного цикла Экологическая оценка, баллы

мини-ГЭС СЭУ ВЭУ Биогазовая ЭУ

Добыча 4.32 4.00 4.14 4.16

Произ-

водство 9.06 10.24 10.75 13.03

Эксплу-

атация 1.00 2.00 5.00 11.00

Утили-

зация 5.00 5.06 5.88 5.00

Итого,

баллы 19.37 21.29 25.76 33.18

мини-ГЭС СЭУ

□ утилизация

□ эксплуатация

ВЭУ биогаз

] производство I добыча

Рис. 2.

Суммарная экологическая оценка жизненного цикла ветровых, солнечных, биогазовых энергоустановок, мини-ГЭС.

воду, образование отходов, уровень шума, вибрации, электромагнитное излучение, объём сбрасываемого тепла, площадь электростанции.

Для анализа комплексного экологического воздействия на окружающую среду ЭУ на ВИЭ составляется модифицированная матрица Леопольда2. В матрице столбцы соответствуют различным этапам жизненного цикла ЭУ, а строки - рассматриваемым экологическим факторам (выбросы в

ФилатовД.А. Акустическое воздействие мини-ТЭЦ с газопоршневыми и дизельными двигателями на окружающую среду // Успехи современного естествознания. 2013. № 4; Мас-леева О.В., Воеводин А.Г., Пачурин Г.В. Тепловое загрязнение окружающей среды объектами малой энергетики // Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований. 2014. № 5. Ч. 5; Соснина Е.Н., Маслеева О.В., Пачурин Г.В., Кечкин А.Ю., Власов В.А., Головкин Н.Н. Экологические проблемы возобновляемых источников энергии: монография / Е.Н. Соснина [и др.]; Под общей ред. Г.В. Па-чурина. Нижний Новгород, 2014; Соснина Е.Н., Маслеева О.В., Пачурин Г.В., Крюков Е.В. Экологическая оценка процесса производства возобновляемых источников энергии // Современные проблемы науки и образования. 2013. № 6.

2 Берешко И.Н., Бетин А.В. Математические модели в экологии. Ч. 1: Учеб. пособие. Харьков, 2006.

атмосферный воздух, сбросы сточных вод, образование отходов, шум, тепловое загрязнение, электромагнитное загрязнение). На пересечении строк и столбцов указывается интенсивность воздействия каждого экофактора.

Матрица Леопольда составляется на основе метода экспертных оценок. Влияние факторов оценивается по трёхбалльной шкале: 3 балла - максимальное негативное влияние; 2 балла - среднее негативное влияние, 1 балл - минимальное негативное влияние, 0 баллов - отсутствие воздействия. Баллы выставлялись для вредных веществ в зависимости от величины ПДК (класса опасности). В табл. 2 представлены результаты экологической оценки для процесса добычи полез

Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.

Показать целиком

Пoхожие научные работыпо теме «Энергетика»