Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. АНАЛИЗ СОСТОЯНИЯ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ В ОБЛАСТИ ЭКОЛОГИЧЕСКОЙ ОЦЕНКИ, ПРОГНОЗИРОВАНИЯ И МОДЕЛИРОВАНИЯ ВОЗДЕЙСТВИЙ ОТ ТЕПЛОВОЙ ЭЛЕКТРОСТАНЦИИ 10
1.1 Анализ структуры и факторов состояния окружающей среды 10
1.1.1 Структура окружающей среды тепловой электростанции 10
1.1.2 Определение характеристик и классификации форм загрязнения 14
1.1.3 Схема воздействий тепловой электростанции на состояние экосистем окружающей среды 18
1.1.4 Роль предприятий энергетического комплекса в загрязнении окружающей среды 21
1.2 Исследование и анализ методов оценки, прогноза и моделирования воздействий от проектируемых и существующих тепловых электростанций 26
1.2.1 Методы исследования воздействий и вынесение оценок для составления прогноза и модели влияния от строительства и эксплуатации тепловой электростанции на окружающую среду 26
1.2.2 Частные аналитические методики используемые для оценки и прогноза возможных изменений состояния окружающей среды 30
1.2.3 Современные компьютерные методики оценки и моделирования изменений в окружающей среде в результате строительства и эксплуатации тепловой электростанции 34
1.3 Обоснование необходимости совершенствования процедуры оценки и прогноза воздействий тепловых электростанций на импактную экосистему 41
1.4 Выводы по главе 1 43
ГЛАВА 2. ИССЛЕДОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА ПРИНЦИПИАЛЬНОЙ СТРУКТУРЫ МОДЕЛИ ДЛЯ ОЦЕНКИ И ПРОГНОЗА ЭКОЛОГИЧЕСКИХ ВОЗДЕЙСТВИЙ ОТ ПРОЕКТИРУЕМОЙ ЭЛЕКТРОСТАНЦИИ 46
2.1 Виды оценки экологических последствий в результате строительства и эксплуатации тепловой электростанции 46
2.2 Принципиальная структура модели, применяемая для прогноза и оценки воздействий от тепловой электростанции 49
2.3 Причинно - следственный механизм функционирования модели 56
2.4 Выводы по главе 2 61
ГЛАВА 3. СОЗДАНИЕ МОДЕЛИ ДЛЯ ОЦЕНКИ, ПРОГНОЗА ВОЗДЕЙСТВИЙ НА ИМПАКТНУЮ ЭКОСИСТЕМУ И ВЫБОРА ОПТИМАЛЬНЫХ ЭКОЛОГИЧЕСКИ БЕЗОПАСНЫХ ПРОЕКТНЫХ РЕШЕНИЙ 62
3.1 Модель на основе бизнес процессов 62
3.2 Функциональная диаграмма А1 имитационной модели - оценка экосистемы окружающей среды, выбор участка под строительство. Определение параметров для выбора геоинформационной системы
и источников для построения имитационной модели 68
3.3 Функциональная диаграмма А2 имитационной модели -технологические и экономические особенности тепловой электростанции 74
3.4 Функциональная диаграмма A3 имитационной модели -определение воздействий на импактную экосистему 74
3.5 Функциональная диаграмма А4 имитационной модели - анализ воздействия хозяйственной деятельности человека на экосистему, и сбор дополнительных данных 79
3.6 Функциональная диаграмма А5 имитационной модели - принятие решения о строительстве объекта и об э ко последствиях 84
3.7 Выводы по главе 3 86
ГЛАВА 4. ПРАКТИЧЕСКАЯ АПРОБАЦИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЯ 87
4.1 Апробация разработанной предметно специализированной имитационной макромодели. На примере Калининградской ТЭЦ 2 ,...87
4.2 Результирующие данные при моделировании ФД А І разработанной имитационной модели 87
4.3 Результирующие данные при моделировании ФД А2 разработанной имитационной модели 103
4.4 Результирующие данные при моделировании ФД A3 разработанной имитационной модели 108
4.5 Результирующие данные при моделировании ФД А4 разработанной имитационной модели 115
4.6 Результирующие данные при моделировании ФД А5 разработанной имитационной модели, выводы по главе 4 123
ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И ПРЕДЛОЖЕНИЯ 126
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 129
Приложение 1 141
Приложение 2 148
Приложение 3 161
- Анализ структуры и факторов состояния окружающей среды
- Виды оценки экологических последствий в результате строительства и эксплуатации тепловой электростанции
- Модель на основе бизнес процессов
