Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Глобальные экологические проблемы и отходы тепловой энергетики 9
1.1. Отходы в угольном топливном цикле 9
1.2. Отходы в газомазутном топливном цикле 18
1.3. Химическое загрязнение биосферы 25
1.4. Парниковый эффект и изменение климата 29
1.5. Разработка концепции оценки внешней стоимости 35
ГЛАВА 2. Экологические проблемы и отходы ядерной энергетики .45
2.1. Отходы ядерного топливного цикла и безопасность атомной энергетики 45
2.2. Разработка критериев радиационной эквивалентности РАО и ядерного топливного сырья 59
2.3. Обращение с отработанным ядерным топливом 70
2.4. Методика количественного ранжирования ядерных реакторов и их топливных циклов для крупномасштабной энерготехнологии 79
ГЛАВА 3. Разработка методики оценки техногенных возмущений в экосистеме 82
3.1. Экологическое загрязнение 82
3.2. Экологический ущерб 87
3.3. Экологическая опасность и экологический риск 103
3.4. Анализ экологической опасности в стоимостных показателях 115
ГЛАВА 4. Оценка влияния "внешней стоимости" на конкурентоспособность энерготехнологий 126
4.1. Модель рынка электроэнергии 127
4.2. Внешняя стоимость энерготехнологий 129
4.3. Сравнительный анализ темпов развития энерготехнологий с учетом влияния внешней стоимости 132
ВЫВОДЫ 137
Список использованной литературы 139
- Отходы в угольном топливном цикле
- Отходы ядерного топливного цикла и безопасность атомной энергетики
- Экологическая опасность и экологический риск
Введение к работе
Любая энерготехнология - это технология превращения топлива в управляемую энергию и отходы. В зависимости от отходов все энерготехнологии условно можно подразделить на две группы:
энерготехнологии с нелокализуемыми отходами,
энерготехнологии с локализуемыми отходами.
Условность такой классификации связана с тем, что любая энерготехнология порождает и локализуемые, и нелокализуемые отходы. Поэтому, говоря об энерготехнологии с нелокализуемыми отходами, будем иметь ввиду энерготехнологии, в которых основную часть отходов составляют технологически нелокализуемые отходы. К таким энерготехнологиям относятся, в частности, энергетика на ископаемом органическом топливе. Под энерготехнологиями с локализуемыми отходами подразумеваются энерготехнологии, в которых подавляющая часть отходов локализуется технологически. Ядерная энергетика относится к числу таких энерготехнологий.
Использование органического минерального топлива осуществляется главным образом путем его сжигания, что приводит к огромному количеству ежегодных вредных выбросов в атмосферу: -200 млн т диоксида углерода, -100 млн т оксидов серы, ~70 млн т окислов азота, -60 млн т мелкодисперсных аэрозолей [1].
В России на долю предприятий ТЭК приходится свыше 30% суммарных промышленных выбросов вредных веществ, более 80% промышленных выбросов парниковых газов, 70% - оксида азота и 30% -сернистого ангидрида [2].
С энергетикой на органическом топливе связывают развитие таких негативных крупномасштабных экологических явлений, как «закисление» осадков и «парниковый эффект».
На добычу и сжигание топлива приходится основной объем (более 50%) их антропогенной эмиссии [3]. По данным Международного энергетического агентства (IEA), три четверти объемов углекислого газа, образующегося в результате человеческой деятельности, выбрасывается при производстве и использовании ископаемых видов топлива [4]. Интенсивная техногенная метановая эмиссия, связанная, главным образом, с добычей и транспортировкой органического топлива, примерно на 20% обусловливает суммарный потенциал глобального потепления.
Характерная особенность энерготехнологий с нелокализуемыми отходами состоит в том, что их безопасность, а следовательно, и издержки на ее обеспечение до настоящего времени определяются только эксплуатационными характеристиками и практически, за исключением чисто символических выплат за выбросы и сбросы, не связываются с экологическими ограничениями. Экономика органической энергетики сегодня — это экономика нелокализуемых отходов, и . ее конкурентоспособность основана только на отсутствии издержек на их локализацию.
