3.5. Енергетика і довкілля — системний підхід

Деякі загальні положення. Стосовно розвитку енергетики можна виокремити два основні принципи: пер­ший — пошук у довкіллі ресурсів, конче потрібних для забез­печення енергоспоживання, другий — паралельне дослідження

можливості повнішого використання природних ресурсів (раці­оналізація процесів і технології видобутку, збагачення, перероб­ки і спалювання палива, вдосконалення енергетичних установок тощо). Зі зростанням одиничних потужностей блоків електрич­них станцій та енергетичних систем, питомих і сумарних рівнів енергоспоживання виникає завдання обмежити викидання за­бруднювальних речовин у повітряний і водний басейни, а також повною мірою користуватися їхньою здатністю до розсіювання.

Ще значніші об'єми енергоспоживання, що чекають на нас у недалекому майбутньому, зумовлюють подальше інтенсивне зростання різноманітних впливів на всі компоненти довкілля у глобальному масштабі. Нові сторони проблеми взаємодії енерге­тики і довкілля пов'язані з розвитком ядерної енергетики, а також з розширенням практичних заходів щодо запобігання неґатив-ним діям на довкілля як в енергетиці, так і у всіх інших галузях народного господарства. При цьому центр ваги проблем охорони довкілля переноситься на енергетику, що, природно, спричинює зміну техніко-економічних показників енергопостачання.

Таким чином, на сучасному етапі та в перспективі проблема взаємодії енергетики і довкілля є вельми багатобічною: вона за-торкує всі аспекти життєдіяльності людини, всього природного і рослинного світу, включаючи ландшафт, надра, повітряний і водний басейни, продукти харчування.

У зв'язку з цим особливого значення набуває розгляд взаємодії енергетики і довкілля на підставі системно-структурного аналізу, що дає змогу розкрити розмаїті внутрішні зв'язки. Власне цьому присвячено студію [52]. Початок класичному розгляду проблеми взаємодії людини і довкілля поклав академік В.І. Вернадський. Підґрунтям для кількісних оцінок різних взаємодій є дані про розвиток енергетики і про елементарні процеси впливу різних типів енергетичних установок на всі компоненти довкілля. Зупинімося лише на деяких загальних положеннях [52].

Загальна характеристика енергетики як паливно-енергетичного комплексу. Ми вже завважували, що енергетика та ПЕК, покли­каний реалізувати її призначення, включають у себе одержання, переробку, перетворення, транспортування, зберігання і ви­користання енергоресурсів та енергоносіїв усіх видів. ПЕК має

щільні зовнішні та внутрішні зв'язки, визначені виробництвом і застосуванням енергії (у промисловості, сільському господарстві, будівництві, комунальному господарстві, на транспорті).

Можна виокремити чотири основні стадії транспортування первинних енергетичних ресурсів (від природного стану, що перебуває у динамічній рівновазі з довкіллям, до кінцевого спо­живача): видобування або пряме використання первинних при­родних ресурсів енергії; переробка (облагороджування) первин­них ресурсів, доведення їх до стану, придатного для перетворення або споживання; перетворення зв'язаної енергії перероблених ресурсів в електричну енергію на теплових, атомних і гідравліч­них електростанціях, у теплову — в котельнях і теплоелектроцен­тралях; використання енергії.

Попри єдність цих стадій, кожна з них заснована на різних фізичних, фізико-хімічних і технологічних процесах, що роз­різняються за масштабами, часом, функціонуванням та іншими ознаками. Такі складні багатоланкові структури з розвиненими зовнішніми і внутрішніми зв'язками мають розглядатися як великі (складні) системи, адже математичні методи їхнього ана­лізу характеризуються системним підходом. При цьому визна­чальним фактом є поділ великої системи на підсистеми, наяв­ність між ними розвинених зв'язків; єдність завдань і наявність самостійних цілей у кожної підсистеми; підлеглість часткових цілей загальній меті; можливість альтернатив. Скористаймося класифікацією, наведеною авторами[52].

На рис.3.6 представлена схема великої системи під назвою "енергетика", яка наочно ілюструє різноманітність властивих їй підприємств, процесів і розгалуженість їхніх взаємозв'язків. Як бачимо, тут є всі системні ознаки і структурні компоненти, що дають змогу пов'язати складні взаємозв'язки енергетики в єдиному механізмі дій, сформувати завдання управління сис­темою, розкрити роль усіх підсистем. При цьому велика система "енергетика" може розглядатися в двох аспектах: як економічна система і як технічна система кібернетичного кшталту.

