CC BY
18
re318.fm Page 112 Wednesday, September 19, 2018 11:35 AM
-Ф-
УДК 504:75:05
ДИНАМИКА РАЗМЕЩЕНИЯ ОБЪЕКТОВ ТЕПЛОЭНЕРГЕТИКИ ВЕЛИКОБРИТАНИИ И ИХ ВЛИЯНИЕ НА ЛАНДШАФТЫ И ПРИЛЕГАЮЩИЕ АКВАТОРИИ ЗА ВЕСЬ ПЕРИОД СУЩЕСТВОВАНИЯ ОТРАСЛИ
DOI: 10.24411/1728-323X-2018-13112
А. В. Булохов, аспирант, Институт океанологии им. П. П. Ширшова РАН, г. Москва, Россия, [email protected]
В статье проведен исторический анализ размещения объектов теплоэнергетики на территории Великобритании, выделены этапы активного строительства, их переноса и закрытия, а также произведена инвентаризация современных источников поступления загрязняющих веществ в атмосферу и водные объекты. Показано, что выбор местоположения станций зависел от разных факторов: близость к потребителям (городам и промышленным центрам), первоначальная ориентированность на угольные месторождения, после открытия углеводородных месторождений в акватории Северного моря — ориентация на сеть трубопроводов и нефтеналивные порты. За последние 30 лет в структуре размещения электростанций произошли наиболее значительные изменения, обусловленные принятием ряда экологических программ. Они коснулись как выбора местоположения объектов ТЭК, так и снижения объемов выбросов в атмосферу и потребления топлива.
The article gives the historical analysis of the placement of heat supply facilities in the territory of Great Britain, the stages of active construction and their transfer and closing are highlighted, and the inventory of the modern sources of pollutants in the atmosphere and water bodies is made. It is shown that the choice of the stations' location depended on different factors: proximity to customers (the cities and industrial centers), original focus on carbon fields, after the opening of hydro-carbonic fields in the water area of the North Sea the orientation on a network of pipelines and oil ports. For the recent 30 years in the structure of the placement of power stations there have been most considerable changes caused by the acceptance of a range of ecological programs. They dealt both with the choice of the location of the facilities of energy industry, and with the reduction of air emissions and fuel consumption.
Ключевые слова: теплоэлектростанция, ТЭС, каменный уголь, теплоэнергетика, Британские острова, Великобритания, Северное море, загрязнение атмосферы, выбросы в атмосферу.
Keywords: thermal power station, power plant, coal, thermoelectricity, the British Isles, the United Kingdom, the North Sea, air pollution, air emissions.
Любая отрасль производства подвергается изменению и улучшению, особенно топливно-энергетический комплекс, с постоянно меняющимися видами топлива и способом их добычи. И если раньше изменения происходили преимущественно в силу особенностей добычи и транспортировки того или иного вида топлива, то за последние несколько десятилетий на первый план начинают выходить экологические причины.
Великобритания одна из первых среди стран Европы столкнулась с неблагоприятной экологической обстановкой, вызванной бурным развитием теплоэнергетики в середине прошлого столетия. Процесс индустриализации экономики начался еще в 17—18 вв., однако объемы добытого и потребляемого топлива в то время были небольшие, на несколько порядков меньше, и не играли существенной роли в ухудшении состояния окружающей среды. В конце 19-го века уже был сформирован некий облик типичного крупного промышленного города — тянущиеся до горизонта мануфактуры с десятками дымящихся труб. Последнее десятилетие 19-го века ознаменовалось вводом в строй первых угольных теплоэлектростанций для нужд крупных агломераций. С тех пор количество и мощность таких электростанций постоянно росли.
На процесс строительства электростанций преимущественное влияние оказывали такие мировые события, как две мировые войны, нефтяной кризис в начале 70-х годов (его отголоски сказались на медленном развитии этой отрасли в следующем десятилетии), а также внутренняя политика Великобритании и Ирландии.
