Экологигеские технологии и инновации
УДК 502.174:631.84
ТЕПЛОВЫЕ И АТОМНЫЕ ЭЛЕКТРОСТАНЦИИ: ВОЗМОЖНЫЙ ВКЛАД В ИМПОРТОЗАМЕЩЕНИЕ ПРОДОВОЛЬСТВИЯ
В. В. Денисов, заведующий кафедрой, Южно-Российский государственный политехнический университет (НПИ) имени М. И. Платова,
B. В. Гутенёв, д.т.н., Первый вице-президент Союза машиностроителей,
К. К. Популиди, технический директор, Ростовская ТЭЦ-2, Zhanna.Burova@lukoil.com,
C. А. Манжина, доцент, Новочеркасский инженерно-мелиоративный институт им. А. К. Кортунова ДГАУ, manz.svetlana@yandex.ru,
И. А. Денисова, профессор, Южно-Российский государственный политехнический университет (НПИ) имени М. И. Платова, iad59@mail.ru
Рассмотрены перспективы использования вторичных энергетических ресурсов тепловых и атомных электростанций для развития тепличных комплексов.
Приводятся результаты оценки технико-экономической целесообразности извлечения с помощью теплонасосных установок части теплоты, заключенной в сбросных водах Новочеркасской ГРЭС и Ростовской АЭС для вторичного использования. Указывается, что частью этой энергии можно обогреть значительные площади тепличных хозяйств, которые одновременно выполнят функцию своеобразного охладителя сбросных вод электростанций. Таким образом, использование части данной тепловой энергии на обогрев тепличных хозяйств, позволит произвести не только значительное уменьшение статьи расходов на их обогрев, но и существенно снизить негативные последствия теплового загрязнения теплоэлектростанцией прилегающих ареалов.
In the paper the prospects for the use of secondary energy resources of thermal and nuclear power plants for the development of greenhouses are considered.
The results of the assessment of technical-economic expediency of extraction of part of heat from waste waters by using heat pumps at No-vocherkasskaya GRES and Rostov NPP for secondary use are given. It is indicated that part of this energy can heat large areas of greenhouses, which simultaneously works as a cooler for plants wastewater. Thus, the use of this thermal energy for heating greenhouses, will produce not only a significant reduction in expenditure on their heating, but also significantly reduce the negative effects of thermal pollution by the thermal power plant of adjacent areas.
Ключевые слова: тепловая электростанция, атомная электростанция, вторичные энергетические ресурсы, тепличный комплекс, импортозамещение.
Keywords: thermal power plant, nuclear power plant, secondary energy resources, greenhouse complex, substitution.
Введение. Важным условием продовольственной безопасности России является самообеспечение, т. е. физическая и экономическая доступность продовольствия населению за счет отечественного производства. В настоящее время существуют два уровня продовольственного самообеспечения: федеральный и региональный. Федеральный предусматривает производство зерна, мяса, молока, масла и сахара, а регионы, предположительно, должны самостоятельно обеспечивать себя картофелем, овощами, плодами, ягодами и пр.
Если проанализировать обеспечение России продовольствием в соответствии с нормами потребления Всемирной организации здравоохранения, то общая обеспеченность близка к минимальному значению продовольственной безопасности — около 65 %. Однако при этом следует отметить, что Россия расположена в относительно высоких широтах со сложными климатическими условиями, поэтому населению требуется большее число пищевых калорий, превышающее в некоторой степени общемировые стандарты потребления.
Это свидетельствует о том, что в настоящее время собственного сельскохозяйственного производства недостаточно для того, чтобы население получало необходимое количество продовольствия, поэтому существенную его часть требуется закупать. В условиях неустойчивой конъюнктуры мирового рынка продовольствия, политики санкций со стороны западных стран, всегда есть риск временного или даже хронического подрыва продовольственной безопасности страны. Как следствие, нарастает необходимость увеличивать объемы собственного сельскохозяйственного производства, в том числе и в рамках тепличных хозяйств, обеспечивающих свежими овощами и фруктами население страны в соответствующий период года. Следует отметить, что в настоящее время указанные потребности населения Российской Федерации в значительной мере удовлетворяются за счет импортных поставок (Китай, Турция, Израиль и др.), препятствуя тем самым в значительной степени развитию отечественного сельского хозяйства в государственном и частном секторах. Это значит, что 60+70 % овощей, потребляемых в России, импортные; из 300 млрд руб., что ежегодно тратит население на овощи и зелень, более 200 млрд руб. уходит на оплату иноземной продукции. По данным Росстата, в 2013 г. овощей и фруктов импортировали 8 млн т [1]. Между тем значительная часть данной продукции добирается до российского потребителя в лучшем случае через неделю — две, теряя качество и, естественно, физиологическую ценность. Добавим к этому сильную зависимость продуктивности сельского хозяйства от погоды. Так, в 2010 г. в России из-за засухи имело место резкое снижение сбора овощей. Согласно данным Минсельхоза, в этом году он упал на 10 % — до 12,1 млн т, картофеля собрали 21 млн т — на 32 % меньше, чем в 2009 г. Последствия не заставили себя долго ждать — уже в январе 2011 г. Росстат объявил о значительном подорожании овощей за прошлый год. При этом картофель и капуста увеличились в цене на 100 %, морковь и свекла — на 60 %, лук и чеснок — на 50 %.