Актуальность темы В условиях становления рыночных отношений, ограниченности природных ресурсов и резкого ухудшения состояния окружающей среды возникает объективная необходимость наряду с осуществлением крупных государственных экологических программ введение в природоохранную деятельность также экономического механизма. Однако широкое использование экономических методов управления природопользованием и охраной окружающей среды сдерживается отсутствием общей методологии количественной оценки экологической опасности техногенной деятельности человека, что не позволяет в полной мере применять экономические стимулы и санкции.
Определение реальной конкурентоспособности различных
энерготехнологий невозможно без учета их экологического воздействия. В настоящее время отсутствуют системные решения этой задачи. Имеющиеся концепции количественной оценки экологических возмущений от техногенных объектов приводят к выводам, которые невозможно использовать в реальной экономике, что свидетельствует об их слабой методологической основе.
Указанные недостатки вызвали потребность в разработке системных моделей и методических рекомендаций для учёта экологического фактора при планировании конкурентоспособного развития атомной энергетики. Цель работы
Разработка концепция оценки внешней стоимости экологического ущерба на новой методологической основе, исходящей из принципа замещения одной энерготехнологии на другую, а не из традиционных положений, связанных с оценкой ущерба здоровью человека.
Разработка полуэмпирической модели, которая позволяет формировать критерии радиационной эквивалентности радиоактивных отходов и ядерного топливного сырья и определять требования к чистоте продуктов переработки облучённого ядерного топлива (ОЯТ).
Разработка комплексного методического подхода к оценке техногенных возмущений в экосистеме.
Разработка алгоритма стоимостной оценки риска ядерной энерготехнологии на основе минимальной статистической базы последствий крупных аварийных воздействий.
Научная новизна
Впервые разработана концепция оценки внешней стоимости экологического ущерба на новой методологической основе, исходящей из принципа замещения одной энерготехнологии на другую, а не из
традиционных положений, связанных с оценкой ущерба здоровью человека, которая приводит на современном уровне знаний к необоснованно завышенной внешней стоимости угольной и газовой энерготехнологий, что не позволяет использовать её для реальной оценки конкурентоспособности различных энерготехнологий.
Впервые разработана полуэмпирическая методика, которая позволяет
при существующей базе данных и минимальном использовании
вычислительных и программных средств формировать критерии
радиационной эквивалентности радиоактивных отходов и ядерного топливного сырья и и определять требования к чистоте продуктов переработки облучённого ядерного топлива (ОЯТ).
Впервые предложен комплексный методический подход к оценке техногенных возмущений в экосистеме, который определяет требования к базе данных, необходимых для провидения количественной оценки экологической опасности и позволяет при наличии этой базы провести необходимые оценки ущерба и риска от техногенных объектов.
Впервые предложен алгоритм стоимостной оценки риска ядерной энерготехнологии на основе минимальной статистической базы последствий крупных аварийных воздействий. Практическая ценность
Разработанная концепция оценки внешней стоимости экологического ущерба позволяет актуализировать внешнюю стоимость в качестве инструмента для оценки реальной конкурентоспособности различных энерготехнологий.
Разработка критериев радиационной эквивалентности радиоактивных отходов и ядерного топливного сырья позволяет формировать требования к чистоте продуктов переработки облучённого ядерного топлива (ОЯТ), направляемых на захоронение в геологические формации и тем самым
определять эколого-экономическую приемлемость того или иного способа переработки ОЯТ
Методический подход к оценке техногенных возмущений в экосистеме определяет требования к базе данных, необходимых для провидения количественной оценки экологической опасности для населения, проживающего на территории с различными техногенными объектами, и позволяет при наличии этой базы провести необходимые оценки ущерба и риска от этих объектов.
Алгоритм стоимостной оценки риска ядерной энерготехнологии позволяет детерминистски определить риск при наличии минимальной статистической базы последствий аварийного воздействия, что особенно важно для техногенных объектов, по которым представительная статистическая выборка принципиально недопустима.
На защиту выносятся
Концепция оценки внешней стоимости экологического ущерба
Полуэмпирическая модель для формирования критериев радиационной эквивалентности радиоактивных отходов и ядерного топливного сырья
Методический подход к оценке техногенных возмущений в экосистеме
Алгоритм стоимостной оценки риска ядерной энерготехнологии
Апробация результатов
Основные материалы диссертации докладывались на научно-технических конференциях в ЦНИИАТОМинформ, НИКИЭТ, НИИАР, ФЭИ, на НТС ИБРАЭ РАН и на научных семинарах КИ и кафедры ТЭУ МГОУ.
