2.5.2. Ефективність використання вторинних енергетичних ресурсів

Паливні ВЕР необхідно використовувати як паливо повністю (100 %). Об'єм використання вторинних енергетичних ресурсів, що утилізуються з перетворенням енергоносія, визначається можливим виробленням електроенергії в УУ.

Можливу кількість утилізованої теплоти для виробництва водяної пари або гарячої води в УУ за рахунок теплових ВЕР визначають за формулою

Qt = G( - ) (1- ),

а для виробництва холоду так:

Qх = Qt ,

де G - витрата енергоносія ВЕР в УУ; і - ентальпія енергоносія відповідно на вході і виході з УУ; - коефіцієнт, що враховує невідповідність режиму і кількості годин роботи УУ та агрегату - джерела ВЕР; - коефіцієнт втрат теплоти УУ в зовнішнє середовище; - холодильний коефіцієнт.

Можливу кількість електроенергії в утилізаційній турбіні за рахунок ВЕР у вигляді надлишкового тиску визначають за формулою

де G - витрата енергоносія (рідини або газу, які мають надлишковий тиск); - кількість годин роботи агрегату - джерела ВЕР в розглядуваний період; - робота ізоентропійного розширення енергоносія; - внутріш­ній відносний ККД турбіни; - механічний ККД турбіни; - ККД еле­ктрогенератора.

Економічна ефективність використання ВЕР визначається значенням зведених витрат на систему енергопостачання, енергетичну установку або агрегат:

В = С + Е_НК,

де В - зведені витрати, грн/рік; С - річні експлуатаційні витрати (собівар­тість), грн/рік; Е_Н - нормативний коефіцієнт ефективності капіталовкладень, який для енергетичної галузі дорівнює 0,12 рік^-1; К - капіталовкладення, грн. Економічно найефективнішим є варіант, який характеризується міні­мумом зведених витрат B_min. Зведені витрати для варіантів енергопоста­чання з утилізацією ВЕР можна визначити за співвідношенням

Вуг = Сут + ЕнКут,

а для енергопостачання без утилізації ВЕР за рівнянням

Вб.ут = Сб.ут + ЕнКб.ут.

Економічний ефект від використання ВЕР визначається різницею в річних зведених витратах за порівнюваними варіантами:

В = B_{б.yт min} -В _{yт тіп} = Сб.ут - Сут – Ен(К _б.yт - К_yт).

Використання ВЕР економічно доцільне для позитивного значення різниці ( В > 0).

Контрольні питання

1. Загальна характеристика природних ресурсів.

2. Викопне органічне паливо та його види.

3. Характеристика енергоресурсів світу та України.

4. Загальний склад органічного палива.

5. Характеристика палива, що видобувають в Україні.

6. Загальні характеристики органічного палива.

7. Відновні джерела енергії та їх типи.

8. Класифікація вторинних енергетичних ресурсів.

9.Характеристика основних видів ВЕР.

10. Напрями використання ВЕР.

11. Енергетична та економічна ефективність використання ВЕР.

Лекція з

ЕКОЛОГІЧНІ АСПЕКТИ ВИКОРИСТАННЯ ОРГАНІЧНОГО ПАЛИВА В ЕНЕРГЕТИЦІ

Отрута, що не діє відразу,

не стає менш небезпечною.

М. Лессінг

3.1. Особливості використання органічного палива

У всьому світі понад 80 % теплової та електричної енергії одержують, спалюючи викопне органічне паливо і перетворюючи його хімічну енер­гію на електричну і теплову. Близько 80 % усіх видів забруднень біосфе­ри зумовлено саме енергетичними процесами.

Через інтенсивне використання невідновлюваних паливно-енергетич­них ресурсів планети у XX ст. їх запаси значно зменшилися- У структурі викопного органічного палива питома вага нафти становить майже 45 %, природного газу - 18 %, вугілля - 37 %. Загальне уявлення про світове використання енергоресурсів за останні 100 років дають дані табл. 3.1.

Таблиця 3.1. Сумарне світове енергоспоживання

Показник	1900	1950	1975	1990	2000
Сумарне енергоспоживання, млрд т у. п.	0,95	2,86	8,6	17,0	30,0
Населення, млрд осіб	1,62	2,5	3,8	4,6	6,0
Питомі енерговитрати (т у. п. на 1 особу на рік)	0,59	1,16	2,32	3,7	5,0

Нафта, природний газ і вугілля спалюють у таких кількостях, що про­дукти їх згорання (шкідливі й токсичні газові викиди та аерозолі) зміню­ють склад атмосфери, забруднюють гідросферу та літосферу- В атмосфе­ру щорічно викидаються десятки мільярдів тонн газоподібних і паротвірних сполук, твердих частинок, склад яких визначається видом і умовами спалювання органічного палива. Це прямо стосується й енергетики Укра­їни. Достатньо для цього проаналізувати загальні дані споживання основ­них видів органічного палива всім ПЕК України (табл. 3.2).

