КУРС ЛЕКЦИЙ 2

"ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЕ В ТЕПЛОЭНЕРГЕТИКЕ И ТЕХНОЛОГИЯХ" 2

Литература 2

Лекция №1 3

Энергоресурсы. Актуальность энергосбережения в России и мире. 3

Лекция №2 12

Основы государственной политики в области энергосбережения. 12

Лекция 3. 39

Энергетические характеристики объектов теплоэнергетики и промышленных предприятий. 39

Лекция 4. 51

Энергоаудит. 51

Лекция 5. 109

Углубленные энергетические обследования. 109

Лекция 6. 133

Рационализация энергоиспользования на ТЭС. 133

Лекция 7. 147

Энергосбережение в электрических сетях и в системах аккумуляции электроэнергии. 147

Лекция 8. 151

Энергосбережение при производстве и распределении тепловой энергии. 151

Лекция 9. 158

Энергосбережение на промышленных предприятиях различного профиля. 158

Лекция 10. 166

Энергосбережение на объектах аграрно-промышленного комплекса. 166

Лекция 11. 166

Энергосбережение в системе жилищно-коммунального хозяйства. 166

Теплоносители и их характеристика. 169

Курс лекций "энергосбережение в теплоэнергетике и технологиях" Литература

Основная

1. Промышленная теплоэнергетика и тепломеханика. Т.4. Под общ. ред. Григорьева В.А. и Зорина В.М. – М.: Энергоатомиздат, 1991. – 552 с.

2. Аракелов В.Е., Кремер А.И. Методические вопросы экономии энергоресурсов. – М.: Энергоатомиздат, 1990. – 192 с.

3. Теплотехническое оборудование и теплоснабжение промышленных предприятий. Учебник для вузов. Под общ. ред. Голубева Б.Н. – М.: Энергия, 1979. – 424 с.

4. Соколов В.Я., Бродянский В.М. Энергетические основы трансформации тепла и процессов охлаждения. – М.: Энергоатомиздат, 1981. – 335 с.

5. Вторичные теплоэнергоресурсы и охрана окружающей среды. Под общ. ред. Харитонова В.В. – Мн.: Высш. шк., 1988. – 172 с.

6. Таги-заде Ф.Г. Энергоснабжение городов. Учебник для вузов. – М.: Стройиздат, 1980. – 277 с.

7. Скубиенко С.В. Энергоиспользование в энергетике и технологии. Учебное пособие. – Новочеркасск: ЮРГТУ, 2001. – 98 с.

8. Лебедев П.Д. Теплообменные, сушильные и холодильные установки. Учебник для студентов технических вузов.– М.: Энергия, 1972 г. – 320 с.

9. Мартыновский В.С. Циклы, схемы и характеристики термотрансформаторов. – М.: Энергия, 1979 – 285 с.

10. Рыжкин. Тепловые электрические станции. – М.: Энергоатомиздат, 1987. – 328 с.

Дополнительная

11. Справочник энергетика промышленных предприятий. Т. 3. Под общ. ред. Юренева В.И.– М.: Энергия, 1985. – 512 с.

12. Установки разделения воздуха и оборудование для хранения, транспортировки и газификации низкотемпературных жидкостей. Каталог–справочник ЦИНТИХимнефтемаш. – М.: 1978. – 115 с.

13. Абрамов Н.Н. Водоснабжение. Учебник для вузов. – М.: Стройиздат, 1982. – 440 с.

14. Теплотехника. Учебник для вузов. Под ред. Баскакова А.П. – М.:Энергоатомиздат, 1983. – 176 с.

15. Кирилин В.А., Сычев В.В., Шейндлин А.Е. Техническая термодинамика. Учебник для вузов. М.: Энергия, 1974. – 448 с.

16. Щепетильников М.И., Хлопушин В.И. Сборник задач по курсу ТЭС. Учебное пособие для вузов. – М.: Энергоатомиздат, 1983. – 176 с.

Методические разработки к проведению лабораторных работ

17. Скубиенко С.В., Стадник В.Т. Энергоиспользующие аппараты и установки в теплоэнергетике. Методические указания к контролируемой самостоятельной работе студентов. – Юж.–Рос. гос. техн. ун-т. Новочеркасск: ЮРГТУ, 2000.– 28 с.

