电力是二次能源,在使用中电力本身不会对环境产生污染,是一种清洁高效的能源转换利用形式,不断提高电力消费在终端能源消费中的比重,是我国充分利用资源、改善环境质量、提高生产效率的一项根本措施。同时,电力工业也是资源消耗大户,电能在生产、传输、分配到千家万户的各个环节中,需要消耗各类一次能源,如煤炭、水力、核能等,需要占用一定的土地资源,如电厂、变电站建设用地、输电线路通道、杆塔占地等,会产生一定的噪声和电磁辐射。因此,如何在电力生产和使用过程中,降低消耗,减少环境影响,对我国电力工业保持高速发展,重要战略资源不断得到节约和优化配置,以及减少污染物排放量,保护环境具有重大意义。
我国是一个发展中的人口大国,本世纪初的20年,我国将全面建设小康社会,到2020年经济总量将在2000年的基础上翻两番。 电力工业是国民经济和社会发展的基础产业,电气化程度是衡量一个国家现代化水平的重要标志,电力工业的发展以及用电量的发展趋势是社会经济发展的重要指标。截止2008年底,我国发电装机总容量达7.9亿千瓦,仅次于美国居世界第二位,2020年我国发电总装机容量预计将达到11.86亿千瓦,将超过美国跃居世界第一。我国的发电能源主要以煤炭、水力、核能、燃油、燃气为主,近年来,风能、太阳能、生物质发电等新型发电能源也得到了长足发展。截止2008年底,我国各类发电方式装机容量比重中,燃煤发电量仍占据了最重要的位置,在未来相当长的时期内,以煤炭为主要能源的格局不会改变,在电源结构方面将继续维持燃煤机组为主的基本格局,我国利用各类能源发电量。围绕在人群周围的空间及影响人类生产生活的各种自然因素和社会因素统称为环境,将环境变得不清洁、污浊就成为环境污染。当代人类所密切关注的环境问题主要有:酸雨、臭氧层破坏、全球性气候变化、生物多样性锐减、有毒化学品污染、土壤退化加速、淡水资源枯竭与污染、森林面积剧减等。造成我国环境问题的主要原因非常复杂,主要有仍显加重的人口增长压力、粗放型的经济增长方式、过快的城市化发展进程以及规划布局不科学、工业结构不合理等。
电力发展与环境保护具有密不可分的关系。火电厂燃料燃烧产生大量的二氧化硫、氮氧化物、颗粒物、汞等大气污染物和二氧化碳等温室气体,另外,火电脱硝后排放的烟气中还有氨等。根据历年全国环境统计公报和电力环境监测总站的统计资料分析,从1998年以来,我国火电厂排放的二氧化硫占全国排放总量的比例不断攀升,从原有的三分之一左右猛增到目前的50%以上。随着煤炭转换为电力比重的不断提高,全国火电厂二氧化硫的排放量占全国排放总量的比重还将不断提高。目前,我国和世界各国对火电厂排放烟气中污染物的控制集中于二氧化硫、氮氧化物和烟尘,发达国家开始研究对重金属的控制,发展水电会带来生态保护方面的问题,高压电力输变电和核电站会产生电磁辐射污染和放射性污染。电力发展对环境的影响主要体现在大气污染和酸雨影响、水能资源的开发利用对生态环境的影响、电源布局环境影响、核安全和电磁辐射污染影响和环境保护措施本身的环境影响等几个方面。
环境保护关系中华民族的伟大复兴,经济发展,必须与人口、资源、环境统筹考虑,环境意识和环境质量如何,是衡量一个国家和民族的文明程度的一个重要标志。电力工业作为服务于国家经济发展和社会人民生活的先导,在保障电力需求的基础上,必须坚持科学发展和可持续发展的观点,必须走出一条科技含量高、经济效益好、资源消耗低、环境污染少、资源优势得到充分发挥的新型工业化路子。在电力工业发展的同时不断加强对环境的保护,是我们必须长期坚持的基本方针政策。
我国电厂绝大多数以燃煤火力发电为主,燃煤电厂对环境的污染主要包括燃烧排放物对大气的污染和引发酸雨,工业废水排放对水环境的污染,以及燃烧废渣的占地影响三大类。
每年我国火力发电的煤炭消耗量已超过8亿吨,煤炭中除含炭外,还有灰粉、硫、氮以及有害的微量元素。煤炭燃烧在释放热能的同时还产生二氧化硫、氮氧化物、一氧化碳、灰渣和烟尘。排入大气的二氧化硫和氮氧化物与水汽结合生成硫酸和硝酸,随降水落下形成酸雨,造成农业、林业、水产业的损失和建筑物的腐蚀;大量一氧化碳转化为二氧化碳形成温室效应;煤炭燃烧后的灰尘经烟囱排出飘浮于大气中,形成微细颗粒,是影响城市大气质量和能见度的主要因素,并同时危害人群健康。火电厂燃烧1吨煤炭排放各种污染物数量见表2。
