КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ К ЧАСТИ I 1. Какие основные этапы методологии Impact Pathways? Источник (выбросы) – рассеивание (увеличение концентрации) – функция дозаэффект (воздействие) – экономическая оценка (стоимость ущерба). 2. Первый этап методологии Impact Pathways. Связь энергетических технологий и вредных выбросов. Для крупных электростанций электрической мощностью 2–5,6 ГВт выбросы вредных веществ достигают >300 т, парниковых газов – >10 млн т в пересчете на CO2. Для металлургических комбинатов производительностью 2–10 млн т стали/год выбросы вредных веществ составляют: Пыль – 13-65 тысяч т; SO2 –10-42 тысяч т, NOx – 7–32 тысяч т, CO – 80–430 тысяч т, парниковых газов – 5–20 млн т в пересчете на CO2 3. Второй этап методологии Impact Pathways. Рассеивание вредных выбросов на локальном и региональном уровне. Существуют 2 модели рассеивания вредных веществ в атмосферу. Одна из них рассчитывает рассеивание вблизи источника выбросов (50–100 км), а вторая – на дальние расстояния (1–3 тысячи км) с учетом атмосферных процессов преобразования первичных загрязнителей во вторичные, например, оксидов азота и серы в аэрозоли. Кроме этого оценивается воздействие вредных веществ на процессы планетарного масштаба (глобальное потепление климата) 4. Третий этап методологии Impact Pathways. Функции «Доза-эффект» воздействия вредных выбросов на окружающую среду. Подход функции дозы–эффекта применяется для оценки: физического воздействия от изменения приземной концентрации вредных веществ на увеличение смертности, рака легких и астмы; воздействия загрязнения почвы на изменение урожайности пшеницы, с/х культур, продуктивность животноводства; воздействия загрязнения водоемов на продуктивность рыболовства. Функция является результатом медицинских исследований за 10–15 лет в США и Европе отдельно по загрязнителю и воздействию. В последнее время подобные исследования начали проводиться и в России. 5. Четвертый этап методологии Impact Pathways. Экономическая оценка воздействия на окружающую среду. Каждое физическое воздействие имеет свою экономическую оценку: траты на лечение болезней, затраты для повышения безопасности и снижения смертности от экологического воздействия. Таким образом, подсчитывается суммарная оценка экологического воздействия вредных выбросов для металлургического комбината, например, в рублях на тонну стали. При этом учитывается влияние места размещения источников выбросов и плотности населения на оценку суммарного экологического воздействия. 6. Какие отрасли народного хозяйства выбрасывают наибольшее количество вредных веществ? Автомобильный транспорт – 43%, добыча полезных ископаемых – 17%, металлургия – 13%, производство и распределение электрической энергии – 12%, транспорт – 5%. 7. Какие вредные вещества, выбрасываемые в атмосферу, являются наиболее массовыми? Оксид углерода – 50%, углеводороды – 13%, диоксид азота – 13%, оксиды азота – 10%, твердые вещества – 8%, летучие органические соединения – 5%. 8. Какие основные отличия между методиками расчета рассеивания вредных веществ ОНД-86 и Industrial Source Complex? Особенностью методики ОНД-86 является расчет приземной концентрации по известной формуле на самые неблагоприятные условия. Полученная максимальная концентрация складывается с фоновой концентрацией в данном районе, определяется максимальная расчетная концентрация, которая сравнивается с ПДК. Если величина получается больше ПДК, то при намечаемом строительстве разрешение на объект не дается. В этом случает необходимо применить либо более экологически чистую технологию для получения меньшего значения приземной концентрации, либо одновременно модернизировать старые технологии, чтобы снизить фоновую концентрацию, либо разместить объект в новом месте. В основу методики ISC положена статистическая теория рассеивания вредных выбросов в атмосфере, основанная на предположении, что распределение концентрацией примесей в диффундирующем облаке дыма определяется в соответствии с законом Гаусса. Согласно этой теории концентрации вредных веществ, описываются распределением Гаусса в вертикальном направлении и в горизонтальном. Для использования модели нужны данные по скорости и направлению ветра и характеристики стабильности атмосферы, которые зависят от солнечной радиации. Методика обычно применяется на расстоянии свыше 100 км. Существует две модели программы ISC: на длительный период времени и на короткий период времени с часовым интервалом. Для короткого периода времени требуются ежечасные метеорологические данные – получаются усреднённые показатели, например, за день. Для наших потребностей достаточно использование программы моделирования рассеивания на длительный период. 