Структура и объём работы: работа состоит из введения, четырёх глав, заключения и списка использованной литературы. Диссертация изложена на
144 стр. машинописного текста, содержит 10 рисунков, 25 таблиц. Список использованной литературы включает 62 наименования.
Отходы в угольном топливном цикле
По уровню производственного травматизма угольная промышленность занимает в производственной сфере печальное лидирующее положение (табл. 1.1). В среднем число пострадавших при несчастных случаях в отрасли составляет 25-30 человек на 1000 работающих. Каждый 60-й случай заканчивается смертельным исходом, из каждых 10 тыс работающих шахтеров погибает четверо. Профессия шахтера остается одним из наиболее опасных видов профессиональной деятельности. Для угольной отрасли характерен низкий уровень санитарно-гигиенической безопасности условий труда. Доля работающих в условиях труда, не отвечающих санитарно-гигиеническим нормам, превышает 40%. Это в значительной мере объясняет самый высокий в промышленности уровень профессиональной заболеваемости среди работников угольной отрасли - 20-80 чел. на 10 тыс. работающих (табл. 1.2).
Основным вредным фактором для здоровья шахтеров при добыче угля является пыль (табл. 1.3), длительное вдыхание которой вызывает патологические изменения легочной ткани и приводит к развитию хронических заболеваний: пневмокониозов и пылевых бронхитов. Согласно материалам государственного доклада «О санитарно-эпидемиологической обстановке в РФ в 1998 г.» [7] на большинстве угольных предприятий отсутствуют эффективные средства борьбы с пылью, концентрации угольнопородной пыли при бурении, погрузке и транспортировании угля превышают ПДК от 2 до 150 раз. Легочные заболевания вносят основной вклад в общий уровень профзаболеваемости в отрасли. На долю пневмокониозов приходится более 2/3 случаев выхода на инвалидность и преждевременной смертности. Угольная промышленность в большинстве стран — единственный вид производственной деятельности, при котором число профессиональных заболеваний, как причина потери трудоспособности, выше числа несчастных случаев.
Негативное воздействие на здоровье оказывают также физические факторы: шум, вибрация, микроклимат и т.д. Параметры вибрации большей части горных комбайнов, буровых машин, электровозов, ручных электросверл превышают ПДУ до 5 раз, а параметры шума — на 20-30 дБ А. Среди шахтеров широко распространены болезни виброшумовой этиологии
Предприятия угольной энергетики на всех этапах производственного цикла оказывают сильное воздействие на окружающую среду, вызывая негативное влияние на здоровье населения. Особенно сильное воздействие на здоровье население связано с атмосферными выбросами тепловых электростанций. Тепловые электростанции, работающие на угле, несут ответственность за превышение предельно допустимых концентраций взвешенных веществ, диоксидов азота и серы, окиси углерода и бензапирена в воздухе многих городов России. В каждом третьем городе, входящем в приоритетный список городов с максимальным уровнем загрязнения атмосферы, угольные ТЭС относятся к числу главных источников загрязнения. Результаты эпидемиологических исследований свидетельствуют о наличии связи между интенсивностью и составом выбросов ТЭС и повышенной заболеваемостью населения, прежде всего, болезнями респираторной системы [7]. Не учтенными официальной статистикой оказываются огромные объемы угольной пыли, поступающей в атмосферу при транспортировке угля к потребителю. По экспертным оценкам [8], доля угля, теряемого в виде пыли при транспортировке и складировании, может достигать 1% объема перевозок. Повышенное содержание в атмосферном воздухе взвешенных веществ приводит к росту сердечно-сосудистых заболеваний и болезней органов дыхания и смертности от них, а загрязнение бензапиреном представляет канцерогенную опасность для здоровья населения.
По официальным данным [2], среди крупных ТЭС, работающих на угле, лишь 40% соблюдают нормы выбросов по трем нормируемым веществам (сернистому ангидриду, оксидам азота, золе).
По ориентировочным оценкам в зоне влияния российских ТЭС, работающих на угле, проживает 15-20 млн чел. Суммарный популяционный риск смерти для населения страны, обусловленный выбросами только взвешенных веществ ТЭС, можно оценить в 8-10 тыс. дополнительных смертей в год, что для такой популяции составляет порядка 3—4% общей смертности.
