Лекция Чрезвычайные ситуации и влияние возобновляемых источников энергии на качество жизни в период их прохождения Предпосылок возникновения чрезвычайных ситуаций, как в России, так и в мире в целом достаточно много — это землетрясения, сходы снежных лавин и оползни, разливы рек и пожары, сильные ветра и отсутствие осадков, волны жары и холода, град, снег и ливневые дожди. К категории предпосылок можно отнести также возведение энергогенерирующих станций большой мощности вдали от мелких потребителей энергии, недопустимый износ энергогенерирующего оборудования и распределительный электрических и тепловых сетей. А также централизованное теплоснабжение в малых поселениях, без надлежащей ремонтной базы и наличия запаса труб и арматуры для теплотрасс. Остановимся на некоторых из них. В России в настоящее время наиболее дешевой является электроэнергия вырабатываемая, на гидроэлектростанциях (ГЭС), тогда как в мире — это один из наиболее капиталоемких объектов (с высокой капитальной составляющей затрат), и его функционирование связано с существенными платежами за используемые природные ресурсы (например, плата за землю, затопленную при строительстве водохранилища плотинной ГЭС). Электроэнергия ГЭС в России самая дешевая только потому, что в её себестоимость не заложены мероприятия по устранению тех потерь, которые несут на себе жители и бюджеты различных уровней близлежащих территорий. Электроэнергия ГЭС и тепловая энергия теплоэлектроцентралей (ТЭЦ) обходятся населению намного дороже, чем это считается. Не учитываются те негативные факторы, которые приводят к большим, экономическим потерям. В современных условиях при интенсивных темпах строительного освоения территорий происходит активизация опасных геологических процессов (подтопление, оползни, суффозия, карст и др.), что наносит огромный ущерб городскому хозяйству за счет вывода из строя производственных и жилых площадей, резкого сокращения долговечности зданий и сооружений, подземных коммуникаций и конструкций, ухудшения экологической и санитарно-гигиенической обстановки. По данным Госстроя России на 2001 г. в той или иной степени были подвержены воздействию подтопления 960 городов, а в тройку самых «популярных» на территории нашей страны опасных геологических процессов, помимо подтопления, входят оползни и наводнения (на территории 750 городов) — процессы, которые нередко являются либо следствиями, либо причиной подтопления. Причем за последние 10 – 15 лет суммарная площадь развития опасных геологических процессов увеличилась в пределах урбанизированных территорий на 50 – 60 %, что отразилось на росте общего количества чрезвычайных ситуаций. К числу таких городов следует отнести: Москву, Санкт-Петербург, Астрахань, Саратов, Омск, Казань, Нижний Новгород, Самару, Волгодонск, Тулу, Ярославль, Рязань и многие другие. Тенденция увеличения потерь от опасных геологических процессов характерна не только для России, но и для большинства других стран. Согласно мировым статистическим данным, количество пострадавших от опасных геологических процессов ежегодно повышается на 4 %, при этом на 10,4 % растут экономические потери. В значительной степени активизация оползневых процессов на территории, например, Саратова, способствует развитие подтопления. Подтопление развивается под действием техногенных факторов на фоне крайне сложной и неблагоприятной природной обстановки. Также, как и в развитии оползневых процессов, значительную роль играет появление Волгоградского водохранилища. Подтопление городской территории вызвано как, природными, так и техногенными причинами. Техногенные причины подтопления связаны с нарушением естественного баланса и путей фильтрации грунтовых вод, прежде всего за счет образования Волгоградского водохранилища, перекрытия оврагов и балок дамбами с устройством прудов и водоемов; строительства перерезающих грунтовый поток транспортных магистралей и насыпных сооружений (в особенности насыпи железной дороги); снижение естественной дренированности территории из-за засыпки части оврагов, планировочных работ при