9. Какие процессы происходят в атмосфере при рассеивании оксидов серы SO2 и азота NOX на большие расстояния? Оксиды азота разрушают молекулы озона, вызывая увеличение ультрафиолетового излучения. Диоксид серы при взаимодействии с водой образует кислотные дожди. что влечет за собой закисление почв и водоемов, нарушение функционирования наземных и водных экосистем (гибель водяных растений, накопление мусора на дне, гибель планктона). Образование аэрозолей – нарушение озонового слоя (глобальное потепление). Разрушение озонового слоя на 50% увеличило бы УФ-радиацию в 10 раз, что повлияло бы на зрение человека и животных и могло бы оказать другие губительные воздействия на живые организмы. Исчезновение же озонового слоя привело бы к непредсказуемым последствиям — вспышкам рака кожи, уничтожению планктона в океане, мутациям растительного и животного мира. 10. Какие виды физического воздействия на окружающую среду оказывают вредные выбросы в атмосферу при сжигании различных видов топлива? Частицы пыли – смертность, заболеваемость, заболевание раком. Диоксид серы – смертность (acute), заболеваемость, зерновые, материалы. Оксид азота – смертность и заболеваемость. Оксид азота и ЛОС – смертность (acute), заболеваемость, зерновые. Оксид углерода – смертность (acute), заболеваемость. Парниковые газы (водяной пар, углекислый газ, метан, озон) – ухудшение здоровья людей, изменение климата, ухудшение экосистемы, снижение урожая. 11. Риск каких заболеваний наиболее вероятен при воздействии вредных веществ на человеческий организм? Респираторные и сердечно-сосудистые заболевания, приступы астмы, сокращение объема легких, ограниченная дневная активность. 12. Применение среднестатистической стоимости жизни и года жизни для экологических приложений. Метод оценки готовности индивидуумов платить (Willingness To Pay) – чтобы избежать экологической угрозы: 100 млн долларов за новые автомобили – 100 жизней – 1 млн долларов стоимость сохраненной жизни. Метод оценки готовности индивидуумов принять (Willingness To Accept) оплату за понесенный экологический вред. Для определения экономической оценки ущерба окружающей среде вредными выбросами по методологии ключевым параметром является стоимость среднестатической жизни. Для перехода от валютной стоимости с учетом корректировки паритета покупательской способности используется формула: ∗ ссж Величина социального ущерба от увеличения смертности: см см ∗ ссж Подобный подход может привести к завышенным значениям, ведь только небольшая часть населения подвержена воздушному загрязнению со смертельным исходом: старые и очень больные люди). Оценивается сокращение жизни, отсутствует информация по функции доза-эффект. Возрастная смертность определена как число смертных случаев в год в возрастной группе t по формуле Гомперца. Оценивается количество вероятностных смертных случаев. Ожидаемая продолжительность жизни (интегральное решение). Сравнение с/без учета экологических факторов – нахождение величины ΔT. социальный ущерб от увеличения количества лет потери жизни см ∗ ∆T ∗ Стоимость потери одного года жизни Россия США ∗ Россия США 52 тыс. долл Стоимость потери одного года жизни в рублевом эквиваленте гпж Россия ∗ PPP 844 тыс. руб ГПЖ 13.Особенности оценки воздействия вредных выбросов на глобальное потепление для условий России. В настоящее время остается нерешенной проблемой суммарной экономической оценки воздействия глобального потепления в целом для России и ее регионов. Поэтому при расчете ущерба считаем, что отрицательный эффект будет компенсироваться положительным. Так как Россия является членом Киотского протокола, то существует плата за выбросы парниковых газов на уровне 10 долларов за тонну. Для сравнения в Европе 10 евро за тонну и эта цифра растет. 14. Какие существуют методы оценки воздействия вредных выбросов на окружающую среду. Какие основные отличия и особенности методологии Impact Pathways? Основой законодательства об охране атмосферного воздуха в РФ являются предельно допустимые концентрации (ПДК) вредных веществ. Для веществ, оказывающих немедленное, но временно раздражающее действие, устанавливают максимально разовые ПДК. Если предприятие превышают нормативы ПДВ, то штрафные санкции. ПДВ – это выбросы, не ведущие к превышению ПДК. Используемая в России характеристика суммарного загрязнения – ИЗА. ИЗА – суммарное загрязнение воздуха в долях ПДК диоксида серы. ИЗА меньше 5 – низкий, от 5 до 6 – повышенный, от 7 до 13 – высокий, больше 14 – очень высокий. Ученые МЭИ разработали ГИС, в которой постоянно хранится и обновляется информация об источниках выбросов. В США подход на основе функции вреда и анализ последовательности воздействия. Представленные работы объединяют детальные расчеты ущерба по последовательной цепочке (вопрос 1). В последнее время все более широко используется методика анализ жизненного цикла. Вся цепочка процесса от добычи до утилизации. Достоинством метода является возможность построения полного баланса по каждому элементу. 15. Какие нормативы платы за выбросы вредных веществ? Какие уточняющие коэффициенты применяются для определения штрафов за выбросы? Оксид азота – 52 рубля, оксид углерода – 0.6 рубля, диоксид серы – 40 рублей, пыль – 41 рубль (за тонну). Коэффициенты: Влияние экологических факторов (состояние атмосферного воздуха и почвы): 1,5 или 1,9. Черта города: 1,2. Инфляция: 1,93. 16. К каким отраслям промышленности относятся самые грязные предприятия? 3 предприятия цветной металлургии, 4 предприятия черной металлургии, две угольные электростанции и 1 предприятие нефтегазового комплекса. 17. Представьте структуру программы ISC Manager расчета вредных выбросов и оценки воздействия на окружающую среду на локальном уровне. Задание модели рассеивания и периода усреднения – расчет рассеивания по различным вредным веществам – вывод результатов расчета на карте в виде поля приземных концентраций вредных веществ. Помимо этого, расчет физического воздействия. 