При сжигании угля наряду с химическими загрязняющими веществами в атмосферу выбрасываются естественные радионуклиды: Rn, Rn, Ra, 2,0Pb, 2I0Po, 230Th, 232Th, 228Th, 40K. Риск для здоровья от облучения населения за счёт этих выбросов чрезвычайно мал, особенно в сравнении с риском, обусловленным химическими выбросами угольных ТЭС.
Размещены угольные ТЭС преимущественно в восточной части России, где ведется основная добыча этого вида топлива. На углях Канско-Ачинского месторождения работают крупнейшие Назаровская и Красноярская ГРЭС. В западной зоне существенная доля энергетических установок, работающих на угле, сохраняется в Смоленской, Рязанской, Тульской, Ростовской, Свердловской, Челябинской и Архангельской областях и в республике Коми.
Отходы ядерного топливного цикла и безопасность атомной энергетики
Анализ состояния радиационной безопасности на предприятиях атомной отрасли в 90-х гг. показывает, что существует устойчивая тенденция к снижению облучаемости персонала: за последние десять лет средние дозы облучения уменьшились с 5 до 3 мЗв/год. В 1999 г. из числа контролируемых лиц 96% получили дозу облучения менее 15 мЗв. Случаи превышения предельной допустимой дозы облучения носят единичный характер (в 1999 г. - 2 чел.).
Профессиональная заболеваемость среди работников Минатома России в 1998 году составила 0,6 на 10000 работающих. В последние годы происходит снижение общего уровня профзаболеваемости персонала (в 1991 г. она составляла 0,96 на 10000.). В структуре профессиональной заболеваемости преобладают (до 50% случаев) хронические заболевания органов дыхания и заболевания виброшумовой этиологии, наиболее распространенные среди горнорабочих урановых шахт. Частота случаев хронических заболеваний, обусловленных воздействием радиоактивных веществ, составляет 0,09 на 10000 работающих. В основном, это специалисты, проработавшие на производстве 15 и более лет [30].
Средний показатель профессиональной заболеваемости в отрасли в 1,3 раза ниже, чем в электроэнергетике, и в 3 раза ниже, чем в производственной сфере в целом. Атомная отрасль занимает 21-е из 22 ранговых мест, установленных в порядке снижения уровня профессиональной заболеваемости, среди отраслей промышленности. По уровню производственного травматизма атомная отрасль относится к числу наиболее безопасных отраслей российской экономики. Частота случаев производственного травматизма в отрасли 3 раза ниже, чем в среднем по России, в 6 раз ниже, чем в топливной промышленности, и в 13 раз ниже, чем в угольной.
Производственный травматизм в атомной отрасли часто связывают с радиационным воздействием и считают этот фактор определяющим. За полувековую историю развития атомной отрасли в результате радиационных инцидентов, произошедших на предприятиях отрасли, общее число пострадавших с клиническими симптомами радиационного воздействия составило 427 чел., из них погибших — 41 чел., из числа выживших 173 получили диагноз «острая лучевая болезнь», а у 213 зафиксированы другие виды местной лучевой патологии. Потери трудового потенциала за счет радиационного фактора за 50-летний период деятельности отрасли составили 0,1 год на каждые 1000 чел.-лет трудового потенциала отрасли [29].
Из сравнения величины суммарных потерь трудового потенциала отрасли с потерями от радиационного фактора следует, что на долю последнего приходится лишь около 0.4% потерь трудового потенциала отрасли. Это свидетельствует об ошибочности бытующего представления, что основным фактором риска в атомной отрасли является радиация. Таким образом, в структуре потерь трудового потенциала персонала отрасли, радиационный фактор обусловливает около 0,4% потерь, в то время как травматизм, связанный со строительными работами в отрасли, дает вклад в потери почти 60%. По данным Минатома России из смертельных травм по отрасли около 60% приходится на строительные работы, то есть около 16 чел.-лет потерь на каждые 1000 чел.-лет жизни персонала.
Результаты интегральной оценки уровня профессиональной безопасности в отраслях экономики России, приведенные в табл. 2.1, получены с применением методологического подхода [30], основанного на учете форм проявленного ущерба (в виде травм и профессиональных заболеваний) и скрытого ущерба, обусловленного работой в условиях труда на границе перехода от допустимых к вредным условиям. В табл. 2.2 и 2.3 приведены средние годовые дозы облучения населения мира от природных и антропогенных источников, а также структура коллективных доз облучения населения России, проживающего в регионах размещения АЭС и ПО «Маяк». Как видно, основной вклад в суммарное облучение населения в обоих случаях вносят природные источники радиации и облучение, полученное в результате медицинских исследований, по сравнению с которыми влияние предприятий ЯТЦ оказывается ничтожно малым.