У першому випадку математично точний опис системи є неможливим, одначе враховано активну роль людини у всіх її зв'язках, а також вплив соціальних методів і засобів управління

Сонячне
випромінювання
            Ш

Продукція інших галузей

Відновлювані

Природні енергетичні ресурси Невідновлювані

Сонячне випромі-

Енергія вітру

Уран

Гідро-

ЄНЄРШ   L ТОрШ

Дей­терій

Природ­ний газ

Нафта

Тверде паливо

Видобувні підприємства

Переробні підприємства

Збагачення      Сортування Коксування

Транспортування готового палива

Вироблення електричної й теплової енергії

ГЕС    АЕС ТЕЦ

Котельні

ТЕС

Передача електричної й теплової енергії

Споживачі енергії, сировини і ігродукції

Силові процеси

Освіт­лення

Високо­температурні технологічні

процеси

Низько­температурні технологічні

процеси

Промис­лові печі І

Комунально-побутові споживачі

Опалювання і кондиціонування

Споживачі механічної енергії

Викиди           Створення      Викиди Викиди

теплоти  електромагнітних полів   домішків продуктів згорання

Рис.3.6. Схема основних зв'язків у великій системі "енергетика"

Я)

великими системами. У другому — людина є тільки контролером подій, що відбуваються, всі зв'язки компонентів енергетично матеріалізовані, процеси безперервні, що зумовлює їхній стро­гий математичний опис. У великій системі "енергетика" треба зважити на обидва аспекти, надто ж з метою прогнозування її розвитку. Обираючи моделі реальних систем, використовують математичний і синтетичний методи. Перший заснований на наближенні моделі до дійсності через наближення її компонен­тів, другий — на синтезі оптимальних моделей.

Як бачимо на рис.3.6, разом з оптимізацією внутрішніх зв'язків під час розгляду взаємодії енергетики з довкіллям ви­являють себе інші чільні показники її функціонування, а саме зовнішні зв'язки — вплив довкілля на ресурси, їх споживання, переробка і викиди; множинами і підмножинами системного аналізу виступають сукупності енергетичних блоків, електро­станцій, енергосистем тощо.

Велика система "довкілля". Розвиток енергетики впливає на різні складники природного середовища: на атмосферу (спо­живання кисню, викиди газів, пари і твердих частинок), на гідросферу (споживання води, гідростоків, створення нових водосховищ, скидання забруднених і нагрітих вод, природних відходів) і на літосферу (споживання викопного палива, зміна водного балансу, зміна ландшафту, викиди на поверхню і в над­ра твердих, рідких і газоподібних токсичних речовин).

Різноманіття структур, властивостей і явищ, що існує як одне ціле з розвиненими внутрішніми і зовнішніми зв'язками, дає змогу характеризувати довкілля як велику складну систему. Структурна схема основних зв'язків, наявних у цій системі, зо­бражена на рис. 3.7.

Головними в ній є чинники, що мають безпосередній стосу­нок до енергетики, а саме: енергетичний баланс, стійкість сис­теми, зовнішні зв'язки, ресурси, що забезпечують задоволення енергетичних потреб; усі ці чинники підпорядковані загальної мети — забезпечити природну рівновагу функціонування енер­гетики. Якщо говорити загалом, то стійкість великої системи "довкілля" визначають радіаційний, тепловий, матеріальний та енергетичний баланси її компонентів.

КОСМІЧНЕ ТА СОНЯЧНЕ ВИПРОМІНЮВАННЯ

ВИПРОМІНЮВАННЯ ЗЕМЛІ РЕЧОВИНА

.