表2 燃烧1吨煤炭各污染物排放量(千克/吨)
污染物 |
二氧化碳 |
碳氢化合物 |
氮氧化物 |
二氧化硫 |
灰 渣 |
烟 尘 |
数量 |
0.35 |
0.091 |
9.08 |
1672S |
1000AC |
1000A(1-C) |
注:S为含硫率,A为含灰率,C除尘率
我国燃煤二氧化硫排放量占二氧化硫排放总量的85%,电力行业是燃煤大户,燃煤电厂排放二氧化硫是形成酸雨的最主要原因。目前我国二氧化硫排放总量呈现下降的趋势,城市空气二氧化硫浓度也有一定程度的好转,但酸雨区域并没有明显缩小,污染强度也没有明显下降,这与燃煤电厂二氧化硫排放量居高不下直接有关。继北欧、北美之后,我国青藏高原以东、长江干流以南已经成为世界第三大酸雨区,我国61.8%的南方城市出现酸雨,酸雨面积占国土面积的30%以上。二氧化硫污染和酸沉降污染已经对我国的自然资源、生态系统、材料、能见度和公众健康构成了威胁,造成了巨大的经济损失,严重影响了国民经济的发展和人民群众的正常生活。中国环境科学研究院、清华大学等研究结果表明:酸雨造成的污染损失每年超过1100亿元,大气污染所造成的损失每年约占我国GDP的2%~3%之间。
颗粒物是我国城市大气环境污染中的首要污染物。近年来大量的研究观察到人体健康损害与细颗粒物之间的相关程度显著高于大颗粒物,细颗粒物的污染和危害越来越引起人们的重视。细颗粒物可以长时间(达数日或数年)地悬浮在空气中,其本身可以是有毒有害物质,而且又是其他污染物的运载体和反应体。颗粒物可以附着有毒金属、致癌物质和致病菌等,多数污染物和微生物均吸附在细颗粒物中,其中有毒有害物质可以被血液和人体组织吸收,对人体健康的影响排在空气污染物的首位。据我国环境质量报告书和世界资源报告提供的数据,在我国环境质量超标的城市中,有68%存在着可吸入颗粒物污染问题。高水平的细粒物污染不但对人体健康造成了危害,也导致了一些大中城市能见度降低,出现多云、多雾、浑浊天气,影响了城市景观。可吸入颗粒物污染已在一定程度上影响了我国一些大城市在国际上的形象和对外合作。
随着人民群众对生活环境要求的不断提高,电力行业对电厂大气污染问题也不断加大治理力度,总的来说,降低单位煤耗,减少大气排放,加强污染物排放控制是减少电厂大气污染的重要手段。随着我国电源结构的不断改善,大容量高参数的装机比例日益提高,通过对现有机组的提效改造和用大容量、高参数、低污染的大中型机组替代低效高污染的老小机组,全国供电煤耗从1995年的412g/kWh下降到2000年的392g/kWh,2008年再下降到349g/kWh,清洁生产水平不断提高,发电煤耗逐年下降。
在二氧化硫控制方面,主要依靠关停小火电机组、降低燃煤含硫量和安装烟气脱硫设施等措施,我国从2004年开始,所有新建电厂项目一律要求加装烟气脱硫装置。到2007年底,全国已配套建设脱硫设置的火电厂装机容量达到1.16亿千瓦,达到全国煤电机组总容量的50%,高于美国2005年的水平(2005年美国烟气脱硫机组容量为1.02亿千瓦,约占其煤电机组容量的31.5%)2007年,全国二氧化硫排放总量约2468.1万吨,其中电力行业二氧化硫排放量约为1200万吨,同比降低了9.1%,电力行业二氧化硫排放量占全国二氧化硫排放量的比重下降到48.6%,同比减少3.5个百分点。据六家电力集团公司与国家环保总局签订的“十一五”期间SO2总量削减目标责任书,可以统计出仅六家电力集团公司在“十一五”期间对现役燃煤机组的脱硫容量就高达89327.5MW。尽管我国目前燃煤电厂的二氧化硫排放量还比较高,但单位发电量的排放量水平已经明显下降。中国环境科学研究院的研究表明,从长远来看,我国二氧化硫的排放量应控制在1200万吨/年,其中电力行业排放的二氧化硫应控制在550万吨/年,由此可见,我国火电大气污染物的排放控制将面临相当大的压力。
在烟气除尘方面,逐步采用高效静电除尘器,替代湿式除尘器和机械除尘器。经过20多年的发展,电除尘器的比例逐年增长,目前我国火电厂湿式除尘器和机械除尘器已越来越少,新建机组普遍采用四电厂和五电厂静电除尘器,并通过加大收尘面积等手段,使除尘效率高达99.6%以上,多年来全国火电烟尘排放量基本控制在300万吨左右,实现了“增产不增加烟尘”,火电厂的烟尘排放已不再成为我国主要的环保问题。但随着电煤紧张形势的不断加剧,各大电厂为降低电煤成本,对“小窑煤”的使用量不断增加,而“小窑煤”主要通过汽车运输,由于运输过程中的遮护不严格,造成电厂周边煤灰飞扬,对当地居民造成的影响仍极为巨大。
