Министерство образования республики беларусь

УЧРЕЖДЕНИЕ ОБРАЗОВАНИЯ

«МИНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ВЫСШИЙ

РАДИОТЕХНИЧЕСКИЙ КОЛЛЕДЖ»

Основы энергосбережения конспект лекций

для учащихся специальностей: 2-40 02 02 «Электронные вычислительные средства», 2-39 02 02 «Проектирование и производство РЭС», 2-41 01 31 «Микроэлектроника», 2-39 02 31 «Техническая эксплуатация РЭС»

МИНСК 2009

УДК 389(075.8)

ББК 30.10я7

0-75

Рекомендовано к изданию кафедрой общетехнических дисциплин и Научно-методическим

советом Учреждения образования «Минский государственный высший радиотехнический колледж»

С о с т а в и т е л и

Дерюшев Андрей Анатольевич, канд. тех. наук, доцент;

Свито Игорь Леонтьевич, канд. тех. наук, доцент

Р е ц е н з е н т

заведующая кафедрой ОТД, канд. техн. наук, доцент Кудрицкая Елена Аркадьевна

Основы энергосбережения: Конспект лекций для учащихся специальностей: 2-40 02 02 «Электронные вычислительные средства», 2-39 02 02 «Проектирование и производство РЭС», 2-41 01 31 «Микроэлектроника», 2-39 02 31 «Техническая эксплуатация РЭС»: Сост. А.А. Дерюшев, И.Л. Свито. – Мн.: МГВРК, 2009. – 89 с.

ISBN

В конспекте лекций рассматривается роль энергетики и энергосбережения в развитии общества, значение экономии топливно-энергетических ресурсов для повышения эффективности общественного производства.

Введение

Предмет, его задачи и содержание. Энергетика, энергосбережение и энергетические ресурсы (основные понятия). Роль энергетики в развитии человеческого общества и уровня его цивилизации.

Эффективность использования и потребления энергии в различных странах и Республике Беларусь. Сравнительные характеристики энергоемкости валового национального продукта по отраслям в мире и РБ. Энергосбережение – самый дешевый источник энергии.

За последние 80 лет прошлого столетия мировое энергопотребление увеличилось более чем в 10 раз. За этот период человечество освоило более чем 200 млрд. тон условного топлива первичных энергоресурсов. Такому быстрому росту мирового энергопотребления в значительной мере способствовали низкие цены на топливном рынке до 70-х годов минувшего века, а также наличие большого числа крупных и высокоэффективных месторождений нефти и природного газа. На дешевые энергоресурсы была ориентирована вся система технологий и социально-экономическое развитие. Низкие цены на нефть в большой степени определяли уровень цен на другие энергоресурсы, которые зачастую вовсе вытеснялись из энергобаланса.

Современное развитие экономики Республики Беларусь происходит в условиях постоянного повышения цен на энергоресурсы с перспективой достижения уровня постоянно растущих мировых цен. В этих условиях особую значимость приобретает рациональное использование ресурсов во всех отраслях экономики нашей республики, что, очевидно, невозможно без соответствующих знаний.

Предмет «Основы энергосбережения» ставит целью изучение принципов энерго- и ресурсосбережения в развитых странах мира и РБ, оценку существующих проблем энергосбережения и способов их решения.

Для достижения указанной цели в процессе изучения предмета решается ряд задач:

– дать основные знания по источникам энергии, техническим и экономическим вопросам производства, распределения и потребления энергии;

– осветить взаимосвязь экологии и энергосбережения;

– ознакомить с мировыми и республиканскими программами по эффективному использованию энергоресурсов.

Каждый помнит из курса физики, что существует очень много видов энергии: механическая, кинетическая, потенциальная, электромагнитная, ядерная, световая, тепловая и т.д.

Механическая энергия характеризует движение и взаимодействие тел, является функцией скоростей и взаимного расположения тел.

Кинетическая энергия (энергия, проявляющаяся в движении) определяется массами и скоростями рассматриваемых тел или частиц.

Потенциальная энергия (энергия положения, покоя) зависит от взаимного расположения (конфигурации) взаимодействующих друг с другом тел или частиц. Потенциальной энергией обладает любое тело на Земле.

Ядерная (атомная) энергия – внутренняя энергия атомного ядра, выделяющаяся в процессе превращения атомных ядер одних химических элементов в ядра атомов других химических элементов. Открытие энергии, выделяемой при ядерной реакции, произвело революцию в мире энергетики.

Световая энергия – это видимая человеческим глазом часть спектра электромагнитного излучения, делающая окружающий мир видимым.

Тепловая энергия – это количество теплоты, которое выделяется (поглощается) в результате химической реакции. Она определяется температурой вещества, зависящей от скорости движения его частиц, и измеряется в джоулях (Дж). Для измерения количества теплоты используют калории (кал), где 1 кал = 4,18 Дж.

В быту электроэнергия (используемая энергия = мощность∙время) измеряется в киловатт-часах (кВт∙ч), где 1 кВт∙ч = 3,6 МДж.