Экологическая опасность и экологический риск
В настоящее время идет переход на конкурентные принципы развития электроэнергетики. Заявленная модель рынка предполагает установление единой маржинальной цены для производителей и потребителей. Преимущественное развитие получат наиболее наукоемкие эффективные технологии, ликвидируется механизм перекрестного субсидирования. Именно через равновесную цену и управление издержками энергокмпания может прогнозировать свое развитие. Переход к дерегулированию в электроэнергетике качественно изменит требования к источникам инвестиций. Являясь инерционной отраслью экономики, электроэнергетика должна заранее обеспечивать ввод генерирующих мощностей для удовлетворения изменяющегося спроса. Формирование портфеля инвестиционных проектов энергокомпании в такой инерционной отрасли как электроэнергетика будет опираться на экономические принципы эффективности, позволяющие обеспечить наиболее быстрое развитие и расширение своего присутствия на рынке[57].
При переходе к рынку на формирование равновесной цены, а соответственно темпы роста производства электроэнергии каждым производителем помимо прогнозируемого спроса, изменения технико-экономических показателей энерготехнологий, цены топлива, эффективного управления по снижению издержек будут играть факторы обеспечения безопасности, налогового и экологического законодательства, внедрение международных стандартов ответственности.
В представленной работе проводятся сравнительные оценки возможных темпов развития атомной энергетики в конкурентном рынке с учетом "экстерналий". На основе полученной динамики равновесной цены конкурентного рынка с учетом изменения экономических показателей по материалам Энергетической стратегии проводится анализ возможности реализации стратегии развития атомной энергетики для заявленной модели конкурентного рынка. Выполняется анализ изменения равновесной цены, если включать в консолидированную стоимость внешние затраты энерготехнологии и страховые выплаты для возмещения ущерба от возможных аварий. В работе используется существующая информационно-аналитическая база по "экстерналиям"..
Обычно в системах электроэнергетики одновременно работают несколько технологий на ядерном и органическом топливе. В настоящее время цена на электроэнергию на оптовом регулируемом рынке формируется Федеральной службой по тарифам (ФСТ) на основе анализа издержек производства и требуемых ежегодных инвестиций для реализации установленной стратегии развития. Цена производителей и потребителей не равны. Закладывается механизм перекрестного субсидирования. Переход на конкурентные принципы развития означает прежде всего установление единой равновесной цены рынка, учитывающей баланс спроса и предложения в энергосистеме. Стратегия развития энергокомпаний в конкурентном рынке будет определяться наличием инвестиционных средств формирующихся из амортизации и чистой прибыли. Возможность привлечения сторонних источников финансирования инвестиций компанией и оценка их эффективности также определяются равновесной ценой рынка[57].
Для того чтобы эффективно формировать инвестиционную политику энергокомпании должны уметь прогнозировать изменение рыночной цены. Проведение вариантных расчетов темпов развития энергокомпаний на специализированных экономико-математических моделях с учетом возможных выплат по компенсации ущерба от нормальной эксплуатации энерготехнологии и при возникновении аварийных ситуаций позволит менеджменту отрасли своевременно определять комплекс научно-технических, экономических и организационных мероприятий для своевременной корректировки инвестиционной политики.
Была разработана экономико-математическая модель рынка электроэнергии, которая позволяет проводить расчеты в региональном разрезе динамики цены рынка при маржинальном и равновесном ценообразовании, определять инвестиционную программу развития энергокомпнаий для сформированной динамики ввода энергоблоков с учетом инновационного развития. Возможности модели позволяют проводить исследования с учетом изменения макроэкономического окружения и эскалации цен топлива для топливных циклов различных энерготехнологий с привязкой к конкретным месторождениям ].
Определение единого (равновесного) тарифа для электростанций (АЭС и ТЭС), работающих в одинаковой части графика электрической нагрузки, производится посредством выполнения многошаговой процедуры (модели), в которой учитываются предполагаемые изменения в организационно-структурном, нормативно-правовом и финансовом состояниях.