电厂是耗水大户之一,我国部分大中型燃煤电厂的耗水指标最低的为0.68 m3/(s·GW),也就是说,1 000MW装机容量的电厂,每秒钟耗水约0.68m3。我国北方的大部分地区,水资源短缺已成为电力发展的主要制约因素,许多工程出现了以水定电的现象。电厂又是一个排水大户,其排放的工业废水、生活污水给环境造成了不良的影响。
电厂在生产过程中排放的废水主要有水力输送灰渣的冲灰废水、工业废水和生活污水。此外,还有电厂定期检修时的非正常排水,如除尘器和空气预热器的清洗水、锅炉酸洗废液(废水)等。如电厂采用直流冷却系统,则还有温排水。
电厂的工业废水和生活污水一般经过处理后都能达标排放,或回收用于煤场喷淋、输煤栈桥冲洗和冲灰补充用水等,对环境的影响较小。而电厂排水对环境影响较大的是灰水和温排水。
电厂采用湿式除灰时,除尘器灰斗下的灰由搅拌桶或箱式冲灰器搅拌制成灰浆送至灰浆泵房,经浓缩后,由灰浆泵经输灰管输送至灰场,这时有灰水产生。灰水是电厂耗水中仅次于循环冷却水的大项,是电厂最难处理的废水,同时因其污染因素多,因此通常被认为是电厂的重点污染源之一。 灰水排入周围的水域后,可能导致该水域中的细菌等微生物被抑制或消灭,水体自净能力降低,影响鱼类和农作物的生长,从而破坏生态平衡。灰水中的氟化物对植物的生长会带来不利的影响。灰渣中的有害成分还会通过灰水的长期渗入,对灰场周围的地下水产生不利的影响。
进入汽轮机的蒸汽热量有一半以上是通过凝汽器的循环冷却水排到外界水体(江河、湖泊、海洋)或大气中。采用直流冷却方式的火电厂,温排水直接排入电厂附近的水体,会造成局部水域的水体温度升高,形成一定的热污染带。水体热污染会影响水质和水生生物的生态,给人类带来间接的危害。随着水温的升高,水体中物理化学和生物化学反应速度加快,有毒物质的毒性加强;需氧有机物的氧化分解速度加快,耗氧量增加,造成水体缺氧。水温的改变还可使水域中原生的鱼种改变。有时水温虽未达到使鱼类致死的温度,但已超过了产卵和孵化最适宜的温度,从而使鱼类繁殖率降低。此外,温度是鱼类回游的诱导因素,许多鱼、虾是由于水温来引导他们回游的。水温的变化可能改变鱼类的回游习性,从而影响区域的生态平衡。
电厂的水治理不仅要使各种废水达标排放,更重要的是提高水的重复利用率,向废水资源化利用的方向发展。
对灰水的pH值超标的治理,可利用电厂燃煤过程中产生的二氧化硫、二氧化碳等酸性气体,经洗涤吸收塔由风机送入灰浆池内的布气管而排入灰水中,使二氧化硫、二氧化碳与灰水中的游离氧化钙等碱性物质反应,起到降低灰水pH值的作用。另外也可以采用加酸调节的工艺,来降低灰水的pH值。加酸系统可根据灰水的pH值自动控制。酸源一般利用废酸。由于灰水呈碱性,因此灰水中的重金属元素大多呈氢氧化物的形式沉淀,灰水中的重金属元素的浓度并不高。对于采用湿式除尘器的电厂,由于燃煤产生的氟化物极易溶于水,因此灰水中氟化物浓度的高低取决于燃煤中的氟含量。目前对灰水中氟化物的处理尚处于研究阶段,未获得成熟的方法。灰水治理的最佳方法是采用灰水闭路循环系统,使灰水不向外排放。这种运行系统最大的问题是回水管、回水泵等设备的结垢,这是由于灰渣中游离氧化钙不断溶出,与灰水中的碳酸盐反应生成碳酸钙沉淀而形成坚硬的灰垢。为了防止结垢,可通过加阻垢剂的办法加以解决,目前这是一种有效的方法。
对于温排水的治理,在选择电厂厂址时,可通过数学模型计算或物理模型试验对温排水的扩散范围作出估算,以了解水域温升的影响范围。同时对受热污染水体的水生物种现状分布进行调查,注意是否影响鱼类的回游路线,查清水域的水生物种群及种群密度,根据重要水生生物和他们的食物链最适宜的水温和夏季最大允许水温,结合温排水模型的模拟结果作出评价,以确定合适的冷却水温和排放位置,避免或减少电厂建成后对水生环境产生不利影响。另外可通过改进冷却方式,将直流冷却改为循环冷却,这也是防止热污染、节约水资源的有效办法。