Таблиця 3.2. Споживання органічного палива в Україні станом на 1995 р.

Вид палива	Паливно-енергетичний комплекс	Мала енергетика	Разом
Природний газ, млрд м3 (млн. т у. п.)	124 (142)	74 (85)	198 (227)
Нафта і нафтопродукти, млн т (млн т у. п.)	41 (56)	25 (34)	66 (90)
Вугілля, млн т (млн т у. п.)	128 (90)	77 (34)	206 (124)
Усього, млн т у. п.	286	174	460

Розрізняють повне та неповне згорання палива. У процесі повного згорання вся хімічна енергія палива переходить в теплову, немає хімічної (q₃ = 0) та механічної (q₄ = 0) неповноти згорання і в продуктах згорання, крім азоту та надлишкового кисню, знаходяться тільки оксиди горючих елементів вищих порядків (СО₂, Н₂О, SO₂). Такий склад продуктів зго­рання називають теоретичним.

У процесі неповного згорання (q₃ > 0 та q₄ > 0) до теоретичного скла­ду додаються продукти неповного згорання у вигляді: CO, H₂, СH₄ (якщо згорає природний газ); С та С_xH_y , а також CO (якщо згорає тверде та рідке паливо).

Залежно від співвідношення між кількістю палива та окисника (за­звичай - чисте повітря або повітря, забаластоване продуктами згорання) розрізняють стехіометричне та нестехіометричне горіння.

Стехіометричне горіння визначається подачею в зону горіння теоре­тично потрібної кількості окисника, що називають стехіометричним кое­фіцієнтом, і при цьому коефіцієнт надлишку повітря буде дорівнювати одиниці ( = 1,0).

Нестехіометричне горіння може бути, якщо > 1,0 та < 1,0.

Якщо > 1,0, то в продуктах згорання є надлишковий кисень та ок­сиди горючих елементів.

Якщо < 1,0, то в продуктах згорання фіксують нестачу кисню і, крім оксидів вищих порядків, у продуктах згорання будуть продукти не­повного згорання (здебільшого у вигляді CO, Н₂, С_xH_y ), які утворюють так зване відновлюване середовище.

Основне джерело забруднення середовища в теплоенергетиці - газо­подібні продукти згорання органічного палива, що викидаються через димову трубу.

Основа горіння - реакції окиснення горючих складових палива, у ре­зультаті яких вихідні речовини (паливо й окиснювач) перетворюються на компоненти (продукти згорання) з іншими фізичними і хімічними влас­тивостями. Характерною ознакою горіння є процес, що швидко відбувається, супроводжується інтенсивним виділенням теплоти, різким підви­щенням температури й утворенням розжарених продуктів згорання з різ­ним ступенем світності.

Процес горіння газоподібного палива умовно можна розділити на дві стадії: перша - утворення горючої суміші (суміші палива і повітря); друга -нагрівання, запалення і горіння горючої суміші. Складніший процес го­ріння рідкого палива. Початковою стадією є нагрівання, розпилювання і випаровування пального. Краплини та пара пального змішуються з повіт­рям, і горюча суміш випаровується, запалюється і згорає.

У процесі горіння твердого палива в топках енергетичних котлів по­чатковою стадією є подрібнення палива та транспорт аеросуміші до паль­ників факельних топок.

Потрапляючи в топку, частинки твердого палива підсушуються, піді­гріваються. Далі при відповідній температурі леткі виходять, спалахують і вигорають, після чого вигорає коксовий залишок.

Залежно від агрегатного стану палива та окиснювача розрізняють го­могенне і гетерогенне горіння. Якщо агрегатний стан палива й окиснюва­ча однаковий і між ними немає поверхні поділу фаз, то вони утворять го­могенну систему. Якщо ж агрегатний стан палива й окиснювача різний, то вони утворять гетерогенну систему.

Якщо швидкість перебігу хімічної реакції між паливом і окиснювачем значно нижча за швидкість утворення горючої суміші, то підсумкова швидкість процесу горіння лімітується лише швидкістю хімічної реакції, тобто процесами хімічної кінетики. Таке горіння називають кінетичним. Якщо ж швидкість підведення окиснювача до палива менша за швидкість хімічної реакції окиснювання, то сумарна швидкість горіння не залежить від швидкості реакції і лімітується лише швидкістю процесу сумішоутво­рення або процесом дифузії кисню до палива. Таке горіння називають дифузійним.