18. Скубиенко С.В. Расчет теплотехнологических установок. Методические указания к выполнению домашнего задания. – Юж.–Рос. гос. техн. ун-т. Новочеркасск: ЮРГТУ, 2000.– 31 с.

Лекция №1 Энергоресурсы. Актуальность энергосбережения в России и мире.

Энергоресурсы. Структура и перспективы развития топливно-энергетического баланса. Классификация форм и методов энергоиспользования. Виды применяемого оборудования (генераторы, аккумуляторы, передающие и распределительные устройства, энергоиспользующее оборудование). Основные направления рационального электро- и теплоиспользования. Потенциал энергосбережения.

Энергосбережение и экология. Общая характеристика экологического состояния окружающей среды. Оценка эффективности природоохранных мероприятий. Способы уменьшения вредных выбросов теплоэнергетических установок. Перспективные энергетические установки.

Энергосбережением называют это комплекс мер, направленных на экономию всех видов энергоресурсов.

Энергосбережение по праву занимает место ключевой энергетической проблемы современности как в России, так и в других странах мира, развитых и развивающихся. В различных странах и в различных отраслях экономики эта проблема имеет свои аспекты.

Виды энергоресурсов:

• топливо (в том числе, газ для бытовых нужд);

• вода, пар (как носитель механической, кинетической энергии и тепла);

• воздух (как носитель механической энергии и для вентиляции);

• электроэнергия.

Виды топлива: органическое (уголь, нефть, газ, биомасса), радиоактивное.

К нетрадиционным источникам энергии относят: энергию солнца, ветра, морских приливов, геотермальную (тепло нижних пластов земли и подземных вод), биомассу.

В промышленности расходуется 2/3 органического топлива при коэффициенте полезного использования 10–15%.

Российская Федерация является одной из ведущих энергетических держав мира. Она обладает большими запасами топливно-энергетических ресурсов, как уже открытых, так и потенциальных. В мировых разведанных запасах доля России составляет: нефти — 13, природного газа — 36, угля — 12 % (по прогнозным запасам — 30 %). Россия располагает самой протяженной береговой линией, что предоставляет в ее распоряжение огромные площади континентального шельфа (3,9 млн. км² ), высокоэффективные в отношении обнаружения запасов нефти и газа. На шельф приходится свыше 100 млрд. т начальных потенциальных ресурсов углеводородов. При этом нужно учитывать, что объем углеводородных ресурсов в шельфовой зоне так же, как и в материковой части России, еще недостаточно исследован. Следует отметить, что нефтяной потенциал недр России, по оценке экспертов, реализован лишь на треть, а газовый — на пятую часть.

Долгое время основным показателем успешного развития топливно-энергетического комплекса считался рост производства энергоресурсов. Должного внимания их рациональному использованию и экономии не уделялось. Научно обоснованные темпы разработки нефтяных и газовых месторождений не анализировались. В результате уникальные нефтяные месторождения в Татарии и Тюменской обл. были истощены в короткие сроки. Открыть новые крупные месторождения, способные поддержать достигнутые высокие уровни добычи нефти, за последние 30 лет не удалось. По этим причинам, а также в связи с перемещением работ в районы Севера и Востока, т.е. с более сложными горно-геологическими условиями разработки нефтяных месторождений и резко возросшими затратами на их освоение, началось систематическое падение уровня добычи нефти.

Запасов газа в России значительно больше, чем нефти, но не приняв мер по обеспечению рациональной разработки газовых месторождений и эффективному их использованию, страна может оказаться в таком же положении, как и с нефтью. В погоне за высокими уровнями производств нефти, угля, газа и электроэнергии были упущены вопросы обновления основных фондов и решения социальных и экологических проблем.

Продукция ТЭК продолжает оставаться одним из основных источников валютных поступлений страны (более 50 % суммарного экспорта).