煤在燃烧后,煤中的灰分一部分成为粉末(粒径0~100微米);另一部分则形成灰渣。电厂灰渣排放量的多少,主要取决于其燃煤中的灰分、燃煤量和锅炉的燃烧效率。我国电力系统的灰渣排放量达每年9936万吨。灰渣不仅占用了大量的土地,同时也给环境带来不利的影响。
由于火电厂燃煤的灰分普遍较高(一般在20%左右),排放的灰渣占用了大量的土地,特别是对于平原地区的燃煤电厂。如在长江边上建一座容量为600兆瓦的火电厂,根据设计规程的要求,需在长江边上围出一块面积大约为1.2 平方公里(相当于1800亩)的滩地,才能建一容量约为330万立方米的灰场,以满足电厂堆灰20年的需要。灰渣还造成二次污染。无论干灰或湿灰,灰渣在输送和灰场处置过程中,都存在着二次污染的问题。尤其是北方地区,由于气候干燥,灰场的扬尘更容易对周围的环境产生影响。另外,由于水冲、雨淋等外界因素的影响,灰渣中的一些有害成分如硫酸盐、氧化钙、微量元素砷(As)、氟(F)、铬(Cr)等可能会转移到周围的水环境中去,造成一定的污染。
目前,对于灰渣的处理主要以综合利用为主,同时也采取了其他的一些手段,如对于湿灰场要采取分区堆放、蓄水运行的办法;干灰碾压灰场也要实施分区堆放,及时推平碾压,达到堆灰高度后,及时复土还田;在灰场四周种植绿化林带等,以防止灰场起尘的二次污染,同时在灰场的底部和四周采取防渗措施,以防止灰水中的有害物质渗入周围的水体,造成污染。
灰渣实际上是一种再生资源,我国自50年代开始进行粉煤灰综合利用的研究,经历了由简单到复杂,由低级到高级的发展过程,取得了一定的成效,并且用灰量逐年增加。近年来,国家陆续颁布了一些粉煤灰综合利用的有关标准,使粉煤灰综合利用有法可依。目前综合利用方式主要有以下几种,一是水泥厂用粉煤灰代替部分矿渣,按国标(GB175-92)“普通硅酸盐水泥”的标准和按(GB1344-92)“矿渣硅酸盐水泥”的标准生产矿渣硅酸盐水泥。二是生产地砖和免烧的粉煤灰砖。三是粉煤灰在许多道路建设中可大量地作为填筑材料以代替传统的砂、土。四是商品混凝土中掺加10%~15%的粉煤灰,不仅可以节约水泥,降低工程造价,而且在高层建筑中,为了改善混凝土的和易性能、增加泵送高度,混凝土中掺加粉煤灰已成为有效的技术措施。混凝土中掺加粉煤灰后还有减少其干缩性和提高密实性等优点。五是磨细粉煤灰可增加粉煤灰颗粒的比表面及其界面反应能力,改善颗粒级配,是提高粉煤灰活性的一种有效方法。许多水利工程的混凝土大坝浇注都用到磨细粉煤灰,目前正在建设的三峡大坝也用到磨细粉煤灰。六是粉煤灰经过磁化后,还可用于生产磁化复合肥,提高农业产量。
我国水电资源十分丰富,到1998年底;其开发程度以容量计仅为16.5%,与发达国家(50%以上)相比差距甚远,潜力很大。 为促进东西部地区经济和社会的协调发展,党中央国务院高瞻远瞩地提出了西部大开发战略。为了满足国民经济发展对电力增长的需要,实现能源资源和环境的可持续发展,加快开发西南和西北地区丰富的水能资源和煤炭资源丰富地区的坑口火电厂,将电力输往经济相对发达的东部沿海地区,实施电力发展的“西电东送”战略。开发西部水能资源,实施西电东送,不仅可以促进西部经济的发展,而且可以缓解东部地区的能源短缺问题和环保压力。
利用水力发电是最为经济环保的方式,使用水力发电不需要燃料,所以水电本身没有大气、水体等污染,再者水力资源可因不断降水而得到补给,因此不会枯竭,所以是一种清洁的可再生能源。
水力发电对环境的影响主要集中在周边生态环境方面。河流形态的多样性是生物群落多样性的基础,水电站的建设和运行对河流生态系统结构和功能会产生多种影响,这主要就是由于水电站建设在不同程度上造成河流形态的均一化和不连续化,导致河流生物群落多样性的下降。具体而言主要集中在以下6个方面,一是水坝阻隔的影响,水坝对河流的阻隔,使江河水的自然六台发生变化,打破了河流自然生态系统平衡。二是水库淹没的影响,水库蓄水对上游的淹没,导致土地、景观、动物栖息、物种多样性和移民等多方面的问题。三是水库调蓄的影响,水库调蓄对库区及其周边地区的地质构造,地下水位、气候等产生影响,可能会导致山体滑坡、地下水位抬升,引起土地盐碱化和沼泽化、水质富营养化等,甚至可能诱发地震。四是溃坝风险的影响,因洪水、地震、战争等可能导致溃坝,使下游地区的人民生命和财产安全遭受的风险增加。五是调水工程的影响,跨流域调水,对调出流域的下游供水量减少产生生态影响,如供水安全,河道断流、河口萎缩等;对调入流域的可能影响,主要有工程沿线的移民安置、水质污染、水生微生物传播等。六是灌溉的影响,主要是灌区的过量引水,导致河道断流,河流生态退化,地下水位下降,以及不当的灌溉方式带来的土壤次生盐渍化等。