18. Какие параметры задаются в главном окне программы ISC Manager? Модель (Long или short), источники выбросов (координаты, диаметр трубы, температура газов, скорость газов, значения выбросов), сетка координат и размер ячеек. 19. По каким формулам могут быть определены приземные концентрации сульфатов и нитратов на региональном уровне от выбросов в окружающую среду оксидов серы SO2 и азота NOX? Для проведения самостоятельных расчетов была проведена аппроксимация зависимости изменения приземной концентрации сульфатов, образующихся из диоксида азота от расстояния при величине выбросов. Ссульфаты ∗ 1012 , ∗ Оксид азота оседает быстрее, чем диоксид серы, следовательно, приземная концентрация нитратов из оксида азота всегда будет меньше концентрации сульфатов с увеличением расстояния от источника выбросов при одинаковых выбросах. Снитраты ∗ 980 ∗ , 20. Представьте структуру программы EcoSense расчета вредных выбросов и оценки воздействия на окружающую среду на региональном уровне. Исходные данные – функция доза-эффект (выбор объекта воздействия: человек. почва) – данные о стоимости человеческой жизни Monetary Values – анализ в виде ущерба по число смертности и деньгам. 21. Какие параметры нужно задать в программе EcoSense, необходимые для расчета рассеивания вредных выбросов на региональном уровне? Электрическая мощность, количество часов работы, значения по выбросам, температура и объем дымовых газов, высота и диаметр дымовой трубы, географические координаты. 22. Воздействие вредных выбросов в атмосферу на здоровье людей, на урожай сельскохозяйственных культур, на леса, на строительные сооружения и материалы. Частицы пыли – смертность, заболеваемость (РСС), заболевание раком. Диоксид серы – смертность (acute), заболеваемость (Р), зерновые, материалы (коррозия, выцветание). Оксид азота – смертность и заболеваемость (РСС, раздражение глаз). Оксид азота и ЛОС – смертность (acute), заболеваемость (Р), зерновые. Оксид углерода – смертность (acute), заболеваемость (СС). Парниковые газы – ухудшение здоровья людей, изменение климата, ухудшение экосистемы, снижение урожая. 23. Влияние вредных веществ на респираторную и сердечно-сосудистую системы. Респираторные – заболевания, сопровождающиеся поражением слизистой оболочки носа, придаточных пазух, горла и крупных дыхательных путей: грипп, ОРВИ, ОРЗ. Сердечно-сосудистые заболевания, приступы астмы, сокращение объема легких, ограниченная дневная активность. 24. Что означает функция «доза-эффект» и как она может быть определена? устанавливает связь возросшей приземной Функция «доза-эффект» д э концентрации вредного вещества X, мкг/м3, во всех направлениях от источника выбросов с физическим воздействием Y на рецепторы. Функции «доза-эффект» определяются из эпидемиологических, клинических или лабораторных исследований. До недавних пор большинство из них ограничивалось исследованиями на животных, и экстраполяция этих результатов на людей приводила к большим неопределенностям. Другая принципиальная трудность заключается в том, что результаты, полученные в испытаниях с относительными высокими дозами (для выявления ответных реакций), необходимо экстраполировать на малые дозы, соответствующие реальным значениям. Виды функции Прямая линия из нулевой точки (пыль, заболеваемость раком) Прямая линия с нижним порогом, когда до наступления пороговой дозы не проявляется никакой эффект (неканцерогенные вещества). Эффект удобрения: низкие дозы вызывают рост урожая (оксид азота, диоксид серы). +: результаты базируются на отчетных данных о состоянии здоровья. Внезапный и временный выброс позволяют установить явную взаимосвязь, если таковая действительно существует между загрязнителем и заболеванием. Значительно меньше исследований по хроническим исследованиям. Хронические функции для регионов, находящихся под наблюдением в течение нескольких лет. 25. Основные результаты эпидемиологических исследований в США и Европе по оценке воздействия вредных веществ на здоровье населения. Наибольшему риску заболеваний подвержены респираторная и сердечно-сосудистая системы человека. 151 город США. Исследуемые концентрации сульфатов и частиц пыли были как больше, так и меньше установленных ПДК. Выявленные зависимости хронической смертности показали воздействие при концентрации ниже границ ПДК мелкодисперсной пыли. Это говорит о том, что для хронических заболеваний, вызываемых вредными веществами на протяжении нескольких лет, методы, построенные на основе ПДК, должны быть дополнены новыми подходами на основе функции «доза-эффект». На основе медицинских исследований в Детройте стало известно, что увеличение приземной концентрации пыли на 100 мкг вызывает увеличение уровня внезапной смертности на 6%. Исследование по влиянию окислов азота в Европе выявили значимую зависимость в диапазоне 16-300 мкг в атмосферном воздухе при ПДК=85 мкг. 26. Пример формулы расчета функции доза-эффект. % ∗ ∆ (cмерт чел*год)/(мкг*м3) увеличение смертности, коэффициент смертности без учета несчастных случае 0,0099 27. Сравнение функций доза-эффект на основе медицинских исследований в различных странах мира. Учебник стр. 48 учить не нужно 28. Определение сокращения жизни на основе известных зависимостей смертности от изменения приземной концентрации % ∗ ∆ (cмерт чел*год)/(мкг*м3) 29. Сравнение ущерба от смертности, заболеваемости населения, разрушения материалов и снижения урожайности. Учебник, методичка 30. Основные подходы к