- Апробация разработанной предметно специализированной имитационной макромодели. На примере Калининградской ТЭЦ 2
Введение к работе
Актуальность работы подтверждается наметившимся ростом экономики в Российской Федерации, вызывающим необходимость строительства энергетических объектов. В современных условиях Россия обязана учитывать повышение требований к экологической безопасности строительства и эксплуатации объектов энергетики. В России приняты современные законодательные акты в сфере охраны окружающей среды. Подготовлены к принятию на государственном уровне технические регламенты в сфере экологической безопасности. Меры по улучшению среды обитания, принимаемые на государственном уровне, требуют от науки разработки новых, более эффективных методов экологической безопасности.
Актуальность темы обусловлена отсутствием на сегодняшний день эффективных методов оценки воздействий строительства и эксплуатации крупных энергетических объектов на экосистему региона их расположения. Действующая в России методика проведения оценки воздействий на окружающую среду не дает достоверных результатов для принятия проектных решений по указанным объектам. Обязательная процедура оценки воздействий на окружающую среду позволяет оценить методами интерполяции возможные изменения состояния загрязнения окружающей среды в результате хозяйственной деятельности. Однако такой подход для сложных природно-технических систем (комплексы ТЭС) не дает достоверного результата. Очевидна необходимость создания модели воздействий ТЭС на окружающую среду с использованием современных программно-технических средств, которая позволит осуществить оценку с требуемой достоверностью.
Обзор научных работ и публикаций отечественных (Преображенский В.С., Максименко Ю.Л., Горкина И.Д., Дайман С.Ю., Стремберг Л.М., и др.) и зарубежных (Cherp A., Canter L.W., Lee N., George C., и др.) ученых и анализ программных пакетов показал, что для сложных природно-технических систем появились новые способы оценки и моделирования воздействий, но отсутствуют методики их применения. Иными словами, не описано, как для определенной предметной области создать имитационную модель процессов воздействия на окружающую среду, заполнить её данными и найти зависимости для принятия экологически безопасных проектных решений.
Целью диссертации является разработка положений и научно – методических основ принципиальной схемы имитационного моделирования процессов воздействия на импактную экосистему в результате строительства и эксплуатации тепловых электростанций для анализа, разработки и принятия экологически безопасных проектных решений.
В соответствии с поставленной целью необходимо решить следующие задачи:
исследовать и классифицировать основные виды воздействий тепловой электростанции на динамику экосистемы окружающей среды;
проанализировать методы оценки воздействий хозяйственной деятельности на окружающую среду в результате строительства и эксплуатации тепловых электростанций;
проанализировать компьютерные системы для информационной поддержки экологической безопасности строительных объектов энергетической отрасли и близлежащих территорий на этапах жизненного цикла;
разработать принципиальную схему моделирования воздействий от проектируемой тепловой электростанции, с учетом системности и зависимости факторов влияния от состояния окружающей среды и применяемых технологий, для оценки воздействий, разработки и принятия экологически безопасных проектных решений;
построить с помощью разработанной схемы имитационную модель и получить практические проектные рекомендаций.
Объект исследования: природно-техническая система, подвергающаяся воздействию хозяйственной деятельности в результате строительства и эксплуатации тепловой электростанции.
Предмет исследования: имитационное моделирование воздействий строительства и эксплуатации объекта на окружающую среду для определения негативных факторов и способов их смягчения.