但水电站环境影响评估评价结论表明,绝大多数水电站对生态环境的影响利大于弊,并不是所有水电站都会引起上述问题,一般情况下与工程规模和所在地区环境敏感性有关。对于绝大多数不利环境影响,可采取措施加以避免。实践表明,兴建水电站可能引起的环境影响,通过优化工程设计可减小到最低限度。在规划设计中无法避免的不利影响,可在开发和运行中,根据环境保护设计的要求采取适当的工程措施予以解决。因此,水电站在开发前需要花大量时间和财力开展勘测设计以及环境影响评价工作,选择合适的坝址和蓄水位,同时不断加强水库生态环境建设,一是合理开发利用库区资源,兴建水库淹没森林、村镇和良田沃土,取而代之的是水体。广阔的水面为水产养殖创造了条件,水体的气候效应改善了库区周围作物生长环境,还有前景十分广阔的旅游、娱乐功能。兴建水库是资源的转换,这种转换除了引起生态系统变化外,对库区传统的生产方式和产业结构带来了巨大而深远的影响。为了合理利用库区资源优势,必须摸清水库引起的资源结构和环境的变化,调查库区及库区周围的水资源、土地资源、森林资源、气候资源和旅游资源数量、分布和可开发利用情况,从可持续发展的战略出发,制定资源开发规划,尽量做到合理利用,适度开发。二是开发与保护并举,由于大多数大中型水库都是跨区跨县,各区县对水库资源认识和开发方式不一致,这就必须协调开发规划,统一资源保护政令,严禁乱采、滥捕。对此,大型水库应建立统一的管理机构,加强对库区的宏观管理,制定库区开发与环境保护条例,必要时,可建立保护区,树立可持续发展的观点,遵循在保护的前提下开发,在开发中保护的方针,使库区生活、生产、生态良性循环,促进经济的持续稳定发展。三是控制流域环境污染,必须站在流域的战略高度,把水库和流域作为一个整体来考虑。开展流域环境规划水土保持规划工作,要结合当地资源情况进行产业规划,对于新建项目必须开展环境影响评价,在建设中落实环保“三同时”(建设项目中环境保护设施必须与主体工程同步设计、同时施工、同时投产使用),对于已经存在的污染源,要根据国家的产业政策,结合技术改造,按照“谁污染,谁治理”的原则限期治理。
核能是一种新的能源,在发展中技术将会更趋完善。但前世界不少国家和地区,核电已经居电力生产的主要地位,法国电力的三分之二来自核电,比利时为57.8%。我国人均能源并不丰富,有计划地建设核电站是国民经济发展的需要,目前我国非常重视研究、开发与利用核能。目前,我国核电在整个电力供应中的比例还很小,在郭建积极发展核电的战略指导下,未来我国核电的发展潜力巨大。核电的规模化发展及优化布局,将对我国发电能源的供需格局产生重大影响,同时着眼长远,加快发展核电,是改善我国电源结构、减少温室气体排放的重大举措。
国际上对于核电的发展一直充满争议,不同国家对发展核电的态度截然不同。德国、瑞典等在逐步关闭核电厂,减少核电在整个发电能源中的比例;奥地利完全禁止在本国建设核电厂,意大利过去也如此,但近来有所松动,计划新建核电厂;美国国内存在着巨大的争议,并随时可能发生政策性改变。但是在发展中国家,尤其是印度和中国,核电作为环境友好型的发电能源,是解决高涨的能源与电力需求的最好方式。
核电站在正常运行时对人的辐射影响,主要是通过气态、液态和固体废渣形式将放射性核素排放到环境中。气态中的放射性核素主要有碘-131,铯-134、铯-137、钴-60、锶-90、铈-144、氮与氦的放射性同位素等。液态的放射性主要来自于冷却剂,其中主要存在各种惰性气体、碘和裂变产物等。固体废物主要是在废液和废气处理中间差生的一定量的浓集物,主要有蒸发废渣、过滤滤芯、过滤泥浆、废树脂等,需要进行进一步处理,才能做最终处置。
带有放射性核素的废气主要依靠选择吸附能力的吸附剂,将废气中的放射性核素滞留在衰减器内,目前常用的吸附剂为活性炭,废气还常有一种放射性微尘——气溶胶,其直径从零点几微米到几十微米不等,目前对放射性气溶胶多采用纤维材料或微孔材料制成的过滤器予以去除,去除效率能达到99.99%,处理效率和效果极高。