строительстве и благоустройстве, утечек воды из водонесущих коммуникаций (водопровод, канализация, теплоснабжение). Вышеприведенный комплекс факторов подтопления и обусловил подъем уровня грунтовых вод на территории города. Подтопление наносит ежегодно огромный ущерб за счет ухудшения социально-экономических условий проживания населения, исключения из эксплуатации заглубленных частей зданий и сооружений, ускоренного выхода из строя подземных коммуникаций. Особую опасность представляет снижение несущей способности грунтов в основании зданий и сооружений, что ведет к деформации фундаментов и конструкций. Отмечены случаи разрушения зданий по этой причине, повлекшие за собой гибель людей. Кроме того, подтопление резко активизирует оползневые процессы, в том числе в местностях, по которым проходят линии электропередачи и теплотрассы, а также там, где находятся свалки. В целом по России накоплено около 90 млрд тонн твердых промышленных и бытовых отходов (по 630 тонн или при толщине слоя 3 метра около 150 м2 земной поверхности на каждого жителя России). Они занимают огромные территории, в т.ч. дорогие пригородные земли, и многие из них отравляют подземные запасы питьевой воды. Решение проблемы бытового мусора практически не решается, он «тлеет» на полигонах и свалках, насыщая воздух населенных мест очень опасными для здоровья веществами и биометаном. Все это приводит к тому, что экосистемы трансформируются во времени, в зависимости от розы ветров, от изменения интенсивности хозяйственной деятельности на прилегающих территориях, изменения речного стока и т.д. Под угрозой экологической катастрофы оказались Ярославль и многие другие приволжские города. Прежде всего, это связано с состоянием воды в Рыбинском водохранилище, которое было заполнено в конце 40-х годов без соблюдения каких-либо санитарных норм. Расположенные совсем рядом от волжских берегов гудронные пруды подпитывают речную воду из-под земли. Гудроны, состоят из тысячи химических соединений, которые при взаимодействии с хлором образуют сложные канцерогенные и мутагенные соединения, ведущие к онкологическим заболеваниям у населения. Вред, наносимый ГЭС связан не только с подтоплениями, но и с тем, что водохранилища стали одними из виновников низкого качества питьевой воды. В этом отношении в тяжелейшем состоянии находится Астрахань. Вся грязь стекается к низовью Волги, которая уже лишилась способности к самоочищению. Чтобы избежать эпидемий, приходится очищать воду методом глубокого хлорирования, от которого в цивилизованном мире отказались уже давно. Часть населения России стала заложником сиюминутных выгод предприятий топливно-энергетического комплекса (ТЭК) по извлечению максимальной прибыли, которые, конечно же, не отражают стратегические интересы государства и общества. Так в Уставе ОАО «Саяно-Шушенская ГЭС» до аварии 2009 года на первом месте стояло извлечение максимальной прибыли. Также как стоит на первом месте получение максимальной прибыли для предприятий теплоснабжения, да вообще для всей энергетики. И это как сейчас становится понятным не единственное требующее корректировки «недоразумение». Второй урок, который необходимо извлечь из аварии на Саяно-Шушенской ГЭС — недопустима концентрация таких мощностей на малых площадях, когда авария на одном агрегате приводит к разрушению всего оборудования ГЭС, ТЭЦ, атомных электростанций (АЭС) и т.д. По оценкам, приводившимся в генеральном докладе Мирового энергетического Совета (Мадрид, 1992 г.) для приведения энергетики стран из состава бывшего СССР в соответствие со средними экологическими стандартами стран Организации экономического сотрудничества и развития потребовалось бы 1200 млрд $. В мировой практике существуют различные экономические оценки экологических ущербов, по которым, например, для угольных тепловых электрических станций (ТЭС) сумма экологических ущербов от выбросов в денежном выражении, как правило, превышает стоимость электроэнергии. Так если в США на уровне 2000 г. она ожидалась — 4,8 цент/кВт∙ч, то ущерб от выбросов при её производстве оценивался в 6,6 – 8,1 цент/кВт∙ч. Следует учитывать, что приведенные данные относятся к современным западным энергетическим технологиям, от которых, как известно, Россия отстает по экологическим показателям. В настоящее время на единицу ВВП в энергетике России приходится в 3,3 раза больше выбросов серы и в 3 раза больше выбросов азота и углекислого газа, чем в Западной Европе. Исходя из этого, только в сельском хозяйстве России, имеющем протяженные электрические сети, стоимость годового ущерба от ненадежности электрических сетей при нормированном времени отключения (25 часов в год) составляет примерно 6 – 7 % от приведенных затрат на всю схему электроснабжения. При существующей интенсивности отказов в электрических сетях (в среднем 70 часов в год), по известным причинам, двустороннее питание разветвленных сетей, из-за того, что сельские электрические сети находятся в аварийном состоянии, не обеспечивает их необходимую надежность. Более актуально сегодня резервировать питание с помощью локальных электростанций. При их наличии допускается снижение требований к надежности основных сетей. Даже надежность гарантированного теплоснабжения жилых комплексов зависит не только от надлежащего наличия в котельных необходимого вида топлива, но и от качества электроснабжения. Сегодня системы электроснабжения объектов генерации тепла — одна из основ живучести жилья и эффективности функционирования производства. Поэтому электропитание котельных от одного электрогенерирующего источника или одной линии электропередачи во многих случаях не только нежелательно, но вообще недопустимо. Суровые российские зимы каждый год сопровождаются частичным замерзанием теплотрасс систем централизованного и локального отопления, принимающим год от года все более угрожающие размеры. Зимой в Сибири котельная, оставленная, например, на сутки без электроэнергии, обеспечивает работой ремонтные службы без малого на год вперед. Одной из причин этих бедствий является зависимость работы циркуляционных водяных насосов от надежности поставок электроэнергии. Хотя электрическая мощность, потребляемая котельной в 100 раз и меньше тепловой мощности, которую она вырабатывает. По данным территориальных органов Ростехнадзора причиной 28 % случаев нарушения теплоснабжения, имеющих серьезные последствия для потребителей зимой 2005/2006 г., были отключения электроэнергии вследствие циклонов, обильных снегопадов и порывистого ветра. А зимой 2003/2004 г. одновременно остались без электроснабжения, а, следовательно, без теплоснабжения от котельных некоторые районы Волгоградской и Псковской областей из-за обледенения проводов. Такого не было никогда в местностях, разделенных тысячами километров. В Волгоградской области потребовался почти месяц для полного восстановления электроснабжения. Установлено, что рост бытового электропотребления в период морозов в Москве составляет 63 %. Население включает калориферы, электрообогреватели и т.д. В связи с этим, серьезной проблемой в Москве стали довольно частые отключения оборудования. Они связанны, том числе, с кратковременными посадками напряжения в электрических сетях, которые в настоящее время не могут обеспечить надежное электроснабжение с требуемым качеством электроэнергии. В результате посадки напряжения происходит отключение котлов на районных тепловых станциях. Это очень опасно, особенно при низких температурах. За 2 – 3 часа, необходимых для нового запуска этих станций, температура в теплосети падает, а при запуске вновь повышается, и в результате заметно увеличивается риск её разрыва. В России для поддержания приемлемых условий жизнедеятельности промышленных предприятий расходуется огромное количество тепловой энергии. Для отопления зданий служат котлы различных типов малой и средней мощности. Достигнуты большие успехи в повышении надежности и эффективности сжигания органического топлива — КПД котлов находится на уровне 85 – 95 %. И в то же время практически ничего не сделано для уменьшения финансовых затрат на перекачку теплоносителя (низкий КПД) и качественного повышения надежности циркуляции