экономической оценке ущерба окружающей среде от вредных выбросов. ССЖ и ГПЖ на основе функции «доза-эффект» с учетом распределения по возрасту и вероятности населения подвергнуться риску смертности. Было определено, что каждая преждевременная смерть в Европе из-за вдыхаемых частиц пыли неявно подразумевает потерю приблизительно 11 лет для людей с тяжелыми хроническими заболеваниями со смертельным исходом в 6-9 месяцев – для внезапных смертных случаев. Согласно функции, определяется количество вероятных случаев смертности, количества лет потери жизни и заболеваемости, вызванных увеличением концентрации. социальный ущерб от увеличения количества лет потери жизни см ∗ ∆T ∗ 31. Стоимость среднестатистической жизни в США по годам, по возрастным группам, для различных приложений, в том числе экологических. Для США в 1990-х годах величина ССЖ для экологических приложений была определена в диапазоне 3–4 млн долл. и в среднем составляла 3,5 млн долл. Агентство по защите ОС для контроля за выбросами двигателями новых автомобилей – 3,9 млн долл; для контроля за выполнением стандарта качества воздуха по содержанию озона – 6,3 млн долл. 32. Сравнение среднестатистической жизни в различных странах. США – 6,12 млн долл. Для стран европейского сообщества 2,6–3,1 млн евро. В РФ на законодательном уровне цифры нет. На 2010 год 34,4 млн рублей, на 2014 год порядка 62 млн рублей. 33. Стоимость среднестатистической жизни для экологических приложений в России. ∗ долл ∗ ссж На 2010 год 34,4 млн рублей, на 2014 год порядка 62 млн рублей. 34. Как может быть пересчитана среднестатистическая стоимость человеческой жизни для экологических приложений в стране, если известен доход на душу населения? ∗ долл коэффициент эластичности дохода 1,184 для России Эластичность спроса по доходу характеризует относительное изменение спроса на какой-либо товар в результате изменения дохода потребителя. 35. Как может быть определена стоимость потери года жизни от увеличения приземной концентрации вредных веществ? 36. Анализ влияния состава атмосферного воздуха на парниковый эффект. Выбросы парниковых газов оказывают вредное воздействие на процессы планетарного масштаба: на глобальное потепление климата. 37. Основные причины возникновения парникового эффекта. Природа явления объясняется различной прозрачностью атмосферы для излучения из космоса и от поверхности планеты. Для солнечных лучей атмосфера планеты прозрачна, как стекло, и поэтому они легко проходят сквозь нее. А для теплового излучения нижние слои атмосферы «непробиваемы», слишком плотные для прохождения. Потому-то часть теплового излучения остается в атмосфере, постепенно опускаясь к самым нижним ее слоям. При этом количество парниковых газов, уплотняющих атмосферу, растет. Парниковые газы в нижней части атмосферы не дают тепловым лучам вернуться в космос, задерживают их. Вследствие этого средняя температура планеты увеличивается, и это ведет к опасным последствиям. 38. Взаимосвязь выбросов парниковых газов, изменения их концентрации в атмосфере и изменение средней температуры на планете. Если не остановить увеличение выбросов углекислого газа, то по прогнозам экспертов через 100 лет температура увеличится на 2-4 градуса. 39. Влияние глобального потепления на регионы России. Такое же, как и везде. 40. Сравнение прогноза экономического ущерба при удвоении СО2 в атмосфере для России и остального мира. Удельный ущерб от 1 тонны углекислого газа может колебаться в больших пределах: от 1,4 до 34 долларов. При удвоении содержания углекислого газа в атмосфере ущерб от глобального потепления для РФ будет наименьшим среди всех стран мира (–0,7% от ВВП по предположению Фанкхаузера). А по расчетам Тола положительный эффект за счет снижения расхода теплоты на отопление превысит отрицательный эффект (+0,3% ВВП) 41. Природные и экономические последствия глобального потепления в различных регионах Земли. Последствия: таяние ледников и айсбергов, затопление прибрежных участков земли, преобразование засушливых районов в пустыни, снижение урожайности с/х культур, возрастание угрозы голод в бедных странах, увеличение заболеваемости населения и смертности. КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ К ЧАСТИ II 1. Какие энергетические технологии производства электрической и тепловой энергии могут быть отнесены к экологически чистым? При раздельной выработке парогазовые установки (ГТУ+ПТУ), при комбинированной выработке паротурбинная установка, работающая на природном газе. 2. Как может быть сформулирована задача оптимизации системы энергоснабжения региона по экологическому критерию? Сведение к минимуму ущерба от воздействия вредных выбросов на окружающую среду при обновлении технологии производства и парка теплотехнического оборудования. З∃ Зкап топл вв 3. Какой фактор влияет в наибольшей степени на величину суммарного ущерба при одинаковой величине вредных выбросов и изменении местоположения источника этих выбросов? Плотность населения: чем выше плотность населения, тем больше экономический ущерб (именно поэтому ущерб на региональном уровне больше ущерба на локальном уровне) 4. Как соотносятся между собой результаты расчета ущерба на основе нормативов платы за выбросы и оценки последовательности воздействия в соответствии с методологией Impact Pathways? Из сравнения результатов, представленных в учебнике, видно, что уровень нормативной выплаты за выбросы, как минимум, на 2 порядка меньше ущерба, причиняемого здоровью населения, определяемого по методике оценки сокращения жизни Impact Pathways от загрязнения окружающей среды. 