 

Окреслення великої системи "Енергетика і довкілля". Очевидно, що завдання розвитку енергетики і збереження природного рів­новажного функціонування природного середовища об'єктивно суперечать одне одному. Взаємодія енергетики з довкіллям від­бувається на всіх щаблях ієрархії паливно-енергетичного комп­лексу: видобутку, переробки, транспортування, перетворення та використання енергії. Ця взаємодія обумовлена як способами видобутку, переробки і транспортування ресурсів, пов'язаними з їхнім впливом на структуру і ландшафт літосфери, зі спожи­ванням і забрудненням вод, морів, річок, озер, зміною балансу ґрунтових вод, з викиданням теплоти, твердих, рідких і газопо­дібних речовин у всі середовища, так і з застосуванням електрич­ної й теплової енергії від загальних мереж і автономних джерел. Сучасний етап проблеми взаємодії енергетики з довкіллям слід розглядати як наслідок складного історичного розвитку двох великих систем, що навзаєм впливають одна на одну. При цьому маємо принципові незбіжності в їх розвитку: докорінні зміни у природному середовищі відбуваються в геологічній шкалі часу, а змінення масштабів розвитку енергетики — в історично корот­кі часові проміжки.

Розглянуті раніше уявлення про великі системи енергетики і довкілля, а також про зв'язок між ними, становлять передумо­ви для введення в аналіз нової великої системи —"енергетика і довкілля".

Аналізуючи систему "довкілля", ми розглядаємо цілий розвій природних взаємозв'язків, що зумовлюють кругообіг речовин і підтримку певних кліматичних умов, а у великій сис­темі "енергетика" — різні шляхи використання енергетичних ресурсів. Під час аналізу системи "енергетика і довкілля" конче потрібно враховувати все різноманіття процесів у синтезованій великій системі. Неодмінним етапом є конструювання (ви­явлення та опис) зв'язків основних підсистем, що становлять велику систему, структурна схема якої наведена на рис.3.8. [52]

Із цією метою можна розглядати системи енергетики і довк­ілля як укрупнені блоки (див. рис.3.8). Чільні зв'язки у великій системі "енергетика і довкілля" побудовані таким чином, аби зберегти правомірність висновку про обов'язкову й неминучу

вед

атмосфера

Домішкові забруднення Теплове твердими, рідкими забруднення та газоподібними речовинами

підлеглість штучних (антропогенних) зв'язків у великій системі природним процесам.

Для проведення всебічного аналізу великої системи "енерге­тика і довкілля" необхідно обрати математичну модель і стра­тегію. Наприклад, під час визначення гранично- припустимого навантаження на атмосферу можна послуговуватися техноло­гічним підходом (уведення норм викидів для всіх підприємств, що їх тільки проектують, уже будують або й експлуатують), управлінням якістю або економічним підходом. Для вивчення таких великих багатоланкових систем можливе застосування різних математичних моделей: балансових, циркуляційних, оптимізаційних та імітаційних.

Основні чинники, що формують систему взаємодії енерге­тики і довкілля, дають змогу намітити схему її аналізу. Маємо такі найважливіші елементи методології дослідження щодо вза­ємодії конкретного об'єкта з довкіллям: виявлення і вивчення екологічних аспектів; складання питомих і сумарних балансів споживання всіх природних речовин (початкових і перероб­лених); визначення можливих дій, наслідків цих дій, а також потенційних шляхів їх зменшення або запобігання їм.

Отже, потрібен ретельний аналіз комплексу питань, пов'язаних зі станом і розвитком усього ПЕК і його окремих складових час­тин (ресурсів, джерел і споживачів), їхньої взаємодії та впливу на довкілля. Причому, на сучасному етапі розвитку енергетики важливо з'ясувати локальні (місцеві) впливи на окремі складники гідро-, літо- й атмосфери. У міру дедалі повнішого освоєння не­відновлюваних джерел енергії (традиційної енергетики) вимоги щодо запобігання дії на гідро, літо- й атмосферу або її зменшення стають чимраз наполегливішими. Тепер уже не досить розглядати самі лише локальні дії (наслідки).

Концентрація виробництва і споживання енергії, викликана передовсім урбанізацією, яка є характерною межею нинішнього етапу науково-технічного проґресу, потребує розгляду вказаних ефектів на локальному і реґіональному рівнях. Особливої уваги заслуговують екологічні аспекти енергетики і вся сукупність суб'єктів та об'єктів енергозбереження й енергоспоживання.


Авторы: 239 А Б В Г Д Е З И Й К Л М Н О П Р С Т У Ф Х Ц Ч Ш Щ Э Ю Я

Книги: 268 А Б В Г Д Е З И Й К Л М Н О П Р С Т У Ф Х Ц Ч Ш Щ Э Ю Я