Проектирование, строительство и эксплуатация атомных электростанций и предприятий топливно-ядерного цикла в настоящее время осуществляются строго в соответствии с целым рядом санитарных правил и гигиенических нормативов [1, 2], федеральных норм и правил в области использования атомной энергии [3, 15], правил ядерной безопасности [16, 17], норм пожарной безопасности [18, 20], технических условий [21, 22], а также специальных руководящих документов Госатомнадзора России [23, 25].
В июле 2010 г. завершился семилетний переходный период вступления в полную силу Федерального закона от 27 декабря 2002 г. №184-ФЗ «О техническом регулировании», в соответствии с которым совокупностью технических регламентов устанавливаются минимально необходимые требования, обеспечивающие, в т.ч. ядерную и радиационную, пожарную, химическую и др. виды безопасности. Не включенные в технические регламенты требования не могут носить обязательный характер.
Одним из основополагающих принципов вводимой системы технического регулирования является обеспечение соответствия уровню развития национальной экономики, развития материально-технической базы, а также уровню научно-технического развития. В Федеральном законе от 10 января 2002 г. №7-ФЗ «Об охране окружающей среды» понятие «наилучшая существующая технология» (НСТ) трактуется как технология, основанная на последних достижениях науки и техники, направленная на снижение негативного воздействия на окружающую среду и имеющая установленный срок практического применения с учетом экономических и социальных факторов.
В проекте Федерального закона «О плате за негативное воздействие на окружающую среду» предусматривается экономическое стимулирование перехода на эффективные НСТ. Существующая система санитарно-гигиенического нормирования (на основе ПДК, ПДВ и ПДС) не создает мотивации к снижению негативного воздействия на здоровье населения и жизнедеятельность экосистем.
Предполагается задействовать новую систему нормирования, основанную на технологических нормативах, которые отражают значения негативного воздействия в расчете на единицу произведенной продукции. Для снижения загрязняющих выбросов и сбросов, как в расчете на единицу продукции, так и в целом за отчетный период, предприятия будут вынуждены совершенствовать технологические процессы.
В соответствии с Федеральным законом «Об охране окружающей среды» наряду с выбросами загрязняющих веществ в атмосферный воздух и водные объекты, размещением отходов производства и потребления, предполагается ввести плату за негативное шумовое, тепловое и прочее воздействие на окружающую среду. Переход к использованию НСТ имеет большое природоохранное значение.
В течение трех лет после принятия закона должен сформироваться реестр НСТ, а также должны быть установлены допустимые нормативы, ориентированные на технологические показатели. Технологический норматив — объективный показатель и определяется расчетным методом на основе проектной документации. Также все более очевидной для крупных компаний становится целесообразность добровольной сертификации по стандартам менеджмента качества (ISO 9000), экологического менеджмента (ISO 14000) и энергоменеджмента (ISO 50001).
Указанные стандарты являются фундаментальной основой улучшения системы управления предприятием, нацеленной на эффективное получение качественной продукции и услуг (в цикле производства от добычи сырья до захоронения отходов). Эффективное управление подразумевает выпуск конкурентоспособной продукции, поэтому оптимизация текущих затрат выходит на первый план.
В ближайшей перспективе, с учетом усиления внимания к экологическим вопросам и увеличения стоимости энергоресурсов, наиболее рациональным будет одновременное снижение тепловых и загрязняющих выбросов. Современные энергосберегающие технологии и эффективное оборудование позволяют значительно сократить расход энергии в системах обработки воздуха, что особенно важно в суровых российских климатических условиях.
Опыт внедрения новых технологий показывает примеры быстрой окупаемости (в срок меньше трех лет). Рассмотренная выше система технического регулирования будет создавать дополнительные экономические стимулы для совершенствования производственных процессов, экологической модернизации основных фондов. Системы вентиляции предприятий атомной промышленности, помимо задач поддержания качества воздуха и температурного режима, обеспечивают радиационную безопасность.
В настоящее время 75–80 % общих затрат на вентиляцию приходится на электрическую и тепловую энергию [26]. Стоимость оборудования и его ремонта составляют 20 и 5 % всех расходов, соответственно. Затраты на очистку удаляемого из объектов вентиляционного воздуха распределяются следующим образом: 10 % стоимость оборудования, 40–45 % потребление энергии и обслуживание и до 40 % — расходы на захоронение отходов (продуктов и материалов газоочистки).