液态的带有放射性物质的冷却剂随反应堆的型式不同而不同,一般分为压水堆废液和沸水堆废液。压水堆冷却剂中的惰性气体、碘、裂变产物的浓度远高于沸水堆,有数量级的差别,活化产物也略高。放射性核素与普通含有毒性的物质不同,区别在于放射性核素不能用化学、物理或生物化学等方法来清除。在没有外在因素的作用下,不管其形态如何变化,仅能通过其本身固有的水边逐渐减弱放射性活度,目前主要是吧废液中的放射性核素富集后进行分类,根据具体情况,采取衰变储存、化学处理、蒸发浓缩、离子交换净化等方法进行处理,处理后的废液可用户重复利用。
带有放射性的固体废物,要先进行一些处理,才能做最终处置。首先是要尽可能减容,可燃性固体要通过焚烧或压缩打包使体积减小,然后把他们转换为适于储存或处置的稳定固化体,才能最终处置或埋藏。目前主要的固化方法有对中低放射性废物采用的水泥固化、沥青固化和塑料固化,对高放射性的废物采用的玻璃固化和人造岩固化。固化后,再采取最终处置方式,如埋入地下储存库或装入容器后抛入海洋做最终处置。
当前,世界各国大都采取浅部临时掩埋处理核废料的措施,但到现在为止,没有任何国家找到能够完全安全、永久性处理高放射性核废料的办法。
电磁辐射是指能量以电磁波形式有辐射源发射到空间的现象,或解释为能量以电磁波形式在空间传播。电磁辐射是由电磁发射引起的。电磁波的频谱如下表3:
表3:电磁波频段划分表
序号 |
频率 |
波长 |
频段名称 |
用途 |
1 |
300-30GHz |
1-10mm |
极高频 |
雷达、空间通信 |
2 |
30-3GHz |
10-100mm |
超高频 |
雷达、空间通信 |
3 |
3GHz-300MHz |
100mm-1m |
特高频 |
视距无限通信与广播 |
4 |
300-30MHz |
1-10m |
甚高频 |
视距无限通信与广播 |
5 |
30-3MHz |
10-100m |
高频短波 |
通信、广播 |
6 |
3MHz-300kHz |
100m-1km |
中频 |
无线通信与广播 |
7 |
300-30kHz |
1-10km |
低频 |
无线电导航 |
8 |
30-3kHz |
10-100km |
甚低频 |
无线电导航 |
9 |
3kHz-300Hz |
100-1000km |
极低频 |
海底通信 |
10 |
300-30Hz |
1000-10000km |
工频 |
输电 |
电磁辐射对人体健康方面的影响可分为躯体方面和种群方面,躯体方面主要是产生热效应,人体在接受电磁辐射后,体内的水分子会随电磁场的方向转换快速运动从而使机体升温。如果吸收的电磁辐射很多,靠体温的调节来不及把吸收的热量散发出去,则会引起提问升高,进而引发各种症状。种群方面产生的效应不是短时间内可以观察到的,也许会使人类变得更加聪明,也许相反使人类的发展受到影响。
在电力系统中,人体易受到的主要是工频电磁辐射,同时,随着电网容量的不断增大,输送的距离越来越远,输电线路的电压等级也在不断提高。高压输电线路产生的电磁辐射对通信线路、广播电视、人体生态是否存在影响,越来越受到人们的关注。高压输电线路的电磁效应主要是通过电场、磁场和电晕等3种形式来起作用的。当输电线路在运行时,输电导线上的电压会在周围空间产生电场,其强度比自然界和日常环境的大得多;当输电线路的导线中有电流通过时,就会在周围产生磁场。500 kV输电线路下的最大地面磁场强度为0.035mT,而日常生活中,彩色电视机或电炊具附近的磁场强度约为0.5~1.0mT前者比后者小1~2个数量级。所以,输电线路所产生的磁场是比较弱的;当输电线路导线表面的电场强度超过空气击穿强度时,在导线表面就会产生电晕放电现象。电晕放电可能产生低频段的高频电磁波,他最重要的效应是产生无线电杂音。