Энергосбережение – организационная, научная, практическая, информационная деятельность государственных органов, юридических и физических лиц, направленная на снижение расхода (потерь) топливно-энергетических ресурсов в процессе их добычи, переработки, транспортировки, хранения, производства, использования и утилизации.

Другое значение этого понятия: энергосбережение – это система мер, направленная на уменьшение потребления энергии путем внедрения новых энергосберегающих технологий и рационального использования энергоресурсов.

Энергетика – область народного хозяйства, охватывающая энергетические ресурсы, выработку, преобразование, передачу и использование различных видов энергии.

Топливно-энергетические ресурсы (ТЭР) – это совокупность всех природных и преобразованных видов топлива и энергии, используемых в республике.

Бурно развивающиеся экономики стран планеты Земля в ХХ веке требовали все больше затрат топливно-энергетических ресурсов, однако до определенного момента этот факт не привлекал должного внимания правительств и топливных корпораций.

Значительные изменения на топливном рынке произошли в результате энергетического кризиса 1973-1974 гг., когда цена нефти на мировом рынке увеличилась в 5 раз. Большинство индустриально развитых стран оказались неподготовленными (в техническом и психологическом отношении) к резким изменениям в мировой экономике.

Кризис стимулировал проведение серьезных и всесторонних исследований долгосрочных перспектив развития мировой экономики и энергетики.

Существенным вкладом в разработку проблемы явились работы комиссии по экономии энергии (МИРЭК). Эти работы представляют прогноз развития мировой энергетики до 2020 г.

Исследования МИРЭК показали следующее:

– рост населения планеты и связанный с ним уровень энергопотребления имеют тенденцию к замедлению, т.е. постепенно выходят на некоторый постоянный уровень;

– на самом деле общие запасы энергоресурсов оказываются значительно большими, чем предполагалось ранее;

– выявилось, что система мирового хозяйства в целом может в значительной степени адаптироваться к меняющимся условиям. И тем самым, хотя и ценою определенных затрат, предотвратить наступление кризиса в энергетике, сырьевых ресурсах, пище, воде, окружающей среде и т.д.

При этом не надо забывать о научно-техническом прогрессе, который обусловливает более полное и экономичное пользование ресурсами. Следовательно, отдаляются сроки более или менее полного исчерпания невозобновляемых ресурсов и остается больше времени для разработки заменителей тех из них, которым угрожает истощение уже в ближайшем будущем. Это ведет к новым условиям экономического развития и позволяет избежать кризиса.

Однако энергетическая проблема остается актуальной и в настоящее время практически для всех стран Европы, поскольку степень обеспеченности собственными ресурсами составляет в отдельных странах Европы 40-50 %.

Остро она ощутима и в Республике Беларусь, способной обеспечить себя примерно на 16 % собственными топливными ресурсами, остальное количество их приходится завозить из-за рубежа и платить большие деньги. Удельный вес ввоза топливно-энергетических сырьевых и материально-технических ресурсов в валовом внутреннем продукте составляет более 43 %. Республика импортирует (в основном из России) весь потребляемый каменный уголь, более 90 % нефти, 100 % природного и четверть сжиженного газа.

Если сравнивать энергоемкость продукции наших предприятий, то она значительно выше, чем в индустриально развитых странах. На каждый доллар США произведенной в республике продукции расходуется 1,4 кг условного топлива, тогда как в станах ЕС – 0,81 кг. Правда, следует учитывать, что климат в нашей стране более холодный, что обусловливает и больший расход ТЭР на обогрев производственных зданий и жилищно-бытового сектора.

Отечественная промышленность по удельным расходам топлива и электроэнергии пока весьма далека от европейских стандартов. Не лучшее положение с энергоемкостью и в агропромышленном комплексе. Энергоемкость нашей сельхозпродукции в 3-5 раз выше, чем в развитых странах.

Нельзя сбрасывать со счетов и технологическое отставание нашего производства от производства Запада. До самого недавнего времени приоритет отдавался дальнейшему наращиванию мощностей, хотя для того, чтобы сэкономить какое-то количество энергоресурсов, требуется затратить в 2-3 раза меньше средств на действующих мощностях путём их модернизации (реконструкции) по сравнению с созданием новых.

В результате осуществляемых с 1993 года мер по энергосбережению, начиная с 1995 года, в Республике Беларусь обеспечено повышение валового внутреннего продукта (ВВП) на 36 % практически без прироста ТЭР. Энергоемкость ВВП за этот период снизилась на 28 %. Энергоемкость ВВП в нашей стране меньше на 17 %, чем на Украине, и на 42 % меньше, чем в России, но в два с лишним раза больше, чем в Германии, и на 24 % больше, чем в США. Это означает, что потенциал экономии ТЭР в Беларуси огромен и составляет от 8 до 10 млн. т топлива в условном исчислении или более чем 1/5 часть их общего потребления в год, а вообще он составляет примерно 40-45 % от сегодняшнего потребления.