теплоносителя (горячей воды) по контуру отопления. Российское оборудование, так же как и импортные котельные, при отключении электропитания, как правило, прекращают работу (из-за прекращения циркуляции теплоносителя) и только при восстановлении его возобновляется обогрев. Насосостроение по этому показателю не соответствует требованиям российской действительности. А ведь именно в России при температуре наружного воздуха зимой минус 20 ⁰С, и ниже особенно остро стоит вопрос о надежной доставке тепла в здания. Это требование является важным для объектов, удаленных от энергосистем или расположенных на её концевых участках. Снижение температуры прямой сетевой воды не снимает требований к надежности тепловых сетей, которые возрастают по мере снижения расчетных температур воздуха и увеличения диаметра трубопровода. Так, если при повреждении трубопровода диаметром 50 мм может быть отключен один жилой дом, то ремонт трубопровода диаметром 500 мм приводит к прекращению подачи теплоты на целый жилой район (районы). По данным ВНИПИэнергопрома для ликвидации повреждения на трубопроводе диаметром 300 мм требуется 15 часов, а для трубопровода диаметром 500 мм — более 20 часов (таблица 3). В связи с этим резервирование особенно актуально для местностей с расчетной температурой отопления минус 20 ⁰С, и ниже. Таблица 1 – Зависимость продолжительности отключения и количества жителей от диаметра трубопровода Наименование Расчетная тепловая нагрузка, МВт Расчетная продолжительность Условный диаметр трубопровода, мм 300 500 700 1000 25 – 30 100 – 120 190 – 220 400 – 440 отключения, ч 15 20 25 30 12 – 15 50 – 60 95 – 110 200 – 220 Количество жителей в отключенных зданиях, тыс. человек Для Сибири, исходя из данных таблицы 1, резервирование теплоснабжения становится необходимым, начиная с диаметра трубопровода 300 – 400 мм, в зависимости от местных условий. Учитывая, что вероятность повреждения определяется протяженностью подводящей магистрали, можно условно установить ту критическую длину магистрали, свыше которой резервирование становится необходимым. В качестве такой длины В.М. Лебедевым рекомендуется принять 1,5 – 2 км. Такой случай характерен для сетей от районных котельных. Повреждения подземных коммуникаций и их устранение в крупном городе приводит к дополнительному пробегу транспорта, увеличению в 3 – 10 раз, на ограниченной территории, дорожно-транспортных происшествий и подтоплению территорий. Сегодня российской энергетикой управляют менеджеры, живущие текущим днем, а не профессионалы, думающие о техническом прогрессе своего предприятия, энергосистемы в целом. Главная цель современного менеджмента — максимально возможная экономическая прибыль. По уровню прибыли, по тенденции увеличения или снижения этого уровня судят о его надежности, что, конечно же, не верно. По мнению ряда исследователей, любое предприятие, будучи субъектом предпринимательской деятельности, в современных условиях считает, что оно работает надежно, если им предусмотрено и свято соблюдается необходимая система мер предосторожности и в первую очередь меры экологической, энергетической, социальной безопасности, напрямую связанные с работниками. Кадры, не только решают все, но и могут лишить всего. Уместно напомнить знаменитое высказывание Генри Форда-старшего: «Железная дорога — это 98 % люди, а остальное — это рельсы, локомотивы, вагоны». Человеческий фактор, безусловно, — основа безопасности производства энергии и его бизнеса. В этой связи, считается, что, важное значение приобретает не только интеллектуальный уровень, творческие возможности и профессиональные качества персонала, но, что особенно важно, его «психологическое здоровье», базирующееся на соблюдении жизнеопределяющих интересов человека. К сожалению, психологические основы безопасности предпринимательства на практике не рассматриваются. Общая (интегральная) безопасность фирмы — это такое состояние условий функционирования персонала, объектов и технических средств (так называемые «корпоративных ресурсов»), когда она надежно защищена от всех возможных видов