Экологические критерии. 
Экономическая и натуральная формы записи

Основной источник вредного экологического воздействия объектов ЭЭС — тепловые электростанции (ТЭС), оказывающие влияние на все три среды: атмосферу, гидросферу и литосферу. Воздушные и кабельные линии электропередачи и подстанции оказывают воздействие главным образом на литосферу.

Рассмотрим оценку экологического воздействия и формирование экологических критериев на примере ТЭС, которые определяют более 90% всего вредного экологического влияния в ЭЭС. Его степень определяется двумя группами показателей (см. табл. 11 и 12): показателями энергетических объектов; показателями территорий, на которых эти объекты размещены и на которые они распространяют экологическое влияние.

В табл. 12 они представлены в виде двух групп: локальных и региональных [3]. Первые являются характеристикой зоны непосредственного расположения и влияния энергетического объекта и используются при конкретном проектировании или при разработке ТЭО объектов. Вторые характеризуют зональные территориальные условия и используются в тех задачах развития, где требуется высокий уровень агрегирования информации, например при разработке программ развития электроэнергетики, оптимизации структуры электрогенерирующих источников и т. д.

Показатели ТЭС для оценки их воздействия на окружающую среду

Таблица 11.

Показатели окружающей среды для оценки экологического воздействия объектов энергетики

Таблица 12.

Окончание табл. 12.

Экологические критерии могут быть выражены в экономической и натуральной формах. Естественно стремление выразить все показатели эффективности в экономической форме. Их можно представить в виде нескольких групп, связанных следующей формулой:

где З_экол — затраты, связанные с разного рода экологическими эффектами; З_пред — затраты на предотвращение или уменьшение экологического воздействия; З_{регэкол} — вклад объекта в региональные затраты на экологию; У_ЭКОл ^- ущерб окружающей среде от экологического воздействия объекта; З_комп — компенсационные затраты, производимые для снижения эффекта вредного экологического воздействия объекта; Э_утил — эффект утилизации, получаемый от использования улавливаемых выбросов. Затраты на предотвращение можно рассматривать как технолого-экономические в виде суммы.

где 3_{ОСН О}б — затраты, связанные с выбором основного оборудования; З_всп.об — ^{т0 же}> Д^ля вспомогательного природоохранительного оборудования; З_разм — затраты, связанные с выбором мест сооружения объектов по экологическим условиям.

Выделение и моделирование экологической составляющей в технико-экономических показателях объектов непросто реализовать, т. к. технические, экономические и экологические требования и показатели тесно взаимодействуют. Предлагается применять подход, основанный на выделении базисных затрат, соответствующих минимальным экологическим требованиям при существующем уровне энергостроительства и энергетического производства и благоприятных внешних экологических условиях — З_баз. Тогда дополнительные затраты, связанные с внедрением более совершенных природоохранительных технологий, с введением дополнительного природозащитного оборудования или с изменением местоположения объекта в связи с экологическими требованиями, можно рассматривать как затраты на предотвращение и выразить следующим образом:

где 3₀б — полные затраты по объекту.

Размер отчислений на региональные экологические мероприятия Зрег. экол устанавливаются местным законодательством. Эффект утилизации Эутил зависит от объема утилизируемых выбросов, который, в свою очередь, определяется экономической выгодой. Компенсационные затраты имеют следующую структуру:

Здесь З_нас — компенсационные выплаты населению в связи с создаваемыми неудобствами, связанными со строительством объекта (снос построек, ликвидация мест отдыха, необходимость переселения и т. п.); З_ппп — выплаты промышленно-производственному персоналу объекта, испытывающему его вредное экологическое воздействие; Зцосст ^- затраты, связанные с восстановлением нарушенных природных систем. Отдельно следует рассмотреть ущерб, связанный с повышенным экологическим риском больших аварий. Хотя вероятность таких аварий мала, но вызываемые ими последствия тяжелы. Здесь также надо раздельно учитывать профессиональный риск и риск населения, и, кроме того, выделять непосредственный (проявляющийся сразу) и отсроченный (проявляющийся через длительный срок, может быть даже через несколько поколений) риски. Сроки рассмотрения экологических рисков могут составлять десятки и даже сотни лет.