Указанные выше расходы прямо пропорциональны объемам воздуха, используемого в системах вентиляции. На одну тонну урановой руды, добываемой на подземных горных работах, подается 30 тонн воздуха. На каждую тонну изготовленных таблеток и снаряжения ими сборок тепловыделяющих элементов системами вентиляции перемещается 60–70 тыс. тонн воздуха. Учитывая масштабы производства, производительность системы вентиляции может превышать один миллион кубометров воздуха в час [27]. При вентиляции промышленных зданий наиболее эффективными являются следующие энергосберегающие технологии:
- рециркуляция (повторный нагрев воздуха рабочей зоны с добавлением только небольшой части наружного воздуха);
- рекуперация (передача тепла от выбрасываемого воздуха к поступающему в здание свежему воздуху);
- организация равномерного распределения воздуха в здании, особенно выравнивание температурного поля по высоте, при значительной стратификации температуры (перегрев верхней зоны на 5–15 °C) потери тепла через кровлю увеличиваются многократно.
Также эффективными способами утилизации избыточного тепла является реализация процессов когенерации и тригенерации с использованием чиллеров абсорбционного типа. Практика эксплуатации систем вентиляции на многих производствах атомной промышленности показала, что определенная часть реализованных проектов оказалась избыточной. Некоторые элементы систем не использовались, при этом степень проветривания и качество выбросов не ухудшились.
Используемые системы фильтрации удаляемого воздуха на некоторых действующих объектах длительное время не заменяются из-за отсутствия загрязнения, а на других системах ликвидируются из-за отсутствия необходимости. С другой стороны, механизм управления средствами вентиляции, распределения и очистки воздуха является недостаточно эффективным. Можно добавить, что вновь проектируемые и реконструируемые системы вентиляции базируются на устаревших нормативах, что приводит к неоправданно большим затратам энергии.
Табл. 1 демонстрирует традиционную картину затрат энергии на одном из предприятий корпорации «ТВЭЛ» (Чепецком механическом заводе). За многие годы, прошедшие с момента строительства предприятий, в России и за рубежом были созданы разнообразные комплексы средств общеобменной вентиляции и вентиляции для локализации источников загрязняющих веществ. В передовых образцах вентиляционной техники всегда применяются решения направленные на повторное использование воздуха, сокращение выбросов в атмосферу и утилизацию тепла.
Например, только использование утилизаторов тепла позволяет вернуть в процессе подогрева воздуха до 80 % теплоты, выбрасываемой с удаляемым воздухом. Положительным примером использования инновационных технологий в системах вентиляции может служить совмещенная схема проветривания и воздушного отопления здания №801 ОАО «ЧМЗ». Вместо традиционных приточных и вытяжных установок для прямоточного проветривания цеха площадью 3500 м2 были использованы крышные агрегаты децентрализованной вентиляции.
Эти агрегаты включают в себя приточные и вытяжные вентиляторы, калорифер, пластинчатый рекуператор, систему воздушных клапанов для рециркуляции и специальный воздухораспределитель. Достоинством такого решения является экономия полезной площади и отсутствие зависимости от размеров вентиляционных камер. Децентрализация подразумевает размещение агрегата в обслуживаемой зоне площадью до 650 м2.
Такое зонирование позволяет отказаться от системы протяженных воздуховодов, следовательно, снизить потери энергии на преодоление сопротивлений в них. Кроме всего прочего, благодаря программируемой системе управления можно поддерживать различные температурные режимы в различных зонах по заданному суточному и недельному графику. Модернизированная система общеобменной вентиляции в комплексе решает следующие задачи:
- адресной подачи теплого воздуха в рабочую зону;
- сочетания в одном агрегате оборудования вентиляции и воздушного отопления;
- возможности понижения температуры внутреннего воздуха до 14 °C (и ниже) в ночной период и в выходные дни;
- регулирования подачи свежего, перегретого воздуха в зал от 0 до 100 %;
- снижения стратификации температуры внутреннего воздуха от 1 до 0,15 °C/м по высоте;
- эффективной системы автоматического управления, обеспечивающей высокое качество поддержания заданной температуры с минимальными затратами энергии;
- рекуперации тепла вытяжного воздуха.
Параметры вентиляции до и после модернизации приведены в табл. 2. Резерв экономии тепловой энергии имеет несколько источников, после снижения расхода свежего воздуха пристальное внимание следует уделять снижению инфильтрации и улучшению теплоизоляции здания. Результатом энергосберегающих мероприятий только для общеобменной системы вентиляции одного из зданий явилась экономия тепловой энергии более чем на € 100 тыс. в год (при первоначальной мощности калориферов системы вентиляции 3 Гкал/ч).