5. Выбросы каких вредных веществ в атмосферу характерны для электростанций и металлургических предприятий? На локальном уровне: диоксид серы, оксиды азота, угарный газ, частицы пыли. На региональном уровне: оксиды азота и диоксид серы преобразуется в аэрозоли. 6. Как соотносится ущерб окружающей среде вредных выбросов при раздельной и комбинированной выработке тепловой и электрической энергии? При комбинированной выработке тепловой и электрической энергии ущерб окружающей среде приблизительно в 1,5 раза меньше, чем при раздельной выработке. 7. Как отличаются вредные выбросы ТЭЦ при работе на газовом и угольном топливе? Выбросы пыли при работе на газовом топливе в 6 раз меньше, выбросы диоксида серы при работе на газовом топливе отсутствуют, выбросы оксида азота в 2 раза больше (в зависимости от марки угля, в целом сопоставимые значения), выбросы парниковых газов в 1,5 раза меньше. Общий ущерб снижается примерно в 1,6 раза. 8. Какой экологический эффект при замене котлотурбинного цеха на ПГУ? Выбросы оксидов азота снижаются в 3,82 раза, угарного газа – в 4,88, парниковых газов – в 1,66. 9. Как изменится величина вредных выбросов в системе теплоснабжения города при замене электрокотлов на тепловые насосы? Разные значения величин вредных выбросов в зависимости от различных видов тепловых насосов. В общем случае выбросы парниковых газов в пересчете на углекислый газ снижаются в 3,5-5 раза на 1 ГДж тепловой энергии. 10. Как может измениться воздействие вредных выбросов угольной ТЭЦ на окружающую среду при реализации технологии низкотемпературного окисления кислых компонентов дымовых газов до высших окислов? Очистка дымовых газов от диоксида серы основана на переводе этого кислого вещества в нейтральные соединения, которые можно либо складировать без ущерба окружающей среде, либо использовать в других отраслях промышленности в качестве сырья или полезных веществ. Данная технология основана на вводе в дымовые газы озона. Высшие оксиды азота и серы улавливаются в специальном аппарате, в качестве нейтрализатора используют аммиак, что позволяет в качестве отходов получать эффективные сульфатнитратные аммонийные удобрения. В результате: очистка до 99%, смертность от оксида серы уменьшается на 3,14, от диоксида серы – на 13,56. При применении современных технологий очистки смертность населения может быть снижена в 15 раз, а суммарная экономия в денежном эквиваленте порядка 4 млрд рублей. Срок окупаемости около 5 месяцев. Выплаты за выбросы вредных веществ снизятся на 2 млн рублей, что в 1000 раз меньше ущерба среде, следовательно, нет стимула к использованию такого рода технологий. 11. Какие технологические факторы влияют на состав и выход синтез-газа при газификации и пиролизе биомассы? Пиролиз – любые процессы, при которых органическое сырье подвергают нагреву или частичному сжиганию для получения производных топлив или химических соединений Газификация – это пиролиз, приспособленный для максимального получения производного газообразного топлива. Процесс бескислородной конверсии. В процессе пиролиза из органического сырья выделяются летучие, состоящие из неконденсирующихся газов, паров пирогенетической воды и смол. Оставшийся твердый остаток – смесь углерода и минеральной составляющей. Температура, давление, элементный состав исходного материала. Оптимум при температуре 850–900. 12. Каковы преимущества использования биомассы для производства электрической и тепловой энергией перед применением технологий на основе ископаемых топлив? Доступность исходного топлива во многих регионах страны, высокие экологические характеристики промышленных установок при минимальном выбросе вредных веществ, сравнительно невысокие капиталовложения, низкие удельные расходы условного топлива на комбинированную выработку тепловой и электрической энергии, утилизация отходов и получение удобрений. 13. Как изменится воздействие вредных выбросов металлургического комбината на окружающую среду, если его перенести из российского города в европейский? В России усредненный металлургический комбинат причиняет в 3 раза меньший ущерб от загрязнения воздуха, чем если бы он был расположен в Европе, и в 2 раза меньше, чем в Украине. (плотность населения) 14. Как можно оценить воздействие вредных выбросов металлургического комбината, расположенного в европейской части России, на локальном и региональном уровне? На региональном уровне выше, чем на локальном уровне (смотри лабораторная работа 2) (плотность населения) 15. Как может измениться воздействие вредных выбросов металлургического комбината на здоровье населения при реализации энергосберегающих технологий? Совершенствование коксохимического и сталеплавильного производств. Оптимизация 31 параметра суммарно: оптимизация шахт, установка конденсатоотводчиков, изоляция коллекторов, повышение уровня автоматизации, установка задвижек, глубокая очистка коксового газа, гидрогенизационная переработка сырого бензола, максимальное использование ВЭР. В результате энергетический эффект – 1100 тысяч тонн условного топлива, экономический ущерб снижен на 2 млрд рублей. КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ К ЧАСТИ III 1. Как различные хладагенты