Особый интерес представляет формирование экологического ущерба У_экол, который распределяется по трем средам — атмосфере У_ахм, водной среде У_в и литосфере У_л:

Наибольшие трудности вызывает оценка ущерба от выбросов загрязнителей в атмосферу. В первом приближении его можно выразить формулой.

где i — номер загрязнителя, который вызывает ущерб; у_н, у_кх, у_лх, у_сх — соответственно удельные ущербы для здоровья населения, коммунального, лесного и сельского хозяйства, рассчитанные для соответствующих ингредиентов загрязнителей; Н — численность населения в зоне энергетического объекта; и F_cx — соответственно площади леса и сельскохозяйственных земель в зоне объекта.

Удельные ущербы зависят от многих показателей, но прежде всего от фоновой концентрации загрязнителей и ее дополнительного увеличения от выбросов рассматриваемого объекта. Последнее является сложной функцией установленной мощности ТЭС, вида топлива, высоты дымовой грубы /г_тр, типа системы очистки уходящих газов, условий рассеивания газов в атмосфере. В расчетах необходимо учитывать характер рассеивания дымовых газов. Процесс рассеивания изображен на рис. 8 для условий равномерного рассеивания выбросов и при отсутствии фоновой концентрации.

Рис. 12. Характер изменения концентрации атмосферных загрязнителей: а — вид сбоку; б — вид сверху На рис. 8, а приведены две характеристики изменения концентрации, из которых видно, что при увеличении высоты дымовой трубы максимальная концентрация С_тах снижается, а расстояние от трубы /?_Стах, на котором она наблюдается, увеличивается. Одновременно увеличивается радиус экологического влияния ТЭС /?_Cmjn, т. е. расстояние от ТЭС, на котором концентрация становится пренебрежимо малой, — C_min. На рис. 8, 6 показаны линии равного уровня концентраций.

Ущерб водной среде складывается из стоимости С_бв безвозвратного водопотребления и затрат З_в на используемые водные ресурсы.

Стоимость безвозвратного водопотребления определяется ее удельной величиной ц_бв, установленной мощностью N_y и временем ее использования Т_у и удельным безвозвратным водопогреблением (7_бв:

Плата за используемые водные ресурсы определяется удельной стоимостью ц_в потребляемой технической воды, удельной потребностью пг_в в воде, платой ц_вхр за единицу площади водохранилища общей используемой площадью F_Bxp и энергетическими показателями ТЭС:

При применении систем ТВС с градирнями или брызгальными бассейнами второе слагаемое в выражении (30) отсутствует.

Ущерб литосфере в выражении (26) определяется стоимостью отвода земель под территорию сооружений энергетического объекта. Она зависит от структуры земель и может быть рассчитана по формуле

где ц_п, ц_су, ц_лес, ц_пр — соответственно удельная цена пахотных земель, других сельхозугодий, лесной зоны и прочих земель, a F с такими же индексами — площади, отчужденные у этих земель. Остальная часть ущерба, как нетрудно видеть, вошла в состав ущерба от выбросов атмосферных загрязнителей в формулу (27).

Изложенный подход к оценке экологических затрат возможно применить лишь на локальном (объектном) уровне, т. е. при оценке экологического влияния конкретного объекта. Однако и в этом случае трудности нахождения и неопределенность задания целого ряда стоимостных показателей очень велики. В связи с этим представляет интерес непосредственное формирование и анализ экологических критериев, выраженных нс в стоимостной, а натуральной форме. Основу для введения таких критериев может составить целый ряд показателей, приведенных в табл. 11 и 12. Например, для ТЭС это могут быть выбросы в атмосферу загрязнителей М; по их видам, валовое и безвозвратное водопотребление, потребность в земельных ресурсах и т. д. (см. табл. 11), а по условиям окружающей среды — фоновая концентрация загрязнителей, коэффициент стратификации атмосферы (как определяющий условия перемешивания атмосферных газов), объем стока воды, структура земель по их ценности на площадке и в зоне экологического влияния ТЭС и т. д. (см. табл. 12, показатели группы А). Возможно применение смешанной системы критериев, т. е. выражение одних критериев в натуральной, а других — в стоимостной форме.