Экономию для предприятия в целом можно оценить, учитывая мощность системы теплоснабжения ОАО «ЧМЗ» (более 500 Гкал/ч). Потенциал энергосбережения при использовании энергоресурсов представлен составляющими: сбережение при использовании топливно-энергетических ресурсов в энергоемких производствах и экономия вторичных энергоресурсов (тепло отходящих газов при сжигании топлива, тепло воды или воздуха, использованных для охлаждения технологических агрегатов и др.).
Темпы развития атомной энергетики подразумевают увеличение производства урана с нынешних 3,5 тыс. до 20 тыс. тонн к 2024 г. Для этого к 2020 г. необходимо освоить новые месторождения в Якутии, в очень сложных климатических условиях. С учетом сказанного, самыми актуальными являются вопросы экологической безопасности и снижения расходов энергии. Парадокс в том, что для добычи 90 % российского урана используется энергия, получаемая от угольных ТЭЦ.
При сжигании угля, кроме золы и сажи, образуются токсичные газы (оксиды углерода, серы, азота и ванадия), сложные полициклические ароматические углеводороды канцерогенного воздействия (бензапирен и формальдегид); тяжелые металлы (Co, Be, Ge, Ni, Mn, Zn, Zr и др.), долгоживущие радионуклиды (К40, U238, Ra226, Th232). Хотя активность золы и шлака и от сжигаемого угля не превышает установленных нормативных значений, однако, с учетом длительности и интенсивности работы ТЭЦ, приобретает значение накопление радионуклидов в черте золоотвала. Радиационный мониторинг золоотвалов ТЭЦ, показывает, что гамма-фон изменяется от 20 до 30 мкР/ч, превышая фон окружающих пород в два-три раза.
Требуется отметить, что радиоактивные выбросы АЭС и предприятий атомной отрасли регулируются крайне жесткими нормативами и практически не изменяют природный фон. Возвращаясь к вопросам эффективного использования ресурсов и снижения выбросов на предприятиях атомных отраслей нужно сделать акцент на тепловом загрязнении окружающей среды.
Из всей тепловой энергии, вырабатываемой реактором АЭС, в электрическую энергию превращается не более одной трети [28]. Один энергоблок атомной электростанции мощностью один гигаватт отдает в атмосферу за год несколько сотен гигаватт-час тепла. По данным европейских исследователей, затраты энергии при производстве ядерного топлива оцениваются как 200–400 ГДж/т U3O8. С учетом масштаба российских предприятий и недостаточной энергетической эффективности технологических процессов можно сказать, что все тепловые выбросы при производстве урана соизмеримы с выбросами большой АЭС.
Снижение объемов тепловых выбросов на даже на 10 % позволит значительно улучшить экологическую обстановку в регионах, а величина экономии тепловых ресурсов составит миллионы евро в масштабах предприятия. Отсутствие должного управления системами вентиляции влечет как перерасход энергии, так и ухудшение условий в обслуживаемой зоне.
В помещениях с высокими тепловыделениями (например, в машинном зале турбинного цеха и блочно-насосных станциях) значение температуры воздуха достигает +40 °C и более. Экологические эффекты техногенного теплового загрязнения проявляются в повышении температуры воздуха и водоемов. Отрицательное воздействие тепла на воздушную среду проявляется в ухудшении режима земной поверхности (термокарст, солифлюкция, наледи и др.) и условий жизни людей.
Сброс подогретых вод в озера и пруды-охладители АЭС в холодный период приводит к появлению частых туманов и росту количества заболеваний, связанных с верхними дыхательными путями людей.
Выводы
На предприятиях концернов «Росэнергоатом» и «ТВЭЛ» делаются шаги по повышению эффективности производства. С целью сокращения потерь энергии расходуемой на собственные нужды на АЭС и заводах разработаны и выполняются определенные мероприятия. Новосибирский завод химических концентратов сертифицирован по единой системе экологического менеджмента и менеджмента качества. Нужно отметить, что наибольший резерв экономии имеет место в системах вентиляции, что доказывают приведенные в статье факты.
Модернизация вентиляции решит одновременно целый ряд проблем, в первую очередь улучшит состояние воздуха рабочей зоны и микроклимата в районе размещения предприятия. Не менее важным является мощный экономический эффект от снижения расхода энергетических ресурсов. Внедряемая на предприятиях атомных отраслей система управления дает большие конкурентные преимущества и позволяет идти в русле мировых тенденций.
