Оценка предотвращенного экологического ущерба при создании системы солнечного теплоснабжения Балаклавского района г. Севастополя на основе отработанного карьера Текст научной статьи по специальности «Энергетика и рациональное природопользование»

частности, избежать значительного завышения часового расхода газа и, следовательно, увеличения материалоёмкости и стоимости газовых сетей.

На основании проведенных расчётов можно заключить, что для повышения точности формулы (4) коэффициент Kmax надо понизить в 1,136 раз, тогда ошибка

расчёта составит ±3%.

Выводы

1. Расчёт часового расхода газа в жилых домах для хозяйственно-бытовых нужд при населении менее тысячи человек с помощью соотношений ДБН В.2.5-20-2001«Газоснабжение» может дать завышенные значения часового расхода газа и, следовательно, увеличение материалоёмкости и стоимости газовых сетей. При этом нарушается принцип непрерывности в часовом расходе газа для хозяйственно-бытовых нужд при переходе от численности населения более к менее тысячи человек.

2. Наилучшие результаты по определению часового расхода газа в жилых домах даёт модель, учитывающая назначение газовых приборов и количество людей, проживающих в квартире. Поэтому в ДБН расчётные формулы для отдельных домов следует заменить указанной моделью, что позволит обеспечить принцип непрерывности в области тысячи человек и, в частности, избежать значительного завышения часового расхода газа, приводящего к увеличению материалоёмкости и стоимости газовых сетей.

3. На основании проведенных расчётов установлено, что для обеспечения ошибки расчёта часового расхода газа по указанному методу на уровне ±3% надо расчётный коэффициент метода понизить в 1,136 раз.

4. В случае частной комбинации газовых приборов: газовая плита и ёмкостной водонагреватель, отопительный котёл или отопительная печь, используемых для горячего водоснабжения и отопления, при расчёте часового расхода газа целесообразно использовать соотношение, учитывающее расходы газа контура горячего водоснабжения и контура отопления.

Список литературы

1. Газоснабжение. ДБН В.2.5-20-2001- К.: Государственные строительные нормы Украины. 2001.- 287с.

2. Снш П.М. Газопостачання населених пункпв i об'екпв природним газом / Снш П.М., Шишко Г Г., Предун К.М.. - К.: Логос. 2002. - 198 с.

3. Ионин А.А. Газоснабжение / Ионин А.А. - М.: Стройиздат, 1989. - 439с.

4. К вопросу определения расчётного расхода газа для жилых домов с ёмкостными водонагревателями / Леутин В.А., Боровский Б.И. // Строительство и техногенная безопасность. - Симферополь: НАПКС. -2006.- Вып. 13-14.- С. 198-200.

УДК 504.3:628.5

ОЦЕНКА ПРЕДОТВРАЩЕННОГО ЭКОЛОГИЧЕСКОГО УЩЕРБА ПРИ СОЗДАНИИ СИСТЕМЫ СОЛНЕЧНОГО ТЕПЛОСНАБЖЕНИЯ БАЛАКЛАВСКОГО РАЙОНА Г. СЕВАСТОПОЛЯ НА ОСНОВЕ ОТРАБОТАННОГО КАРЬЕРА

Буркова Е. В., Макаров В. В.

Севастопольский национальный технический университет

В работе рассматривается прогнозная оценка предотвращенного экологического ущерба при использовании отработанных карьеров горнодобывающих предприятии в качестве аккумулятора солнечной энергии. Их применение позволяет организовать централизованную систему солнечного теплоснабжения взамен традиционных

котельных. Предотвращенный экологический ущерб оценивается за счет снижения потребления углеводородного топлива и снижения выбросов загрязняющих веществ в атмосферный воздух котельными централизованного теплоснабжения. Расчеты выполнены применительно к котельным Балаклавского района города Севастополя. Рекультивация карьеров, солнечная энергетика, расчет предотвращенного экологического ущерба

Введение

Увеличение объемов строительства неизбежно приводит к росту добычи сырья открытым способом, который является наиболее экономичным для горнодобывающих предприятий. Большинство карьеров на территории Севастопольского региона разрабатывалось во второй половине XX века в соответствии с оформленными земельными, горными отводами и проектами, выполненными в специализированных организациях. В течение этого периода образовались отработанные карьеры. Глубина этих карьеров доходит до 180м. Такие карьеры относятся к глубоким и трудно поддаются рекультивации известными способами. Как правило, на участке расположения отработанного карьера наблюдаются ландшафтные изменения, нарушается геоморфология, меняются гидрологический и гидрогеологический режимы, происходит загрязнение подземных горизонтов и др. Выработанное пространство карьера оказывает негативное воздействие на атмосферу, литосферу, гидросферу.