внешних и внутренних угроз. Её основу составляет психологическая безопасность. Личностно-ориентированный подход к проблеме безопасности предусматривает поиск и определение «точек опасности», где происходит концентрация действия факторов отрицательного психологического влияния на личность. В идеале действующее предприятие — целостный механизм, реагирующий на раздражители (требования рынка, изменение законодательства, политические и социальные подвижки, факторы риска). Повышение уровня опасности остановки производства приходится ожидать: из-за отсутствия топлива (энергии); изменения цен на энергоносители и сырье; веерные отключения электроэнергии; порыв линий электропередачи; бездорожье и провалы в земле после дождей. И тому подобное. А ведь большинство объектов энергетики имеют изношенный парк оборудования. Приобретать импортную технику — дорого, да и по мере износа её ремонт может стать дорогим, а значит тоже проблемным. Стоимость машины (оборудования), собранной (теоретически) из запчастей, купленных по розничным ценам, в странах, где производятся эти машины, в 2 – 3, а, в странах-импортерах в 3 – 4 и более раз выше, чем стоимость новой машины. Это одна из предпосылок недостатков оборудования существующей энергетики, когда при ремонте заменяются очень дорогие детали и сборочные единицы, изготовление которых часто налажено только в других регионах и странах. Эксплуатация оборудования и техники со сроком амортизации, близким к ресурсу конструкции связана со значительным (до 1,8 раза) увеличением затрат на поддержание её в работоспособном состоянии. При уменьшении годовой выработки на 25 – 30 %, и снижении коэффициента технической готовности до 0,7 – 0,75. Состояние оборудования напрямую связано с неплатежами. Цепочка неплатежей в ТЭК начинается у поставщиков энергии конечным потребителям, к числу которых относятся городские (коммунальные) электрические и тепловые сети. Проходит через организации, производящие и передающие электрическую энергию и тепло. И завершается на предприятиях, добывающих топливно-энергетические ресурсы (ТЭР) и производящих добывающее и энергетическое оборудования, и т. д. Несмотря на монополизм большой энергетики она при выполнении своей главной цели современного менеджмента — получения максимальной экономической прибыли сталкивается с определенными, мягко говоря, трудностями и непониманием со стороны потребителей. Так, по мнению омских энергетиков, нерыночные принципы формирования тарифов на электрическую и тепловую энергию, газ, коммунальные услуги, сохраняющиеся, в современной российской экономике, ведут к углублению негативных тенденций в коммунальном хозяйстве. Складывается парадоксальная ситуация, когда органы местного самоуправления пытаются навязать населению вместо более дешевой тепловой энергии, вырабатываемой крупной ТЭЦ, дорогое тепло мелких котельных. Так, например, опыт эксплуатации локальных газовых котельных, который хорошо зарекомендовал себя в сельских населенных пунктах, омская мэрия пытается перенести в условия многомиллионного города. И это, тогда, когда на омских ТЭЦ есть значительные резервы тепловой мощности. Кстати, при работе локальных котельных в городе не решены вопросы и водоподготовки, и выбросов в атмосферу. Впрочем, прогнозируемое повышение цены на газ покажет абсурдность подобных проектов. А вот другая точка зрения. Первое. В течение многих лет в российской энергетике идет обсуждение вопроса: кому же предоставить выгоду от огромной экономии топлива в 28 – 48 %, при комбинированном производстве энергии? Ведь тепловая энергия — это «отходы» электростанций. Есть возможность снизить тарифы для потребителей электрической энергии либо снизить тарифы для потребителей тепловой энергии. На сегодняшний день, применяя физический метод расчета, энергетики повышают стоимость тепловой энергии в 2 – 3 раза по сравнению с «фактической». Рыночные экономические отношения в энергетике не скорректировали имеющийся необоснованный перекос в перераспределении топливной составляющей на выработку тепловой и электрической энергии. Из-за