Таблица 1
Период введения в эксплуатацию (по десятилетиям) и количество теплоэлектростанций в пределах Британских островов [3, 6]
о о о о о о О о о о о о
о г) т ■Ч1 О so о\ о ^н
о\ о\ о\ о\ о\ о\ о\ о\ о\ о\ о о
г) г)
1 О 1 о 1 о 1 О 1 О 1 О 1 О 1 О 1 о 1 о 1 о 1 о
о\ о ^н г) п ■Ч1 ^ о so о\ о
во о\ о\ о\ о\ о\ о\ о\ о\ о\ о\ о
^н ^н ^н ^н ^н ^н ^н г)
13 27 4 22 5 7 39 24 7 5 28 12
ге318.6п Page 113 Fгiday, Septembeг 7, 2018 11:36 AM
-Ф-
-Ф-
Основные этапы строительства теплоэлектростанций
Основываясь на количестве и территориальном размещении возведенных электростанций, можно выделить ряд основных этапов их строительства. И для каждого этапа характерно наличие определенного вектора нагрузки.
1-й этап: 1890—1920 гг. Первая очередь угольных электростанций, построенная в период еще до Первой мировой войны, территориально тя-
готела к крупным городам и промышленным центрам. На тот момент их мощность была невелика, и передача электроэнергии на дальние расстояния не была рациональна. Станции обеспечивали энергией ближайшие к ним районы города.
2-й этап: 1920—1950 гг. В период между мировыми войнами территориально возведение теплоэлектростанций продолжалось практически в тех же регионах, однако их количество увеличилось вдвое. Большая часть была расположена
-Ф
Ф-
Рис. 1. Размещение теплоэлектростанций в разные периоды (А - 1890-1920 гг, Б - 1920-1950 гг., В - 1950-1970 гг, Г - 1970 - наст. время) [3, 6]
-Ф-
Рис. 2. Современная мощность (А), местоположение теплоэлектростанций и типы потребляемого топлива (Б) [2, 5]
все в том же районе ц ентральной Англии — в непосредственной близости от крупных промышленных центров и угольных месторождений. Важной особенностью для данного этапа являлось расположение электростанций вдоль судоходных рек, каналов и в крупных портах — для подвоза угля речным и морских транспортом. Кроме того, расположение на водных артериях было необходимо для системы охлаждения новых и более мощных электростанций.
3-й этап: 1950—1970 гг. На послевоенное время пришелся настоящий бум строительства объектов теплоэнергетики, прежде всего угольных ТЭС. Было введено в эксплуатацию рекордное количество теплоэлектростанций — 63 единицы (с 1950-го по 1970 г.). В этот период создавались наиболее мощные станции — до 3500 МВт. Местоположение будущей станции тяготело к уже созданной в предыдущие периоды транспортной инфраструктуре — железнодорожным магистралям, каналам, а также к крупным морским портам. Часто более современные и м ощные станции возводились рядом с уже существующими еще с начала века старыми. Таким образом, на небольшом участке функционировало 2—3 крупных станции с единой транспортной артерией. Это многократно усиливало пагубное воздействие на окружающие территории. При этом функционировавшие в пределах городов станции не выводились из эксплуатации, но модернизировались — увеличивалась выработка электроэнергии, в ос-
новном за счет увеличения потребления топлива. Все это приводило к сильному загрязнению городской атмосферы и, как следствие, к резкому росту респираторных заболеваний населения.
4-й этап: 1970 г. — настоящее время. Начиная с конца 70-х годов прошлого столетия по настоящее время идет совершенно новый, мало чем сходный с предыдущими этап. Для этого периода характерен постепенный и стабильный переход на гораздо более экологичные газовые теплоэлектростанции, постепенный уход от использования угля (связанный с открытием залежей углеводородов Северного моря). Если в 1950-х доля выработки электроэнергии на угольных станциях составляла 80 % и только 5 % на газовых, то в середине 90-х это соотношение стало 35 и 40 %, соответственно. Все чаще возводятся газовые электростанции нового типа — CCGT (Combined Cycle Gas Turbine), КПД которых достигает 55 % против 35 % у обычных станций. Характер расположения станций становится все более равномерным по всей территории, за исключением труднодоступных горных районов. Многие устаревшие электростанции в пределах городов выводятся из эксплуатации окончательно, а новые создаются на окраинах, тем самым городская атмосфера испытывает существенно меньшие нагрузки.