Для облегчения решения задачи и сокращения числа критериев целесообразно учитывать эффект суммации действия различных атмосферных загрязнителей i, рассчитывая их результирующую концентрацию с. Для этого используются нормативные показатели — предельно допустимые концентрации ПДК, мг/м³. Например, таким образом выбросы оксидов азота можно привести к показателям диоксида серы:

Естественно, что оптимизация решений по вариантам развития должна выполняться на допустимой области. Например, концентрации загрязнителей всюду не должны превышать допустимых уровней. С учетом эффекта суммации имеем условие.

где q определяется как максимальная величина концентрации загрязнителя /.

При нарушении экологических ограничений необходимо корректировать решения, например увеличивать высоту дымовой трубы, уменьшать установленную мощность ТЭС, изменять местоположение пункта или площадки ТЭС, выбирать другой тип основного или вспомогательного экологического оборудования, изменять вид топлива и т. д.

При решении задач регионального прогнозирования развития электроэнергетики целесообразно выделить региональный уровень формирования экологических критериев. На этом уровне можно предложить следующие частные экономические критерии влияния электроэнергетики (см. табл. 11):

• — по атмосферному воздействию: экологическая емкость территории, фоновое загрязнение и т. д.;
• — по воздействию на гидросферу: обеспеченность водными ресурсами, фоновая загрязненность водоемов и др.;
• — по воздействию на литосферу: обеспеченность земельными ресурсами, их качественные характеристики и др.

В качестве дополнительных региональных показателей целесообразно рассмотреть плотность населения и уровень урбанизации территории. Поскольку экологические показатели распределены по территории, то возникает вопрос о территориальной дифференциации при их изучении. Исходя из специфики изучаемых объектов — электрогенерирующих источников — целесообразно рассматривать территориальные ячейки размером примерно 100×100 км и более, образованные параллелями и меридианами, применяя международную географическую разграфку (рис. 9). Меньший размер ячеек может соответствовать локальному уровню анализа (если размер ячейки примерно равен зоне экологического влияния ТЭС), а больший — региональному.

Рис. 9. Использование международной метрической разграфки для формирования территориальных ячеек.

Экологические показатели воздействия вредных веществ на территорию ограничиваются, как показано выше, предельно допустимыми величинами. Однако надо принимать во внимание, что совместное действие нескольких загрязнителей увеличивает степень опасности и предельно допустимый уровень загрязнения может быть превышен, хотя ни по одному из составляющих превышения ПДК не наблюдается. Совместное действие двух или более загрязнителей может характеризоваться разными свойствами, а именно — быть аддитивными, антагонистическими или синергическими. В первом случае эффекты действия всех загрязнителей просто суммируются, во втором — их совместное действие ослабевает по сравнению с аддитивным вследствие некоторого взаимного погашения негативных эффектов, а в третьем — наоборот, усиливается, когда присутствие одного из загрязнителей усиливает негативное действие другого.

Заметим, что поскольку различные загрязнители имеют разные значения ПДК, к тому же они могут быть выражены в разных единицах измерения, решение задачи определения степени опасности совместного действия нескольких загрязнителей целесообразно решать, выражая концентрации вредных веществ в долях от ПДК. Тогда, например, для аддитивного эффекта условие непревышения допустимой степени опасности для одновременного присутствия в окружающей среде п загрязнителей выразится условием С (/ПДК_; < 1. Переходя к относительным единицам q_t = с^/ПДК;, это условие можно записать в виде X" q_t < 1.

Однако наряду с аддитивным эффектом совместного действия нескольких загрязнителей могут наблюдаться два других вида эффектов — синергический и антагонистический.