Современная ситуация в развитии топливно-энергетического комплекса убедительно доказала необходимость разработки Федеральной целевой программы "Энергосбережение России". Такая программа сформирована и одобрена Правительством 18 декабря 1997г. За период ее реализации с 1998 по 2005 г. предусматривается сэкономить от 365 до 435 млн. т условного топлива, что должно уменьшить энергоемкость ВВП на 13,4 %. Стоимость программы оценивается ее разработчиками в 55,3 млрд. руб. в ценах 1998г. Предусматривается, что финансирование из федерального бюджета будет самым минимальным и не превысит 3 % ее общей стоимости. Причем после 2000 г. эта цифра должна уменьшиться. Потребителей будут оснащать приборами и системами учета и регулирования расхода энергоресурсов. На каждый вложенный в энергосбережение рубль ожидается отдача в размере 3 руб.

Типы электростанций: ГЭС, ТЭС, АЭС, нетрадиционные.

Рис. 1. Доля различных типов электростанций в производстве электроэнергии в России на 2000 г.

На рис. 1 представлена доля различных типов электростанций в производстве электроэнергии в России. Тепловые электростанции занимают наиболее значительное место. Установленная мощность ТЭС составляет около 130 млн кВт, но используется не полностью. В настоящее время часть базовой нагрузки перебрасывается с ТЭС на АЭС. ТЭС покрывают часть базовой и полупиковую нагрузку, частично – пиковую.

Рис. 2. Доля различных видов топлива в производстве электроэнергии на ТЭС в России на 01.01.2000 г.

В производстве электроэнергии на ТЭС различным видам топлива принадлежит следующее место (рис. 2). 2/3 электроэнергии вырабатывается на газомазутных ТЭС. Это связано, во-первых, с удобством газа в использовании по сравнению с углем, и во-вторых, с низкими ценами на газ. Однако, в связи с окончанием "газовой паузы" доля пылеугольных ТЭС будет неуклонно расти. В настоящий момент в России более 21% всей электроэнергии (более 42 млн кВт) производят электростанции, работающие на угле.

"Газовая пауза" – искусственно заниженные цены на газ на внутреннем Российском рынке в 90-е годы ХХ века.

В других государствах структура производства электроэнергии может значительно отличаться (табл. 1). Однако, проблемы энекргосбережения стоят не менее остро.

После энергетического кризиса 70-х годов в результате осуществления комплекса энергосберегающих актов потребление нефти снизилось за 10 лет в США на 65, в Англии — на 20, в ФРГ — на 21, во Франции — на 30 млн. т условного топлива. Почти 10 лет экономика США и стран Западной Европы развивалась без прироста потребления энергоресурсов. В России за этот период потребление энергоресурсов возросло на 250 млн. т условного топлива. По оценке специалистов такой прирост доказывает, что реальной энергосберегающей политики у нас не проводилось. Да и законодательный экономический механизм не позволял это сделать, так как был нацелен на расточительное использование материальных и энергетических ресурсов. Экономическая оценка работы предприятий проводилась по валовым показателям, рост которых и обеспечивал экономическое благополучие предприятий и работников всех рангов.

Развитые страны после энергетического кризиса создали правовые и экономические стимулы для осуществления крупных энергосберегающих мероприятий, вложив необходимые финансовые и материальные ресурсы в экономию топлива (особенно нефти и нефте­продуктов) и энергии. В нашей стране на энергосбережение государство не выделяло ни одного рубля, направляя все средства только на увеличение добычи и производства энергоресурсов.

Результаты таких подходов налицо. Экономика западных стран и США процветает при устойчивом и надежном снабжении нефтью и нефтепродуктами, а Россия никак не может выйти из глубокого экономического кризиса. Следовательно, только путем проведения активной и жесткой, законодательно подкрепленной энергосберегающей политики, можно вывести топливно-энергетический комплекс страны из современного состояния.

Экономическая эффективность энергосбережения настолько велика по сравнению с наращиванием добычи и производства энергоресурсов, что ее реализация позволит одновременно решить проблему обновления и модернизации основных фондов, экологические и социальные проблемы и создаст условия для увеличения добычи и производства топлива и энергии, если это потребуется в более отдаленной перспективе. При этом следует помнить, что 1 т условного топлива, сэкономленного у потребителя, равноценна добыче (производству) 1,3 т условного топлива.