Анализ публикаций На сегодняшний день проблема экологической опасности отработанных карьеров до конца не решена. Существующие способы рекультивации таких карьеров не позволяют полностью предотвратить экологический ущерб, наносимый окружающей среде [1,2].

В [3] предлагается техническая рекультивация отработанных карьеров, путем использования их пространства для сезонного аккумулирования солнечной энергии. Рассматривается карьер (рис.1) Балаклавского горнодобывающего предприятия в Севастопольском регионе.

На рис. 2 представлена концепция централизованного солнечного теплоснабжения г. Балаклавы на основе отработанного карьера, в котором размещен емкостной аккумулятор.

Рис.1. Отработанный карьер Балаклавского горнодобывающего предприятия

(глубина карьера 180 м)

Рис. 2. Концепция централизованной системы солнечного теплоснабжения с использованием отработанного карьера в качестве емкостного солевого

аккумулятора

Аккумулирующим материалом служит двухфазный солевой раствор. Нижняя фаза солевого раствора имеет концентрацию №С1 260%о (%о - промилле), что позволяет накапливать тепловую энергию до температуры 150°С, средняя фаза 30-150%, а верхняя фаза - пресная вода, служащая изолирующим слоем соприкасающимся с платформой, на которой размещены солнечные коллекторы, и, далее с окружающей средой (рис. 3).

В соответствии с концепцией котельные преобразуются в тепловые пункты. Таким образом ,транспортная система теплоносителя каждой котельной остается без изменения. В то же время котел остается резервным источником для теплоснабжения. Исходя из концепции централизованного солнечного теплоснабжения на основе использования отработанного карьера, существенно снижается потребление топлива и соответственно выбросы загрязняющих веществ в атмосферу.

Магистральные

Плоские солнечные

Циркуляционный

насос

Платформы, изолирующие наружную поверхность аккумулятора

Пресная вода

Соленая вода 30-150%» Соленая вода 200-250%о

Гидроизоляция

Рис. 3. Общая схема сезонного аккумулятора теплоты в пространстве отработанного

карьера

Цель и постановка задачи исследования

Оценить прогнозируемый предотвращенный экологический ущерб в результате снижения нагрузки на окружающую среду котельными г. Балаклавы при использовании пространства отработанного карьера в качестве емкостного аккумулятора солнечной энергии.

Для достижения указанной цели необходимо решить следующие задачи: - рассчитать снижение потребляемого топлива и выбросов загрязняющих веществ в атмосферный воздух на территории Балаклавы, создаваемые котельными, при сжигании углеводородного топлива при теплоснабжении;

- оценить экономический эффект предложенного способа технической рекультивации глубокого отработанного карьера.

Методика исследований В работе использовалась методика [4] расчета выбросов загрязняющих веществ в атмосферу энергетическими установками, а также налоговый кодекс Украины (ст.242).

Результаты и их анализ На основании выполненных расчетов коэффициент замещения углеводородного топлива в системе отопления солнечной энергией (с учетом сезонного аккумулирования) будет составлять - 85%. В системе горячего водоснабжения коэффициент замещения принимался - 100%. Расчетное количество потребляемого топлива проводились исходя из установленной мощности котельных агрегатов в каждой котельной. При этом учитывался коэффициент загрузки, количество отопительных суток (165) и потребляемого количества горячей воды в соответствии со СНиП 2.04.01-85[5]. КПД для газовых котельных агрегатов принимался - 0,9; для угольных - 0,65.

Исходя из концепции централизованного солнечного теплоснабжения, в табл. 1 и 2 представлены расчетные значения снижения потребляемого топлива (В), т/год газовыми и угольными котельными г. Балаклавы и соответственно снижение выбросов загрязняющих веществ.

Выброс загрязняющих веществ во время сгорания определяется по следующей формуле [2]:

мл =10-61 кА & I, (1)

1

где Мц - валовой выброс р-го загрязняющего вещества во время сгорания /-го вида топлива за время Р, т; кр - показатель эмиссии р-го загрязняющего вещества для /-го вида

топлива, г/ГДж; ВI - расход /-го топлива за время Р,т; \ — низшая рабочая теплота сгорания г-го топлива, МДж/кг.

Расчеты выполнены в соответствии с элементным составом природного газа:

Элемент СН4 С2Н6 С3Н8 С4Н10 СО2 N2 Он, МДж/нм3 р, кг/нм3

Содержание, % 98,9 0,12 0,01 0,01 0,06 0,90 33,08 0,723

и элементным составом угля Донецкого бассейна:

Элемент Сг Нг 8г Ог № Аг Он,,МДж/кг

Содержание, % 52,49 3,5 2,85 4,99 0,97 25,2 10 20,47

Результаты расчетов представлены в табл. 1 и 2.