Уже в 70-х годах на некоторые электростанции начали устанавливать системы по очистке отработавших газов (скрубберы). К рубежу 20—21 вв. в Великобритании вступила в силу директива Ев-
-Ф-
ропейского союза « Об ограничении выбросов некоторых загрязняющих воздух веществ от крупных установок сжигания» (Директива 2001/80/ЕС «Large Combustion Plants Directive»). Согласно ее требованиям, крупные электростанции должны были существенно снизить выбросы загрязнителей в атмосферу, в связи с чем скрубберы стали устанавливать повсеместно. Скруберы — довольно общее понятие, для каждого вредного соединения используется своя система. Для нейтрализации соединений серы используется система де-сульфуризации дымовых газов (FDG — Flue-Gas Desulfurization), позволяющая удалять до 95—98 % таких соединений. Для удаления соединений азота используется система избирательной каталитической нейтрализации (SCR Selective Catalytic Reduction), нейтрализующая до 80—90 % этих соединений.
В настоящее время в пределах городов практически не осталось крупных теплоэлектростанций. Сеть электростанций стала покрывать гораздо большую площадь Британских островов. Разветвленная система газопроводов способствовала размещению новых станций в отдаленных, менее населенных районах.
Изменение структуры потребляемого топлива, типов электростанций и снижение объемов выбросов в атмосферу
Уголь в Великобритании являлся основным энергоносителем весьма длительный период. Рекордные объемы добычи достигались в первой четверти XX века — до 280—290 млн тонн в год. Начиная с 30-х годов добыча стабильно сокращалась — до 200 млн в 1960-м, до 100 млн в 1990-м. По состоянию на 2016 год этот показатель снизился до незначительных 4 млн тонн. Параллельно со спадом добычи начиная с 1990-х возрастала роль импортного угля. К 2016 году отношение объемов импортного угля к добытому составило 8,5 к 4 млн тонн. До 90-х годов 20-го века потреб-
Таблица 2
Динамика снижения выбросов соединений серы и азота — от всей промышлености и теплоэнергетики в частности [4]
2007 2015
Общий объем, тонны Для отрасли теплоэнергетики, тонны Общий объем, тонны Для отрасли теплоэнергетики, тонны
SO2/SOx NO2/NOx 473 580 529 307 295 114 — 62 % 413 936 — 78 % 163 115 285 405 83 462 — 51 % 198 487 — 69 %
ление угля на электростанциях постоянно возрастало. Однако далее наблюдался довольно существенный спад, пропорциональный увеличению объемов потребления природного газа. Еще в 2015 году доля выработки электроэнергии на угольных электростанциях составляла 22 %, а в 2016-м — уже 9 %. И этот показатель снижается с каждым годом. А потребление природного газа в 2015-м и 2016-м годах составляло 29 и 42 % соответственно. Процент теплоэлектростанций, работающих на нефти, всегда был невелик, и к настоящему моменту практически свелся на нет — всего 1 % в 2015 году. Однако и они подвергались переоборудованию или просто закрывались. За период с 2010 по 2017 гг. было закрыто шесть крупных угольных электростанций общей мощностью 9100 МВ (около 10 %) и 4 нефтяные станции, 5700 МВ (около 6 % от общей доли выработки).
Постепенный переход на более чистый вид топлива — природный газ и закрытие ряда крупных станций сыграло весьма ощутимую роль в снижении объема выбросов загрязняющих веществ в окружающую среду. Согласно данным Европейской комиссии по окружающей среде (Б-РЯТЯ), с 2007 по 2015 год объемы выбросов ряда соединений сократились в два-три раза (табл. 2).
Современные объемы выбросов от объектов теплоэнергетики
На 2016-й год на территории Великобритании существовало 12 крупных теплоэлектростанций, выбрасывающих в атмосферу до 80 % загрязняющих веществ (прежде всего, соединений азота КОх и серы ЗОх), а также 5 крупных НПЗ. Одни электростанции располагаются обособленно, другие исторически сгруппированы в отдельные районы (рис. 3—4).
Основная часть теплоэлектростанций расположена в центральной части Великобритании, преимущественно в глубине острова. Эти станции являются одними из крупнейших поставщиков соединений азота и серы. Например, станция Бгах (Северный Йоркшир) — своеобразный лидер в этой области, чьи годовые объемы выбросов КОх — 31 тыс. тонн, $Ох — 18 тыс. тонн [4]. Существуют станции, располагающиеся на береговой линии или в устьях рек. Например, станция Aberthaw (Уэльс) на северном побережье Бристольского залива также поставляет большие объемы загрязнителей: соединений серы — 6 тыс. тонн, соединений азота — 25 тыс. тонн [4]. Из перечня 12 крупнейших станций около одной трети — это прибрежные станции.