применения неверной методики расчета получается абсурдный результат: себестоимость тепловой «более дешевой» энергии на самой лучшей и экономичной ТЭЦ выше, чем себестоимость тепловой энергии на котельной, работающей на газе. По этой причине в систему тепловых нагрузок города включаются в работу частные и муниципальные котельные с удельным расходом топлива 160 – 170 кг/Гкал, в то время как на омских ТЭЦ простаивает оборудование с удельным расходом топлива на тепло в 4 раза ниже (28– 40 кг/Гкал). По данным АК «Омскэнерго», коэффициент использования теплового оборудования омских ТЭЦ составляет 24,4 %, а неиспользуемый резерв тепловой мощности ТЭЦ — 45,7 %. Второе. Рассматриваются варианты, не повышая тарифы увеличивать плату за электроэнергию. Так, омские энергетики предложили (в 2005 г.) для населения ввести социальный норматив потребления электроэнергии, который оплачивается по тарифам, утвержденным региональной энергетической комиссией (РЭК) с учетом перекрестного субсидирования. За киловатты сверх этого норматива населению предлагается платить по полной стоимости. Это вызывает тревогу (настораживает), не окажется ли, что в конечном итоге, требуемые для этого штаты работников «съедят» все дополнительные денежные поступления. Успокаивает только то, что это пока только проект. Все это ускоряет разрушение централизованного теплоснабжения в России, на что указывают нарастающий объем износа теплоэнергетического оборудования и отсутствие его восстановления. Выход на надежное энергоснабжение, как страны, так и отдельно взятого региона зависит от многих факторов. Так, например, гарантированное получение определенного вида и среднемирового количества энергии потребителем ещё ни о чем не говорит. В расчетах необходимо учитывать количественную природных условий страны и площадь ею занимаемую. характеристику Фактор холода ученые учитывают, подставляя в формулы среднегодовую температуру в стране. В северных странах большая часть энергии идет на обогрев, строго говоря, на борьбу со стихией, а не на улучшение жизни людей. В Исландии, где среднегодовая температура + 0,9 ⁰С, на каждого жителя приходится 9 т у. т./год. А на Мальте, где среднегодовая температура равна комнатной (+ 18,5 ⁰С), никакого отопления вообще не нужно, и оптимальное потребление энергии при сравнимом уровне жизни составляет 2,5 т у. т./год. С этой точки зрения теплый климат — такой же дополнительный экономический ресурс страны, как нефть и газ. И российское богатство недр нефтью, углем и прочими ископаемыми весьма неудачно компенсируется её удивительной климатической суровостью: у нас самая холодная страна в мире (среднегодовая температура минус 5,5 ⁰С). Ученые ИБРАЭ РАН в конце XX века открыли закон энергетической неэффективности большого государства. Оказалось, что потребности в энергии увеличиваются не только там, где холоднее климат, но и там, где больше земли. превышения Предельно которой допустимая существование площадь страны государства, делается после энергетически невыгодным, равна приблизительно 500 тыс. км2 (площадь Испании, Франции). Именно закон неэффективности большого государства объясняет тот загадочный до последнего времени факт, почему один японец тратит 4,5 т у. т./год, а американец целых 11! И это при одинаковой среднегодовой температуре в обеих странах (+ 11,2 ⁰С) и примерно равном уровне жизни. Однако все не так однозначно, как утверждают ученые ИБРАЭ РАН. После всемирного энергетического кризиса 1973 – 1974 гг. развитые страны начали реализацию мер по энергосбережению во всех отраслях экономики. Этот процесс практически не затронул СССР (может быть, поэтому он и распался). В 90-е годы рост энергоемкости ВВП в России составил 16 %, и в начале XXI в. он была выше, чем в Европейском союзе. Ссылки только на суровый климат не являются убедительными: например, удельные расходы энергии на отопление жилых зданий в России и Финляндии составляют соответственно 500 – 600 и 135 кВт∙ч/м2 в год. Сравнение же средних температур в этих странах показывает, что разница удельных расходов не должна превышать 25 %.