Таблица 1

Количество снижения потребляемого газа и соответственно выбросов стандартных

Адрес котельной Количество снижения потребляемого газа, 0), т/год Снижение 1 - ых выбросов, т/год

СО СО2 N20 НЕ СН4

ул. Мира, 4 829 5,6 1,8 2227 0,01 110-5 0,038

ул. Аксютина, 37 821 5,6 1,8 2200 0,0099 0,9*10-5 0,369

ул. Кирова, 28 782 5,3 1,5 2095 0,0093 0,9*10-5 0,0352

ул. Новикова, 12г 814 5,5 1,7 2181 0,0097 0,9*10-5 0,0366

ул. Ракетная, 10 635 4,3 1,3 1701 0,0076 0,7*10-5 0,0285

ул.Строительная,49 530 3,6 1,1 1420 0,0063 0,6*10-5 0,0238

ул.Терлецкого, 15 816 5,5 1,7 1382 0,0097 0,9*10-5 0,0367

Таблица 2

Снижения потребления угля и соответственно выбросов стандартных загрязняющих _веществ угольными котельными Балаклавского района_

Адрес котельной Количество снижения потребляемого угля, т/год Снижение 1 - ых выбросов, т/год

802 СО СО2 N20 СН4 твердые вещества

ул. Большевистская,60 1198 5,0 68 0, 27 2276 0,003 0,002 90,5

ул. Водоканальская,75 2316 9,0 132 0,540 2316 0,067 0,046 175,2

ул. Междурядная,25 934 3,7 53 0,218 1774 0,027 0,019 70,6

ул. Новикова,24а 995 4,0 56 0,230 1890 0,029 0,020 75,2

Продолжение табл. 2

Адрес котельной Количество снижения потребляемого угля, т/год Наименование 1 - ых выбросов, т/год

Тяжелые металлы

НЕ АЭ РЬ Сг N1 Си гп

ул. Большевистская, 60 1198 2,3*10-4 0,019 0,013 0,044 0,025 0,027 0,033

ул. Водоканальская, 75 2316 5,5-10-4 0,037 0,023 0,085 0,053 0,053 0,074

ул. Междурядная, 25 934 2,2* 10-4 0,015 0,010 0,034 0,021 0,021 0,031

ул. Новикова,24а 995 2,3*10-4 0,016 0,010 0,036 0,022 0,022 0,033

Природоохранные мероприятия оцениваются экономическим результатом, выражающиеся в сокращении или предотвращении социального или экономического ущерба от загрязнения окружающей среды. В нашем случае предлагаемое природоохранное мероприятие является гипотетическим (можно назвать его прогнозируемым). Поэтому рассматривается прогнозируемая величина предотвращенного ущерба от загрязнения атмосферного воздуха при переводе (модернизации) существующих котельных в тепловые пункты. Учитывая существующий порядок оплаты предприятиями за выбросы вредных веществ в атмосферу (в соответствии с Налоговым кодексом Украины, ст. 242), снижение оплаты за выбросы можно считать прогнозируемой величиной предотвращенного экологического ущерба (выраженного через экономический эффект). Таким образом, его можно рассчитать по формуле:

12 12 I

АУ = £ АГи = £ (^ (У,М,) + Вт ■ Цт), (2)

т=1 т=1 ¡=1

где: А У - суммарный прогнозируемый годовой предотвращенный экологический ущерб - экономический эффект при снижении выбросов загрязняющих веществ в атмосферный воздух и соответственно потребляемого топлива всеми котельными г. Балаклавы, грн/год; АУт - суммарный прогнозируемый годовой предотвращенный экологический ущерб - экономический эффект при снижении выбросов загрязняющих веществ в атмосферный воздух т - ой котельной, грн/год (от 1 до 4 угольные котельные, от 5 до 12 газовые котельные); у/ - плата за выбросы 1 - го загрязняющего вещества, грн/т; Мi - масса предотвращенного выброса в атмосферу ¡-го загрязняющего вещества, т/год (в соответствии с табл. 1 и 2); Вт,Цт - масса и соответственно цена предотвращенного потребляемого топлива т - ой котельной, т/год. Цена одной тонны угля принималась по рыночной цене - 595грн/т, а природного газа по цене 2012 года - 4602грн/т.

Расчетные значения предотвращенных ущербов сведены в таблицы 3-5.

1 нужно отметить следующее: что в настоящее время по стандартным вредным веществам на 2013 год берется плата 75% от платы за тонну, а в дальнейшем она будет взиматься 100%. Расчеты выполнены с учетом платы за выбросы 100%.