Эффективность использования энергоресурсов в России значительно ниже, чем в развитых странах. По расчетам специалистов, энергоемкость национального дохода у нас в 2-3 раза выше, т. е. более 50% энергоресурсов мы расходуем впустую. Если взять энерго­потребление в расчете на одного жителя России и сравнить его с соответствующими показателями, достигнутыми в таких странах, как Англия, Франция, то это выглядит следующим образом: Россия — 7, Англия — 5,3, Франция — 5,1 т условного топлива/чел. В то же время показатели уровня развития экономики, производительности труда, жизни населения в Англии и Франции значительно превосходят достигнутые в России. Следовательно, дело не в объемах потребления, а в рациональности и эффективности использования энергоресурсов.

Распределение энергоресурсов по направлениям экономики в странах Западной Европы и России значительно различается. На удовлетворение социальных потребностей населения в Западной Европе расходуется в 2 3 раза больше энергоресурсов, чем в России. Следовательно, при достигнутом уровне производства энергоресурсов мы можем повысить обеспеченность ими всех сфер экономики, включая социальную, за счет рационального использования и всемерной экономии энергоресурсов, внедрения энергосберегающих мероприятий во всех отраслях страны.

Таблица 1. Данные производства электроэнергии некоторых стран мира по состоянию на 1995 г.

Страны	Установленная мощность					Производство электроэнергии
	Всего, МВт	ТЭС %	ГЭС %	АЭС %	НЭС %	Всего, ГВ	ТЭС %	ГЭС %	АЭС %	НЭС %
Великобритания	70213	75,7	6,0	18,2	0,1	334454	71,2	2,0	26,6	0,1
Германия	115428	72,2	7,7	19,8	0,3	534902	66,6	4,5	28,8	0,1
Испания	45764	47,8	36,7	15,4	0,1	166380	51,9	14,8	33,3	0,1
Италия	65821	69,1	30,1	––	0,75	241111	81,2	17,4	––	1,4
Канада	113340	30,9	56,1	13,0	0,04	537114	21,2	61,6	17,2	0,007
Китай	204100	75,4	23,5	1,0	––	1007726	79,8	18,9	1,2	––
Корея (Южная)	35355	66,88	8,75	24,37	––	205102	64,65	2,67	32,7	––
Россия	210857	69,2	20,7	10,1	0,005	860026	67,8	20,6	11,6	0,003
США	764876	73,2	13,1	13,0	0,6	3345314	70,1	9,2	20,1	0,5
Франция	107611	22,2	23,2	54,4	0,2	493177	8,0	15,4	76,5	0,2
Швейцария	16637	6,0	75,5	18,5	––	63080	3,5	57,0	39,5	––
Юж. Америка	131806	27,7	71,1	1,27	––	572465	17,2	80,9	1,89	––
Япония	226996	62,4	19,1	18,2	0,2	989965	61,0	9,2	29,4	0,3

Классификация форм и методов энергоиспользования.

1. Непосредственное сжигание топлива (в генераторах, двигателях внутреннего сгорания), в том числе использование газа для коммунального газоснабжения.

2. Использование электроэнергии.

3. Использование тепловой энергии (горячая вода, пар).

4. Использование воды для холодного водоснабжения.

5. Использование воздуха и продуктов его разделения.

Наиболее энергоемкими являются металлургические и некоторые виды химических процессов.

Наиболее крупными потребителями электроэнергии обычно являются:

• электропечи,

• системы отопления вентиляции и кондиционирования воздуха,

• компрессоры сжатого воздуха,

• технологические насосы,

• вакуумные насосы,

• гидравлические насосы,

• оборудование для перемешивания и нагревания жидкостей,

• системы освещения.

Основные крупные потребители топлива:

• котлы паровые и водогрейные,

• печи различного назначения,

• нагреватели жидкостей,

• отопительные системы.

Виды оборудования, применяемого в теплоэнергетике.

1. Генераторы – устройства для производства электроэнергии или для преобразования одного вида энергии в другой.

2. Аккумуляторы – устройства, позволяющие накапливать, сохранять, и при необходимости использовать различные виды энергии.

3. Передающие и распределительные устройства, в частности, электрические и тепловые сети.

4. Энергоиспользующее оборудование.

Основные направления рационального электро- и теплоиспользования.