влияют на озоновый слой и глобальное потепление? На основании научных исследований было выяснено, что основной причиной разрушения озонового слоя являются фреоны, широко используемые в хладагентах. Международным сообществом был принят ряд мер, направленных на предотвращение разрушения озонового слоя. В 1977 г. в Программе ООН по окружающей среде был принят план действий по озоновому слою, а в 1985 г. в Вене состоялась конференция, принявшая Конвекцию по охране озонового слоя. Был установлен список веществ, отрицательно влияющих на озоновый слой, и принято решение о взаимном информировании государств о производстве и использованию этих веществ и о принимаемых мерах. Таким образом, было официально заявлено о пагубном воздействии изменений озонового слоя на здоровье людей и окружающую среду, и что меры по охране озонового слоя требуют международного сотрудничества. Решающим стало подписание Монреальского протокола в 1987 г., в соответствии с которым устанавливался контроль за производством и использованием фреонов. Протокол подписало большинство стран мира, в том числе и Россия. По этим соглашениям производство фреонов должно было быть прекращено к 2010 г. Однако соглашение и к 2011 г. полностью не выполнено 2. Какие основные положения директивы Европейского Сообщества о фтористых газах по отношению к хладагентам для автомобильных кондиционеров? С 01.01.2017 на всех новых автомобилях не могут устанавливаться кондиционеры, работающие на хладагентах с потенциалом влияния на глобальное потепление GWP>150. Этим требованиям, в принципе, удовлетворяют хладагенты углекислого газа и изомеры на основе фтористых пропиленов. Но хладагенты углекислого газа повлекут за собой значительные выбросы парниковых газов. 3. Какие основные положения директивы Европейского Сообщества о фтористых газах по отношению к хладагентам для рефрижераторов, холодильных машин, тепловых насосов, кондиционеров? Ожидается, что вслед за кондиционерами автомобилей новые экологичные хладагенты будет предписано применять для стационарных систем кондиционирования, тепловых насосов и холодильных машин. 4. Какие основные этапы истории развития и производства хладагентов? 1) Все, что работоспособно 1888 год – первая холодильная машина, работающая на воздухе. 1898 год – в России начали выпускаться аммиачные и углекислотные машины (опасны для человека). 2) Безопасность и стабильность 1930-е годы – приход фреонов (R-12 CF2Cl2, R-22 CHClF2) – фтористо-хлоровые соединения. К преимуществам относились нетоксичность, взрывопожаробезопасность, химическая инертность. 1980-е годы – обнаружено разрушительное воздействие на озоновый слой (к ОРВ относятся химимические соединения, содержащие хлор или бром) 3) Защита озонового слоя 1990-е годы – постепенный переход на ОБВ (озонобезопасные вещества: гидрофторуглероды, фторуглероды) через ОПВ (гидрохлорфторуглероды) 4) Минимальное воздействие на глобальное потепление К 2020 году планируется полный переход на ОБВ. 5. Сравнение хладагентов 4-го поколения с хладагентами 2-го и 3-го поколений по воздействию на озоновый слой и глобальное потепление. У хладагента 4-го поколения очень низкий показатель глобального потепления GWP (R-1234yf) равен 4, тогда как у хладагентов второго и третьего поколения средний GWP равен 1500. За эталонный газ взят углекислый газ с GWP=1. Чем выше значение, тем больший урон наносится озоновому слою. 6. Какие уравнения состояния могут быть использованы для моделирования и прогнозирования термодинамических свойств хладагентов на основе фтористых пропиленов? Уравнение Бенедикта-Уэбба-Рубина, кубические уравнения состояния на модели Ван-дер-Ваальса. Уравнения Ли-Кеслера, Боярского-Подчерняева требуют 3 дополнительных параметра. В условиях, когда неизвестные многие свойства веществ, одним из наиболее эффективных уравнений является уравнение состояние Пенга-Робинсона для взаимосвязи термодинамических параметров. Его достоинство заключается в том, что оно является наиболее точным в критической области. Критическая точка – это состояние вещества, при котором переход из жидкого в газообразное состояние может происходить без подвода тепла. 7. Анализ и сравнение свойств хладагента 4-го поколения R-1234yf с хладагентом 3-го поколения R-134a. R-1234yf – СF3CF=CF2 R-134a – тетрафторэтан CF2H — CF2H У хладагента 4-го поколения очень низкий показатель глобального потепления GWP (R-1234yf) равен 4, тогда как у хладагентов второго и третьего поколения средний GWP равен 1500. Также у R-1234yf низкая степень воспламеняемости, практически нетоксичен. Однако критическая температура 96οС на 5 градусов ниже, чем у R-134a. Следовательно, его применение в высокотемпературных тепловых насосах будет менее эффективным, чем в системах кондиционирования, где уровень рабочих температур существенно меньше. 8. Анализ термодинамических свойств фтористых олефинов (нормальной температуры кипения, критических температуры, давления и объема), как основы создания хладагентов 4-го поколения. Температура кипения, определенная при стандартном давлении в 1 атмосферу (760 мм рт. ст.) называется нормальной температурой кипения. Поиск регрессионных зависимостей критической температуры от нормальной температуры кипения. Зависимости термодинамических свойств являются функциями от числа атомов фтора в молекулах вещества с числом атомов углерода от 2 до 5. Предложенный метод является перспективным, но не может решить проблему определения критических свойств для изомеров, так как помимо числа атомов углерода и фтора важную роль играет местоположение этих атомов в молекуле. Таких методов еще нет. Для решения такого рода задач могут быть применены методы квантовой химии. 