Таблица 3

Расчетные значения предотвращенных ущербов_

Адрес котельной Снижение платежей за 1 - ых выбросов, грн/год

М№0х^0х Мсо'УСО, МС02'ТС02 М302'Т302 Твердые в-ва

ул. Мира, 4 7446 90 167336 - -

ул. Аксютина, 37 7446 90 165308 - -

ул. Кирова, 28 7047 75 157418 - -

ул. Новикова, 12г 7313 85 163880 - -

ул. Ракетная, 10 5717 65 127813 - -

ул.Строительная,49 4786 55 106698 - -

ул. Терлецкого, 15 7313 85 103843 - -

ул. Большевиская,60 6648 14 171018 90417 4533

ул. Водоканальская,75 11967 27 174024 175516 8775

ул. Междурядная, 2 5 4919 11 133298 70472 3536

ул. Новикова,24а 5318 12 142014 74461 3766

Итого 75920 609 1612650 410866 20610

Таблица 4

Расчетные значения предотвращенных ущербов_

Адрес котельной Снижение платежей за / - ых выбросов, грн/год

Тяжелые металлы

НЕ АЭ РЬ Сг N1 Си гп

ул. Мира, 4 - - - - - - -

ул. Аксютина, 37 - - - - - - -

ул. Кирова, 28 - - - - - - -

ул. Новикова, 12г - - - - - - -

ул. Ракетная, 10 - - - - - - -

ул.Строительная,49 - - - - - - -

ул.Терлецкого, 15 - - - - - - -

ул. Большевиская,60 - 180 1521 1570 1340 58 146

ул. Водоканальская,75 - 351 2927 3034 2481 115 291

ул. Междурядная, 2 5 - 143 1183 1213 1126 45 194

ул. Новикова,24а - 152 1240 1285 1179 48 196

Итого - 826 6871 7102 6486 266 827

Таблица 5

Расчетные значения предотв

ращенных ущербов

Адрес котельной Стоимость суммарных выбросов, грн/год Вт- Цт, грн/год Годовой предотвращенный ущерб, грн/год

ул. Мира, 4 174872 3815058 3989930

ул. Аксютина, 37 172844 3778242 3951086

ул. Кирова, 28 164540 3598764 3763304

ул. Новикова, 12г 171278 3746028 3917306

ул. Ракетная, 10 133595 2922270 3055865

ул.Строительная,49 111539 2439060 2550599

ул. Терлецкого, 15 111241 3755232 3866473

ул. Большевиская,60 277445 712810 990255

ул. Водоканальская,75 379213 1378020 1757233

ул. Междурядная, 2 5 216140 555730 771870

ул. Новикова,24а 159671 592025 751696

Итого 2072378 27293239 29365617

Из таблиц следует, что только за счет снижения выбросов загрязняющих веществ и потребляемого топлива экономический результат, за счет предотвращенного ущерба может составлять (в ценах 2012 - 2013г. г.) - 29 365 617 грн/год.

Величина АУ в первом приближении эквивалентна экономическому эффекту Э, т.е. Э =АУ. Этот показатель дает возможность оценить необходимые капитальные затраты проекта, учитывая, что экономическая эффективность природоохранных мероприятий рассчитывается по формуле

Э

Э3 =---, (3)

3 С + ЕН ■ К

где: Э3 - общая эффективность природоохранных затрат; Э - полный годовой экономический эффект; С - текущие затраты; К - капитальные вложения, определившие экономический эффект; ЕН - норматив эффективности капитальных вложений.

Выводы

Выполнена оценка прогнозируемого предотвращенного экологического ущерба при замещении традиционных котельных (85% отопления и 100% горячей воды) централизованной системой солнечного теплоснабжения (на примере Балаклавского района г. Севастополя).

Предлагаемая методика может быть в дальнейшем использована при проектировании указанных систем с рекультивацией отработанных карьеров, путем использования их в качестве сезонного аккумулятора энергии.

Список литературы

1. Коваленко В.С. Рекультивация нарушенных земель на карьерах / Коваленко В.С., Штейнцайг Р.М., Голик Т.В. - М.: Горная книга, 2012. - 65 с.

2. Томаков П.И. Экология и охрана природы при открытых горных работах / Томаков П.И., Коваленко В.С., Михайлов А.М., Калашников А.Т.. М.: Изд-во «МГГУ», 1994. -418 с.

3. Оценка возможности сезонного аккумулирования солнечной энергии в выработанных карьерах/ [Макаров В.В., Буркова Е.В.] // Возобновляемая энергетика. -К.: ИВЭ НАН Украины.- 2008. - №3. - С. 38-41.

4. ГКД 34.02.305-2002. Выбросы загрязняющих веществ в атмосферу от энергетических установок. Методика определения. - К.: Изд-во «КВ1Ц», 2002. - 44 с.