Результаты исследования. На основании вышеизложенного интенсивное развитие отечественного тепличного хозяйства с целью решения указанных проблем является весьма актуальным. В настоящее время в России имеется всего лишь около 1,8 тыс. га овощных теплиц, представляющих собой в основном остатки советских комбинатов, построенных
еще в 70—80 гг. ушедшего века. Указанная площадь теплиц в 3,6 раза меньше, чем в Польше и в 6 раз меньше, чем в Голландии [2], обладающих несопоставимо меньшими территориями. Поэтому тот факт, что в отечественных теплицах собирается всего лишь 5 % овощного урожая страны (530+560 тыс. т), является закономерным. Отметим при этом, что в РСФСР в теплицах выращивали 1 млн т зелени.
Согласно данным СМИ [1], крупнейшее на сегодня тепличное хозяйство страны — комбинат в Карачаево-Черкесии — наследие Советского Союза площадью теплиц 144 га. Справедливости ради следует сказать, что ситуация постепенно исправляется и время от времени сообщается об открытии новых тепличных хозяйств. Самый технологичный и автоматизированный — комплекс в Ярославской области, правда, относительно небольшой, всего 8 га. Теплицы возведены по голландскому проекту, для обеспечения их теплом построена ТЭЦ. Новый тепличный комбинат в Белореченском районе Краснодарского края в перспективе самый крупный и дорогой. Первая очередь площадью 32 га и стоимостью 2,5 млрд руб. рассчитана на производство 7 тыс. т овощей в год. При этом предполагается снимать урожай с 1 м2 огурцов — 50 кг, томатов — до 65 кг.
Однако даже существующие теплицы не могут эффективно функционировать, прежде всего, из-за безудержного роста тарифов на тепловую и электрическую энергию, коммунальные платежи. Известно, что в новых комплексах для производства 1 т овощей тратится 1 тыс. м3 природного газа (цена около
о
5 руб./м ), а в устаревших — до 5 тыс. За пять последних лет цены на газ выросли почти на 300 % , а чтобы подвести к тепличному хозяйству электричество приходится платить астрономические суммы денег. Кроме того, темпы увеличения доли электроэнергии, реализуемой по нерегулируемым государством ценам, привели к тому, что к 2012 г. она приблизилась вплотную к 100 % [3, 4].
На основании этого в себестоимости овощей и фруктов, выращиваемых в тепличных хозяйствах, затраты на обогрев и электроэнергию достигают часто 60+70 %, что снижает конкурентоспособность их в сравнении с импортом и предопределяет необходимость поиска альтернативных (более дешевых) источников энергии для данных целей. Перспективными объектами здесь могут являться, по нашему мнению, энерговырабатывающие
предприятия, на которых в результате особенностей технологического цикла образуется избыточная тепловая энергия. Она зачастую не используется и при этом является причиной теплового загрязнения прилегающих ареалов и нарушения биологического разнообразия в них.
Например, при охлаждении турбин угольных ТЭС «расходуется» около половины энергии, содержащейся в топливе. Поэтому от станции непрерывно отходит поток воды, подогретой подчас на 8+12 °С (от входящей) и сбрасываемой в водоем — охладитель. Крупные ТЭС нуждаются в больших объемах холодной воды и сбрасывают в подогретом состоянии 80+90 м3/с воды. Поэтому в природные водоемы поступает крупный поток теплой воды, который способен поднять температуру воды в них в летнее время от 20 до 30 °С. В месте впадения теплой сбросной воды образуется зона подогрева, занимающая иногда площади в несколько десятков кв. км.
Вследствие повышения температуры в водоеме и вызванного этим нарушения их естественного гидротермического режима ускоряются процессы «цветения» воды (из-за развития сине-зеленых водорослей), уменьшается растворимость газов в воде (что особенно опасно для гидробионтов — рыб), меняются физические свойства воды, ускоряются нежелательные химические и биологические процессы, протекающие в ней, и т. д. В зоне подогрева снижается прозрачность воды, увеличивается рН, возрастает скорость разложения легко окисляющихся веществ. Скорость фотосинтеза в такой воде заметно понижается. Восприимчивость живых организмов к токсичным веществам с повышением температуры обычно увеличивается, что часто приводит к их гибели.
На атомных электростанциях, как известно, наряду с выработкой электроэнергии выделяется огромное количество тепла: АЭС производительностью 3 ГВт (таковой будет обладать Ростовская АЭС после ввода в эксплуатацию 3-го энергоблока) за 1 час работы выделяет 5 млрд ккал бросового тепла (20,9 млрд кДж) [5]. Указанная АЭС для охлаждения только одного ядерного реактора
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.