"Ф
-Ф-
Рис. 3. Годовые объемы выбросов соединений МОх от теплоэлектростанций на территории Британских островов в 2015 году, тыс. тонн. Точками изображены энергетические установки мощностью выше 50 МВт
(составлено автором по данным [4])
В связи с изменением сырьевой базы ТЭК (открытие углеводородов в Северном море) произошло соответствующее перераспределение давления на окружающую среду. Для ландшафтов внутри самой страны это сыграло положительную роль: были закрыты некоторые угольные шахты, в т. ч. и открытого типа, прекратился процесс нарушения поверхностного покрова. Однако появление в акватории платформ с установками по сжиганию попутного газа начало играть отрицательную роль. Ряд загрязняющих веществ, поступающих в атмосферу от платформ, подвергается инвентаризации (диоксид азота, метан, техногенные аэрозоли — черный или сажевый углерод).
В пределах акватории Северного и Норвежского морей в 2015 году располагалось 73 добывающие платформы и плавучие установки. От них в атмосферу в общей сложности поступило 35 тыс. тонн соединений азота КОх, 32 тыс. тонн метана СН4. [4]. В пределах Ирландского моря существуют всего две добывающие платформы (на 2015 г.), и объемы выбросов загрязняющих
веществ от них на несколько порядков меньше — 1755 тонн соединений азота КОх, 270 тонн метана СН4 [4].
Влияние платформ и плавучих установок прослеживается на довольно удаленных расстояниях от них. Так, в ходе ряда морских научных экспедиций было установлено, что концентрации сажевого углерода по субмеридиональному разрезу Северного моря (от Скагеррака до Шетландских островов) выше фоновых значений — до 180—190 нг/м3 (при 20—30 нг/м3 для Атлантики) (рис. 5) [4]. При соответствующих направлениях и силе ветра некоторые объемы сажевого углерода могут достигать арктических территорий (гораздо менее устойчивых экосистем), оседать и изменять баланс таяния снежно-ледового покрова [1]. В основе этого процесса лежит изменение, а точнее снижение альбедо заснеженных территорий Арктики (с 80—90 % для чистого снега до 50—60 % для загрязненного) и как следствие — увеличенное поглощение приходящей солнечной энергии (нагрев поверхности).
ге318:т Ра§е 117 Мау, Septembeг 7, 2018 11:36 АМ
Рис. 4. Годовые объемы выбросов соединений БОх от теплоэлектростанций на территории Британских островов в 2015 году, тыс. тонн. Точками изображены энергетические установки мощностью выше 50 МВт
(составлено автором по данным [4])
65°
60° -
55°
50°
50
27
52
28 51 25
28 51 26 25 53 183
22 118843
21 185 19
20
56 178
179
181 180 О
24 54 23 54 55
-г-
10°
т-
0°
т-
5°
Концентрации сажевого углерода, нг/м3
о < 10 50
200
1 2
15° 10° 5° 0° 5° 10°
Рис. 5. Концентрации сажевого углерода, полученные в 62-м и 64-м рейсах Академик Мстислав Келдыш (2015 г.) [1]
-Ф-
Рекультивация техногенных ландшафтов
После окончания эксплуатации судьба электростанции в зависимости от ее местоположения складывается по-разному. Если электростанция располагается в черте города и с архитектурной точки зрения представляет некоторую ценность (в случае, если здание не меняло свой облик с конца 19-го начала XX века), то она может быть переоборудована в галерею, выставочный зал, музей и даже в отель. Например, в Лондоне с 1952-го по 1981-й год функционировала угольная электростанция Bankside. После закрытия
она была переоборудована в выставочный зал Tate Modern. Знаменитая четырехтрубная угольная станция Battersea, закрывшаяся в 1983 году, ожидает решения администрации Лондона. Существуют идеи по установки в ее здании энергетических установок, работающих на биотопливе. Станция Lots Road, построенная еще в 1905 году, закрылась только в 2002-м. В ее здании планируется создать отель.