Из сравнения энергоемкости обобщающего показателя валового национального продукта (ВНП) некоторых стран видно, что наша республика входит в пятерку бывших союзных республик, имеющих наибольшую энергоемкость ВВП. По сравнению с Японией, имеющей самую низкую энергоемкость ВВП, в нашей стране этот показатель в 11,3 раза выше, чем в Японии, но в 1,3 раза ниже, чем на Украине, и в 1,2 раза ниже, чем в России.

Оплата в год за энергоносители нашей страной достигает 1,8 млрд. долларов, а на закупку хлеба для всего населения при условии, если бы у нас его не выращивали вовсе, понадобилось бы 700 млн. долларов.

Специалисты подсчитали, что при разумной организации энергопотребления страной энергоносителей, ввозимых извне, можно снизить расходы на закупку их на 40 % и сэкономить 700-800 тыс. долларов.

Поэтому энергосбережение является приоритетом государственной политики, важным направлением в деятельности всех без исключения субъектов хозяйствования и самым дешевым, но не бесплатным, источником энергии! По мнению специалистов, только в сельском хозяйстве возможно сэкономить до 50 % от затрачиваемой энергии, а в некоторых производствах строительной индустрии – и того больше. При этом во многих случаях мероприятия по внедрению энергосберегающих технологий не требует больших финансовых затрат, так как расходы на производство 1 т у. т. первичной энергии в 3-4 раза больше, чем на ее сбережение. От реализации энергосберегающих технологий в процессе производства напрямую зависит себестоимость продукции, а значит, и цена ее.

Существуют три основных направления энергосбережения:

1. Малозатратные мероприятия по рационализации использования топлива и энергии, позволяющие сократить их потребность на 10-12 %.

2. Внедрение капиталоемких мероприятий: энергосберегающих технологий, процессов, аппаратов, оборудования, счетчиков. Это способствует снижению потребности в энергии на 25-30 %.

3. Структурная перестройка экономики, связанная с увеличением доли неэнергоемких отраслей в производстве ВВП.

Выполненные в ИНЭИ РАН исследования позволили установить следующие новые важнейшие тенденции в развитии мировой энергетики, способные сильно повлиять на ее будущее:

– прекращение с начала 80-ых годов роста душевого энергопотребления в промышленно-развитых странах и в мире в целом при полуторакратном росте мировой экономики;

– бурный рост, наряду с большими системами энергетики, так называемой индивидуальной энергетики, обеспечивающей на новейшей технологической основе энергетические потребности человека (семьи) в быту и малом бизнесе с вытеснением архаичных индивидуальных энергоустановок при все большей автономности от систем централизованного энергоснабжения;

– коренное изменение географии мирового энергопотребления, с утратой развитыми странами первенства в суммарном потреблении энергии и его перехода в ближайшее время к развивающимся странам.

Новые тенденции развития мировой энергетики повышают вероятность реализации концепции устойчивого развития человечества, поскольку ведут к замедлению роста энергопотребления и, следовательно, нагрузки на окружающую среду без снижения темпов развития экономики. Одновременно уменьшаются техногенные риски благодаря индивидуализации энергоснабжения и более тщательной подготовке массового освоения новых технологий, особенно в атомной энергетике. Мировая энергетика создавалась и продолжает развиваться в тесной привязке к конкретным территориям и населяющим их народам. Несмотря на быструю глобализацию энергетических технологий и систем, размеры энергопотребления и производственная база энергетики все еще определяются преимущественно местными факторами. Процессы глобализации, вероятно, со временем нивелируют многие региональные различия в энергетике, но навряд ли это произойдет в начавшемся ХХI веке. А пока душевое энергопотребление различается по странам в 25-30 раз и обеспеченность энергоресурсами - в сотни раз. Стремление преодолеть эти различия - одна из главных движущих пружин мировых процессов и вместе с тем основное препятствие на пути реализации концепции устойчивого развития.

Интеграционным процессам в мире может способствовать научное обоснование регионализации мировой энергетики. В этой связи исследованиями ИНЭИ РАН выделены максимально большие регионы мира, имеющие достаточно длительную историческую общность социально-экономического развития, взаимодополняющую энергетическую базу по природным энергоресурсам и действующим производственным мощностям, а также соглашения о более или менее тесном экономическом или энергетическом сотрудничестве. Анализ возможных способов взаимодействия в области энергетики стран региона показал наличие хороших объективных условий для формирования общего Евразийского энергетического пространства, охватывающего страны СНГ, Китай, Монголию и, возможно, обе Кореи. На этом пространстве имеются все предпосылки для создания Единой системы газоснабжения, крупномасштабной торговли сырой нефтью и особенно нефтепродуктами, постепенной интеграции электроэнергетических систем, широкого сотрудничества в области атомной энергетики. Важными каналами взаимодействия могут стать также совместное производство горнодобывающего и энергетического оборудования, подготовка кадров, научно-исследовательские и проектные работы, развитие транспортной инфраструктуры и транзитов топлива по железным дорогам, через морские терминалы и т.п.

Со временем могут сложиться условия для вхождения в Евразийское энергетическое пространство также стран Индостана - благодаря сооружению туда газопроводов из Средней Азии, сотрудничеству в области атомной энергетики и др.