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.