Методология исследования: системный анализ, математическое и компьютерное моделирование, экспертные системы, прикладные исследования, методы ранжирования данных, матрицы анализа и оценки воздействий, потоковые диаграммы и контрольные списки.
Автор рассматривает взаимоотношение строительства и эксплуатации тепловой электростанции с импактной экосистемой, как сложную взаимосвязанную систему, зависящую от элементов технологической схемы и условий окружающей среды. В работе ставится задача создать имитационную модель процессов воздействия таким образом, чтобы на основе системного анализа всех основных факторов воздействия на протяжении всего жизненного цикла объекта обеспечить смягчение воздействий до минимума путем разработки экологически безопасных проектных решений. С учетом сложности исследуемой предметной области разрабатываемая методика должна позволить учесть неформальные знания, накопленные специалистами.
Научная новизна выносимых на защиту результатов работы заключается в том, что:
разработан и применен новый подход к созданию имитационной модели, на основе причинно - следственных изменений реализованных по принципу минимакса;
для существующих частных методик оценки и моделирования применены новые методы сбора и обработки информации, такие как: системы быстрой оценки состояния окружающей среды, системы поддержки принятия проектных решений, геоинформационные технологии, метод Дельфи, статистический аппарат обработки данных и согласованности экспертов;
применена методология стандарта IDEF0 для графического описания разработанной принципиальной схемы моделирования;
предложенная принципиальная схема имитационного моделирования позволяет не только оценить и спрогнозировать воздействия на окружающую среду, но и моделировать их последствия, оценивать, отбирать экологически безопасные проектные решения;
разработана принципиальная схема моделирования воздействий от проектируемой тепловой электростанции на этапе строительства и эксплуатации, с учетом системности воздействий, зависимости факторов влияния от состояния окружающей среды и применяемых технологий.
Практическая значимость исследования заключается:
в разработке принципиальной схемы моделирования воздействий от проектируемой тепловой электростанции на этапе строительства и эксплуатации (с учетом системности и зависимости факторов влияния от состояния окружающей среды, и применяемых технологий), позволяющей оценивать и прогнозировать, моделировать и отбирать экологически безопасные проектные решения;
в рекомендациях по моделированию воздействий энергетических объектов на импактную экосистему окружающей среды на этапе разработки реальных проектов;
в применении результатов исследования для учебного процесса в МГСУ по специализации «экологическая безопасность строительства».
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы обсуждались на заседании кафедры Строительства тепловых и атомных электростанций МГСУ, опубликованы в печатных изданиях - 4 печатные работы, представлены на научно – практических конференциях: «Научно – Технической конференции по итогам научно – исследовательских работ студентов, аспирантов МГСУ» в период с 2002 г. по 2004 г.; «IX Международной выставке молодежных научно – технических проектов, ЭКСПО – наука 2003»; «Строительство – формирование среды жизнедеятельности» в период с 2004 г. по 2006 г..
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, основных выводов и предложений, списка литературы и трех приложений. Объем диссертации 161 страница, основной текст содержит 127 страниц, 10 таблиц, 46 рисунков, список литературы из 128 наименований, в том числе 25 ссылок на нормативно – правовую и нормативно – техническую документацию, а также 17 ссылок на иностранную литературу.
Автор глубоко благодарен профессору кафедры Строительства тепловых и атомных электростанций к.т.н. М.Ю. Слесареву, под руководством которого проводилась научно-исследовательская работа. Автор искренне признателен научному консультанту диссертационной работы зав. каф. Строительства тепловых и атомных электростанций МГСУ проф. д.т.н. В.И. Теличенко, а также проф. д.т.н. А.С. Павлову.
Анализ структуры и факторов состояния окружающей среды
Развитие энергетики оказывает воздействие на различные компоненты природной среды: на атмосферу (потребление кислорода, выбросы газов, паров и твердых частиц), на гидросферу (потребление воды, переброска стоков, создание новых водохранилищ, сбросы загрязненных и нагретых вод, жидких отходов) и на литосферу (потребление ископаемых топлив, изменение водного баланса, изменение ландшафта, выбросы на поверхности и в недра твердых, жидких и газообразных «токсичных» веществ). В настоящее время все эти воздействия приобретает глобальный характер, затрагивая все структурные компоненты нашей планеты.