При синергическом эффекте степень негативного совместного действия двух загрязнителей выше, чем простая сумма действий каждого из них в отдельности, т. е. присутствие второго загрязнителя усиливает действие первого и (или), наоборот, присутствие первого усиливает действие второго. При антагонистическом совместном действии двух загрязнителей наблюдается обратный эффект — присутствие второго загрязнителя снижает действие первого и (или), наоборот, присутствие второго снижает действие первого. Подобные процессы могут объясняться химическим взаимодействием двух загрязнителей или взаимодействием объектов окружающей среды с ними (реакция окружающей среды).

Рассмотрим решение задачи определения степени опасности при совместном поступлении в окружающую среду загрязнителей с разными видами эффектов. Пусть в воздухе на рассматриваемой территории наблюдаются среднесуточные концентрации поступающих загрязнителей, показанные в табл. 13.

Степень опасности совместного действия всех загрязнителей, если совместное действие оксидов серы и озона (двух загрязнителей i и j) имеет синергический эффект, выражается уравнениями:

Таблица 13.

Среднесуточные концентрации загрязнителей, мкг/ м³

Совместное действие аэрозолей и озона, а также золы и озона имеет антагонистический эффект, выражающийся теми же формулами, но при коэффициентах aij < 2.

Остальные взаимодействия имеют аддитивный эффект. Очевидно, что при аддитивном эффекте степень совместного действия двух загрязнителей выражается формулой qij = qj + qi. Коэффициенты а^ для данной задачи: a_so = 3; a_A0 = 0,5; а₀з = 0,4. Предельно допустимые концентрации по введенным загрязнителям приведены в табл. 13.

Эффекты взаимодействия загрязнителей показаны в табл. 14. В табл. 14 одним плюсом обозначен аддитивный эффект, двумя — синергический, а минусом — антагонистический эффект. Для удобства сопоставления среднесуточные концентрации поступающих загрязнителей выражены в долях от ПДК и приведены в табл. 13.

Эффекты взаимодействия загрязнителей Таблица 14.

Степень опасности совместного действия п загрязнителей может быть определена по формуле

Действительно, легко убедиться, что для совместного действия п загрязнителей при аддитивном эффекте всех нар взаимодействий.

Если для какой-либо пары загрязнителей ij характерен синергический эффект, то соответствующий эффект q^ будет выше, чем при аддитивном действии, это скажется на результирующем эффекте и равенство нарушится

Если для какой-либо пары загрязнителей ij характерен антагонистический эффект, то соответствующий эффект qij станет меньше, чем при аддитивном действии, и результирующий эффект снизится, что приведет к неравенству

Если же среди п загрязнителей присутствуют пары с различным характером взаимодействия, то направление изменения результирующего эффекта будет определяться тем, какого типа взаимодействия преобладают.

Определять результирующий эффект удобно по матрице взаимодействий, показанной для рассматриваемого примера в табл. 15.

Общий вид матрицы взаимодействия загрязнителей Таблица 15.

Вторая половина матрицы не заполняется ввиду ее симметричности (qij = qji). Заполнение матрицы численными значениями начинается с определения концентраций загрязнителей в относительных единицах (показано в табл. 13). Далее выполняется расчет концентрации парных взаимодействий синергического и антагонистического характера.

Для пары SO (синергический эффект):

Для пары АО (антагонистический эффект):

Для пары 03 (антагонистический эффект):

Остальные внедиагональные коэффициенты матрицы взаимодействий загрязнителей определяются простым сложением соответствующих элементов главной диагонали (аддитивный эффект). Например, для пары SN

В результате получена матрица взаимодействий загрязнителей, показанная в табл. 16. Если выполнить простое суммирование диагональных элементов в табл. 16, то можно получить результат, соответствующий аддитивному взаимодействию всех загрязнителей (сумма элементов главной диагонали равна д_адд = 2,21).

Таблица 16.

Матрица взаимодействия загрязнителей

Расчет по формуле (сумма внедиагональных коэффициентов матрицы) позволяет получить характеристику суммарного взаимодействия загрязнителей.

Таким образом, q = 1,963 < q_am = 2,21 и, следовательно, в данной задаче преобладает антагонистический эффект взаимодействия загрязнителей.