Если речь идет об электростанциях, расположенных за чертой города, то чаще всего их просто сносят (рис. 6). Вновь освобожденная территория обычно застраивается жилыми районами, торго-
-Ф-
выми центрами или стоянками, или частично вписывается в транспортную инфраструктуру — здесь могут продолжаться железнодорожные дороги, автомобильные развязки и т. п.
Выводы
Великобритания одна из первых пришла не только к пониманию, но и к реализации необходимости улучшения качества городской среды, прежде всего состояния воздуха. За довольно короткий период — за последние 30 лет в структуре теплоэнергетики произошли существенные изменения, которые положительно сказались на экологической обстановке в стране. Повсеместно в энергетике наблюдается стабильный переход на
более чистые виды топлива — природный газ вместо каменного угля и нефти. Снижаются объемы выбросов загрязняющих соединений. Ощутимую роль начинают играть возобновляемые источники энергии. Во многих городах невозвратно выносятся за пределы крупные предприятия и электростанции. Такие действия приносят определенные успехи. В Европе и самой Великобритании функционирует множество служб, которые ежегодно и уже много десятилетий подряд проводят измерения качества окружающей среды. Благодаря собираемым ими данным можно с уверенностью сказать, что политика, направленная на созидание экологических норм и требований, приносит положительные результаты.
Список источников
1. Atmospheric black carbon over the North Atlantic and the Russian Arctic Seas in Summer-Autumn time. V. P. Shevchenko, V. M. Kopeikin, N. Evangeliou, A. P. Lisitzin, A. N. Novigatsky, N. V Pankratova, D. P. Starodymova, A. Stohl and R. Thomson // Химия в интересах устойчивого развития. — № 24 (2016). C. 441—446.
2. Служба национальной статистики Великобритании, раздел статистики по электроэнергетике — Energy trends: electricity — URL: https://www.gov.uk/government/statistics/electricity-section-5-energy-trends
3. Англоязычный форум по инвентаризации существующих электростанций мира "Power stations around the world" URL: http://www.industcards.com/ppworld.htm
4. Европейский регистр выбросов агентства по окружающей среде — URL: http://prtr.ec.europa.eu/#/pollutantreleases
5. National Statistics: Electricity — Chapter 5, Digest of United Kingdom Statistics (DUKES) — URL: https://www.gov.uk/ government/statistics/electricity-chapter-5-digest-of-united-kingdom-energy-statistics-dukes
6. Statistical dataset — Historical electricity data: 1920 to 2015 — URL: https://www.gov.uk/government/statistical-data-sets/ historical-electricity-data-1920-to-2011
THE DYNAMICS OF THE PLACEMENT OF HEAT SUPPLY FACILITIES OF GREAT BRITAIN AND THEIR INFLUENCE ON THE LANDSCAPES AND ADJACENT WATER AREAS FOR THE WHOLE PERIOD OF THE EXISTENCE OF THE INDUSTRY
A. V. Bulokhov, Postgraduate student, Shirshov Institute of Oceanology, RAS, Moscow, Russia, [email protected] References
1. Shevchenko V. P., Kopeikin V. M., Evangeliou N., Lisitzin A. P., Novigatsky A. N., Pankratova N. V., Starodymova D. P., Stohl A., Thomson R. Atmospheric black carbon over the North Atlantic and the Russian Arctic Seas in Summer-Autumn time. Chemistry for the benefit of sustainable development. No. 24. 2016. P. 441—446.
2. Service of national statistics of Great Britain, the section of statistics on power industry. Energy trends: electricity. Available at: https:7www.gov.uk/government/statistics/electricity-section-5-energy-trends.
3. An English-speaking forum on Inventory of the existing power plants of the world of "Power stations around the world" Available at: http:/www.industcards.com/ppworld.htm.
4. The European register of emissions of the agency on the environment. Available at: http:/prtr.ec.europa.eu/#/pollutantre-leases.
5. National Statistics: Electricity. Ch. 5. Digest of United Kingdom Statistics (DUKES). Available at: www.gov.uk/government/ statistics/electricity-chapter-5-digest-of-united-kingdom-energy-statistics-dukes.
6. Statistical dataset — Historical electricity data: 1920 to 2015. Available at: www.gov.uk/government/statistical-data-sets/his-torical-electricity-data-1920-to-2011.