Виды оценки экологических последствий в результате строительства и эксплуатации тепловой электростанции
В данной работе - автор подходит к решению поставленной задачи системно, создав определенную методику, которая позволит оценить и спрогнозировать изменение в природной экосистеме, и принять оптимальные проектные решения. Для этого необходимо выделить несколько видов (этапов) оценки экологических последствий от строительства и эксплуатации тепловой электростанции [1,3,29,30,41,43,81-85]:
1. общую природную оценку;
2. специальную природную оценку;
3. технологическую оценку;
4. экономическую оценку;
5. социальную оценку
1. Общая природная оценка. Сущность заключается в соотнесении прогнозируемых изменений в свойствах ландшафтов (процессах) с теми же процессами и свойствами зональных аналогов вне сферы антропогенного воздействия тепловой электростанции, инвариант которого описывается количественной вещественно-энергетической моделью.
Общая природная оценка заключается в сравнении прогнозируемых изменений конкретных параметров ландшафта с пространственной или временной изменчивостью тех же показателей — климатических, гидрологических, ботанических, почвенных, геохимических. Например, для оценки прогнозируемых изменений метеорологических элементов в зоне влияния крупных водохранилищ тепловой электростанции можно использовать критерий DP/s, где DP — изменение метеорологического элемента (температуры или влажности воздуха, осадков, скорости ветра и т.д.), as- среднее квадратическое отклонение того или иного показателя во времени.
Главное в природной оценке - данное явление оценивается по этому же явлению, вне сферы воздействия. Например, при обосновании и построении ранжированных шкал ландшафтно-геохимических оценок оценивание производится по отношению к природному фону, геохимическим характеристикам зональных ландшафтов и т.д. Оценка природно-экологических потенциалов загрязнения проводится по отношению к худшим и лучшим условиям миграции загрязнений, к оптимальной самоочищающей способности почв и т.д.
Модель на основе бизнес процессов
Для создания модели с учетом разработанной принципиальной схемы моделирования и критериев в данной работе автор применил принцип визуализации бизнес-процессов (БП), основанный на применении технологии SADT (Structured Analysis and Design Technique) [53, 116, 117]. Для описания организационно-технологических структур применена методология структурного анализа и проектирования SADT [117] и созданные на её основе стандарты IDEF0 [106, 107]. Эта методология представляет модель в виде иерархического набора функциональных диаграмм (ФД). Где в последствии автором моделируется каждая ФД с помощью отдельного частного аналитического метода моделирования или современных компьютерных программ. Связь между выбором решений (информация на выходе) при моделировании контекстной ФД и последующей ФД осуществляется на основе причинно следственного механизма (метод минимакса) описанного в предыдущей главе.
Общая методология IDEF состоит из трех основных методологий моделирования, основанных на графическом представлении систем:
IDEF0 используется для создания функциональной модели, отображающей структуру и функции системы, а также потоки информации и материальных объектов, преобразуемые этими функциями.
IDEF1 применяется для построения информационной модели, отображающей структуру и содержание информационных потоков, необходимых для поддержки функций системы;
IDEF2 позволяет построить динамическую модель меняющихся во времени поведения функций, информации и ресурсов системы.
Апробация разработанной предметно специализированной имитационной макромодели. На примере Калининградской ТЭЦ
Вопросы методологического подхода к информационному моделированию процессов воздействия хозяйственной деятельности человека на окружающую среду были отработаны на примере проектирования Калининградской ТЭЦ-2. Исходя из основных положении, изложенных в данной работе в главах 2, 3, выработан комплекс рекомендации и методов по имитационному моделированию процессов воздействия хозяйственной деятельности на окружающую среду.