根据目前所掌握的资料,高压输电线路的电磁辐射影响主要有以下几个方面,一是对人体的生态影响,国外的研究资料表明,输电线路的电磁场对人体的生态影响主要分为2类,一类是当人在电磁场中短期停留时可能受到的影响,即短期影响;另一类是人在电磁场中长期工作或生活时可能受到的影响,即长期影响。短期影响表现为2种形式:毛发颤动和电击。在超高压输电线路下,由于人体的外形尺寸有限,产生的感应电压较低,接地时的电击通常是十分微弱的,小于人的感觉水平。但是,在距500kV输电线路中心35m的范围内,人若接触对地绝缘的小汽车就会产生有刺痛感的电击,接触大型车辆或其他大型绝缘体则会达到引起惊跳的电击水平。如果在发生暂态电击后,人体与感应带电导体继续牢固接触,就会由于在人体中持续流过短路电流而造成电击,即稳态电击。根据实测资料,500kV输电线路下的大型卡车的短路电流为2.2 mA,小于可能导致人体伤害和危险的摆脱电流(6~9 mA)。超高压输电线路对人体的长期生态影响,目前国内外所进行的研究还主要局限于动物实验和对受辐射人员的调查研究。我国有关研究部门的实验表明,电场不会对动物的正常生长产生有害的影响。美国等国家的研究认为不会对人体产生有害影响。二是对通信线路的干扰影响,输电线路对通信线路的影响包括静电感应和电磁感应。由于静电耦合作用,输电线路的电场会在邻近的通信线路上产生感应电压,即静电感应。同样,输电线路的磁场也会在邻近的通信线路上产生感应电压。因为通信线路音频通道的工作频率一般为300~3400Hz,而输电线路中的许多谐波正好落在这个频率范围内,所以一般规定系统中的谐波等效干扰电压值应低于系统额定电压值的1%才能符合要求。实测和计算结果表明:在距输电线路50米以内,电场的影响较大,是干扰通信的主要因素;而在距离100 m以外,静电影响可以忽略不计。磁场的影响很小,相比之下可以忽略不计。三是对无线电、电视的干扰影响,输电线路产生的工频交变电磁场随距离而衰减是很快的,他的波长与电视、微波相比要大得多。我国的中波调幅广播频率范围为0.5~1.6MHz,电视广播频率范围为48.5~92 MHz,而输电线路产生的无线电杂音频率范围为0.1~100MHz,所以他主要影响的是中波无线电广播和电视的2~6频道。实测结果表明:在距离输电线路200m的地方,其干扰场强就小得可以忽略不计了。
为了防治输电线路电磁辐射对环境和人员的危害,除了在选址时应加以考虑之外,还可以从线路结构和人员保护两个方面采取措施:在线路设计中采取提高导线对地高度、双回路导线逆相布置以及高、低压导线分层架设等措施,都会获得降低地面场强的效果;在运行中对工作人员采取局部屏蔽和限制工作时间等保护措施,也能起到减少电磁辐射影响的作用。我国已经颁布的《电磁辐射防护规定》(GB8702-88)、《环境电磁波卫生标准》(GB9175-88)等标准,主要是针对广播电视、微波通信、雷达探测以及各类无线发射台站产生的电磁辐射制定的,适用范围为100kHz~300 GHz。对于工频为50 Hz的电磁辐射的安全标准,国家环保局HJ/T24-1998《500kV超高压送变电工程电磁辐射环境影响评价技术规范》推荐以4kV/m作为居民区工频电场评价标准,以国际辐射保护协会关于对公众全天辐射时的工频限值0.1mT作为磁感应强度的评价标准。我国在《110~500 kV架空送电线路设计技术规程》中提出“500kV送电线路邻近民房时,房屋所在位置离地1 m处最大未畸变电场不得超过4 kV/m”,作为送电线路设计的暂行控制标准。两者是吻合的。
构成电厂环境噪声显著的声源有以下几类:
1.机械动力声:以设备运转、振动、摩擦、碰撞而产生的中、低频噪声。
2.气体动力声:以各类风机、风管道、蒸汽管道中高压气流运动、扩容、切流、排汽、漏气等而产生的低、中、高频的各类频谱混合而成的噪声。其中各种排汽为超高频噪声,对环境干扰最为显著。
3.燃烧噪声:锅炉内燃烧、汽化、烟气运动、对流过程中产生的低、中频噪声。
4.电磁声:电动机、励磁机、变压器和其他电器设备在磁场交变过程中产生的低、中频噪声。
5.交通噪声:厂区内运输设备产生的噪声,其中喇叭、汽笛声属高频噪声。
6.其他噪声:水动力声(如冷却塔落水声)、广播、人类活动所产生的噪声。
以上6类噪声中,前4类噪声源绝大部分位于车间建筑物内,声源从车间内设备发出噪声通过门、窗、墙洞向外传播,其中主厂房内集中了大部分高强声源设备,成为电厂的主要车间噪声源,是形成电厂环境噪声的最主要部分。