9. Какие могут быть основные этапы производства отечественных хладагентов 4го поколения из продуктов переработки природного газа? 1 этап: получение из природного газа, попутного газа этано-этиленовой и/или пропано-пропиленовой смеси. 2 этап: синтез хлорорганических углеводородных соединений методом хлорирования и гидрохлорирования смесей. Суть заключается в последовательном замещении атомов водорода атомами хлора. 3 этап: производство фторорганических соединений заданного состава из хлорорганических соединений: изомеры пропилена – тетрафторпропилены R-1234ze(Z), трифторпропилен, пентафторпропилены. Отличие заключается в расположении атомов H и F относительно крайнего справа углерода. Существенная разница прогнозного значения критической температуры. 10. В чем особенность высокотемпературных тепловых насосов для работы в системе теплоснабжения крупного города? Тепловые насосы позволяют переносить тепло от более холодного тела к более горячему посредством испарения и конденсации. Главное достоинство заключается в том, что передают потребителю в 3-5 раз больше энергии, чем затрачивают на ее передачу. В тепловых насосах реализуется идея перекачки теплоты от низкотемпературного источника, в пределе соответствующего температурным параметрам окружающей среды. В этом случае разность температур источника и потребителя тепловой энергии будет минимальной, тогда как при сжигании ископаемого топлива вода греется до 100 градусов, что вызывает уменьшение эксергии топлива в 10 раз. В ближайшей перспективе цены на газ сильно вырастут, что увеличит окупаемость насосов. Кроме этого, тепловые насосы могут быть встроены в существующие системы теплоснабжения. Крупные установки могут прокачивать теплоту от источника с температурой от 0 до 90 градусов. 11. Как отличаются коэффициенты трансформации тепла в тепловых насосах при работе на сточных водах и обратной сетевой воде и почему? На сточной воде: 2,3…2,6; на обратной сетевой воде 4,0…5,0. Разница в температурном потенциале. Обратная сетевая вода имеет температуру, большую чем сточные воды. Чем меньше температура источника, тем хуже коэффициент трансформации тепла. 12. Какое влияние может оказывать применение тепловых насосов на экономию природного газа в масштабах всей страны? Производство тепла увеличивается от 1,09 до 1,52 раза (ПКТН с газовым приводом). Также можно выделить ПКТН с электроприводом на электроэнергии от ПГУ и АТН с газовым нагревом. Экономия природного газа может составить от 20 до 30 млрд кубометров в год. Это позволит снизить выбросы парниковых газов на 40-60 млн тонн углекислого газа. При этом газовые котлы нельзя исключить полностью, потому что они играют важнейшую роль в покрытии пиковой тепловой нагрузки. 13. Какие тепловые схемы с применением парокомпрессионных и абсорбционных тепловых насосов являются наиболее эффективными с энергетической и экологической точек зрения? Принцип действия АТН основан на способности раствора абсорбента поглощать водяные пары, имеющие более низкую температуру, чем раствор. Поскольку смесь жидкого абсорбента и хладагента практически несжимаема, затраты мощности на насос пренебрежимо малы, и источником первичной энергии является только теплота, подводимая к генератору пара, который всегда имеет максимальную температуру цикла. Коксохимическое производство: Температура коксового газа не должна превышать 35 градусов, иначе налет на трубах и разрушения. В реальности в России температура доходит до 55 градусов, что приводит к перерасходу электроэнергии на нагнетателях, отложению нафталина, засорению горелок агрегатов. Экономический ущерб в сотни миллионов рублей. 2 бромистолитиевых АТН решают данную проблему: летом охлаждая газ, а в зимний период работая в системе теплоснабжения комбината. Коэффициент трансформации 1,7. ПКТН можно использовать в непосредственной близости от потребителей (на ЦТП, пиковой котельной), когда вода возвращается на ТЭЦ из системы централизованного теплоснабжения. Снижение температуры обратной воды, что позволит повысить комбинированную выработку электроэнергии на ТЭЦ. Это важная проблема, потому что наблюдается, что температура обратной сетевой воды постоянно завышается и таким образом падает количество теплоты, отводимое в конденсаторе. Холодильный коэффициент от 2.5 до 3,5. 14. Какие хладагенты 4-го поколения могут стать эффективной заменой хладагентам 3-го поколения в тепловых схемах с высокотемпературными тепловыми насосами? R-134a является хладагентом третьего поколения, не влияющим на озоновый слой, но воздействующим на парниковый эффект (GWP=1340). В настоящее время идут разработки хладагентов 4-го поколения с GWP<150. Получен хладагент R-1234yf тетрафторпропилен, основным назначением которого является применение в автокондиционерах. Необходимо искать новые хладагенты с искомым GWP и доказывать, что они также являются нетоксичными и невзрывоопасными. R-1243zf, обладающий максимальной тепловой нагрузкой теплового насоса Qконд, однако горюч. R-1234ye(E). КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ К ТРАНСПОРТНОЙ ЗАДАЧЕ 15. Энергетический баланс двигателя внутреннего сгорания автомобиля. ДВС преобразует тепловую энергию от сгорания топлива в механическую работу. При этом существуют потери на охлаждение и потери с уходящими газами. 