同时对于处于市区繁华地段的高压变电站等,其产生的噪声主要集中在主变压器散热风扇的电机旋转噪音,以及高压部分产生的中低频电晕噪音。变电站相对于电厂而言产生的噪音极小,同时在建造初期设备选型时就已严格按照国家标准进行严格选择,但对于深入市区供电的变电站,可能处于居民区附近,在夜深人静时哪怕是只有极小的噪音,也对周围的居民造成一定的影响。
电厂噪声污染的治理可通过控制设备噪声源(选用低噪声设备或加装消音器等)、合理布局(如将噪声源较集中的主厂房布置在厂区中部)、加强绿化等措施。同时,对于市区变电站,可以采取加装隔音墙的措施,阻挡噪音外扩。
《中华人民共和国国民经济和社会发展第十一个五年规划纲要》提出了“十一五”期间全国单位GDP能源消耗降低20%左右、主要污染物排放总量减少10%的约束性指标;新修订的《中华人民共和国节约能源法》将节约资源确立为我国的基本国策。这是我国全面贯彻落实科学发展观,加快建设资源节约型、环境友好型社会,实现全面建设小康社会目标和实施可持续发展战略的重大决策,表明我国环境保护和节能减排工作迈入新的历史时期。要在新时期加大电力事业的发展,为国家和社会经济发展再立新功,需要我们加快实施电力工业的可持续发展,实施严格的污染物排放管理制度,同时加大对“绿色电力”的研究、发展和应用。
国内外的经验表明,燃煤电厂排放的二氧化硫等大气污染物总量大,必须自身采取削减措施。早期工业化国家在经历了严重的空气污染和酸雨危害后,采取了严格的控制措施,大幅度削减火电大气污染物排放。日本和德国均制定了严格的排放控制措施,几乎所有的火电厂都安装了高效烟气脱硫、除尘、脱硝设备,大幅度削减了二氧化硫、烟尘、氮氧化物的排放量。在德国、奥地利等国的推动下欧盟也制订了严格的排放控制措施,大幅度削减火电厂的大气污染物排放。美国规定新建火电厂必须安装脱硫装置,并实施了酸雨计划,削减火电厂的二氧化硫排放量。随着我国国力增强和人民对改善环境质量要求的提高,新建、改扩建燃煤电厂采用高效脱硫、除尘、脱硝措施,现有电厂逐步改造减排大气污染物排放量是实现电力工业可持续发展的必然之路。
目前,我国30万千瓦及以上机组占火电装机容量的比重仅38%,常规小火电机组比例仍然过大,供电煤耗比发达国家高60克左右。部分小火电机组由于电力供需矛盾、地方利益保护等原因没有关停。要从源头控制污染物排放量,必须尽快关停淘汰落后小机组,加强超超临界机组、增压流化床联合循环(PFBC)、整体煤气化联合循环(IGCC)等洁净煤发电技术和设备的研究开发和引进,尽快形成生产力,促进洁净煤技术的应用。因地制宜发展风力、太阳能、生物质能等新能源和可再生能源发电。
所谓“绿色电力”,指的是通过太阳能、风能、水能、生物能、地热能等可再生能源发电。能源基金会中国首席代表杨富强博士指出,中国环境污染是典型的能源消费型污染,能源“绿色”了,环境改善的作用就非常大。
国家发改委能源研究所可再生能源中心主任李京京说,中国几乎所有的地方都可以找到合适的“绿色电力”资源。虽然太阳能、风能等资源是免费的、可再生的,但是利用这些资源的技术当前尚不够成熟,需要较大的研发和推广投入,很多技术还带有“实验性”。关键是让用户在消费理念上接受“环保电”的新概念。
此外,还要改变现有电力环保体制,实现电力部门和环保部门的对接。据了解,目前我国电力环保仍是“两张皮”,电力企业和环保部门各管各的,环保法规的实施与电力市场的改革计划严重脱节。电力领域的管理者往往为过严的环境标准伤脑筋,而环保部门总是把工作的重点局限在如何执行环境标准的问题上,没有积极谋求与电力部门的合作。
环保专家指出,一旦电力领域的经济管理者能够与环保部门通力合作,电力体制的改革者能在进行电力市场的改革过程中更好地遵守环保法规,而环保部门又能为新电厂的开发商提供建设性的指导,使开发商在电厂的建设过程中更好地遵守环保法规,则电力建设和环境保护必能实现协调发展。
我国的电力工业发展迅速,功绩斐然,但仍需快速发展。随着电力工业的加速发展,对我国的电力环保提出了严峻的挑战。虽然我国电力工业采取了一些列的措施,国家也实施了政策性的指导,但是我国电力工业在电力建设与生产过程中仍然面临很多的环境问题,同时作为新兴的风能、太阳能等绿色电力装机和技术水平大发展仍有待时日,因此电力部门必须要不断的努力,在不断改进生产技术,减小对环境污染的同时更好地发挥电力在可持续发展中的作用,为中国经济的腾飞作出应有的贡献。