16. Энергетические и экологические характеристики различных типов автомобилей (легковых, грузовых, автобусов) на различных видах топлива (на бензине, на дизельном и газовом топливе). Показатель/Вид топлива Внезапная смертность от пыли Хроническая смертность от пыли Внезапная смертность от CO Внезапная смертность от NОx Итоговая смертность Ущерб, млн руб Дизельное Газовое Бензин 17,9 0,097 0,788 0,12 0,0289 76,893 4767,8 0,097 0,788 0,1335 0 76,889 4767,09 146 0,118 0,0389 240,018 15601,17 17. Европейские и российские нормативы вредных выбросов различных типов автомобилей (легковых, грузовых, автобусов) на различных видах топлива (на бензине, на дизельном и газовом топливе). Регулирующий стандарт система Евро – экологический стандарт, регулирующий содержание вредных веществ в выхлопных газах. В соответствии с Техническим регламентом № 609 «О требованиях к выбросам автомобильной техникой, выпускаемой в обращение на территории Российской Федерации, вредных (загрязняющих) веществ» экологический класс Евро-5 вводится с 1 января 2016 года. С этого времени, все автомобили, попадающие на территорию России должны соответствовать данному экологическому стандарту. Это касается как транспортных средств, производимых на отечественных заводах, так и всего транспорта, ввозимого на территорию страны из-за границы: и нового, и подержанного; и для личных целей, и для коммерческого использования. Позднее Правительство приняло решение продлить на полгода — до 1 июля 2016 года. Пробег автомобиля, в течение которого должны поддерживаться установленные требования по экологии, увеличен до 160 тыс. км (80тыс. км в Евро-4). Существенно увеличены так называемые «коэффициенты ухудшения». Для автомобилей с двигателями с искровым зажиганием они составляют: CO — 1,5; ТНС — 1,3; Nox, 1,6 (вместо значения 1,2 для всех компонентов Евро-4. Это означает, что при сертификационных испытаниях автомобилей должен быть обеспечен значительно больший запас по отношению к установленным предельным значениям выбросов, чем это требовалось ранее, за исключением случаев переоборудования двигателей под экологический стандарт Евро 5 в соответствии с Правилами ЕЭК ООН № 49, 83. Таким образом, соответствие автомобиля экологическому классу Евро-5 может определяться не только по году выпуска, но также и по некоторым техническим особенностям, например пробег, наличие систем снижения вредных выбросов или переоборудование двигателя под стандарт Евро 5. Класс "Евро-5" лучше предыдущих, так как снижает вредные выбросы в атмосферу, в том числе объем углекислого газа, оксидов азота, углеводорода и сажи. "Улучшение экологичности достигается комплексом недешевых мер - это дополнительные устройства нейтрализации выхлопных газов и снижения вредных примесей (серы и ароматики) в топливе" 18. Зависимость расхода топлива и вредных выбросов автомобилей от скорости их движения. При низкой скорости максимальные выбросы оксидов углерода, при высокой скорости максимальные выбросы оксидов азота, так как с ростом скорости увеличивается температура. Оптимальное значение выбросов находится в диапазоне 70-80 км/ч, так как наблюдается минимальный расход топлива. При повышении скорости расход топлива начинает расти, что вызывает увеличение выбросов. Дизельное топливо: максимальные выбросы пыли (самые опасные для человека). 19. Алгоритм программы CALINE4, меню и структура программы CALINE MANAGER. По заданию в качестве исходных данных задавались координаты автотрассы, скорости движения, расходы топлив и характеристики вредных выбросов Алгоритм аналогичен ISC. Отличие заключается в том, что CALINE – линейный источник (только одиночная труба). Существует фоновое воздействие. CALINE4 отличается от других версий тем, что позволяет рассчитать максимальное количество вредных веществ. 20. Анализ результатов расчета воздействия вредных выбросов автотранспорта на различных видах топлива на здоровье населения Москвы. По итогам программного расчёта, осуществленного программой CalineManager, мы можем сказать, что ущерб будет примерно одинаковый для автомобилей на газовом и бензиновом топливе. Тогда как ущерб автомобилей на дизельном топливе оказался существеннее более, чем в три раза. Это обусловлено большой величиной выбросов пыли при сжигании этого вида топлива. Фреоны первая цифра справа — это число атомов фтора в соединении; вторая цифра справа — это число атомов водорода в соединении плюс единица; третья цифра справа — это число атомов углерода в соединении минус единица (для соединений метанового ряда нуль опускается); число атомов хлора в соединении находят вычитанием суммарного числа атомов фтора и водорода из общего числа атомов, которые могут соединяться с атомами углерода Расшифровка пропиленовых изомеров Первая буква, замещение связи от Вторая буква, замещение связи от центрального углерода крайнего метиленового углерода Замещение Буква Замещение Буква –F y =CF2 c –H z =CHF e –CL x =CH2 f Большая буква (Z) означает, что атомы водорода находятся «вместе» по одну сторону, а атомы фтора – под другую сторону. Большая буква (E) означает, что атомы водорода и фтора находятся противоположно по обе стороны от углеродной оси.