Важнейшим направлением топливно-энергетической политики Правительства РФ на перспективу до 2005 г. является реализация мероприятий федеральной целевой программы "Энергосбережение России". В этой программе, в частности, говорится, что:

Существуют три крупных направления энергосбережения.

Первое весьма эффективное малозатратное направление для начальной стадии осуществления энергосберегающей политики — это рационализация использования топлива и энергии. В отличие от развитых стран в России значительное количество энергоресурсов расходуется на производство неконкурентоспособных товаров, строительство объектов с повышенной теплоотдачей, с потерями в промышленности и сельском хозяйстве. За счет реализации этого направления можно сократить потребность в топливе и энергии на 1215 %.

Второе направление связано со структурной перестройкой экономики, изменением темпов развития энергоемких и менее энергоемких отраслей. Например, энергоемкость продукции легкой промышленности, сферы услуг, строительства в 810 раз ниже, чем в топливно-энергетических отраслях и в 1215 раз ниже, чем в металлургии. Энергоемкость продукции машиностроения в 3 раза ниже, чем в топливной отрасли, и в 810 раз ниже, чем в металлургии. Резерв снижения потребности в топливно-энергетических ресурсах за счет ускоренных структурных изменений в экономике страны составляет 1012% от существующего потребления.

Третье направление, наиболее детально проработанное в программе "Энергосбережение России", предусматривает внедрение энергосберегающих технологий, процессов, аппаратов и оборудования в наиболее энергоемких отраслях и ЖКХ. В этом направлении представляется возможным снизить потребность страны в энергоресурсах на 25 30 %. Реализация этих возможностей связана, как правило, с определенными финансовыми и материальными затратами. Однако эти затраты в 2  4 раза ниже затрат, необходимых для эквивалентного повышения добычи и производства топлива и энергии. Кроме того, энергосберегающие технологии являются экологически чистыми и не требуют дополнительных затрат на решение социальных проблем.

Потенциал энергосбережения в России составляет 500 млн. т условного топлива в год.

Актуальность проблемы энергосбережения обусловлена следующими факторами:

1. Старые энергоресурсы истощаются.

2. Новые виды энергоресурсов нуждаются в разработке (идеи + инвестиции + время).

3. Энергосбережение непосредственно связано с защитой окружающей среды.

Энергосбережение и экология.

Общая характеристика экологического состояния окружающей среды.

Экология – это наука, изучающая условия существования живых организмов и взаимосвязей между организмами и окружающей средой. Она включает в себя такие разделы, как биоэкология, геоэкология, экология человека, социальная экология, прикладная экология.

Экологическое состояние окружающей среды включает

1. конкретные значения физико-химических, биологических, геологических и т.п. параметров, особенно тех из них, которые наиболее влияют на жизнедеятельность человека и живых существ (например, содержание в воздухе СО₂ и других вредных оксидов, температура уходящих газов и сбросных вод, площадь земли, выводимой из сельхозоборота и отданной под золошлакоотвал и т.п.);

2. отклонение этих значений от предельно допустимых (ПДК, ПДВ).

Загрязнением природной среды называется привнесение в нее или возникновение в ней новых, обычно нехарактерных для нее физических, химических или биологических веществ, агентов, оказывающих вредное воздействие на природные экосистемы и человека.

Основные типы загрязнений: физическое, химическое, биологическое.

• Физические загрязнения: тепловое, шумовое, электромагнитное, световое, радиоактивное.

• Химические загрязнения: аэрозоли, химические вещества, тяжелые металлы, пестициды, пластмассы, СПАВ.

• Биологическое загрязнение: биогенное, антропогенное, микробиологическое, генная инженерия.

Воздействие ТЭС на окружающую среду.

Следует признать, что в ходе работы ТЭС окружающая среда подвергается практически всем видам загрязнений, при этом воздействию подвергается воздух, поверхностные воды, почва.

Воздух:

• образование вредных веществ при сжигании топлива и выбросы вредных оксидов углерода, азота, серы, ванадия, летучей золы;

• тепловое и шумовое воздействие ТЭС, высокая температура уходящих газов;

• радиоактивное загрязнение воздуха.

Классификация сточных вод ТЭС. Сточной водой является любой поток воды, выводимой из цикла электростанции:

• вода из систем охлаждения (90% сточных вод) конденсаторов турбин, масло- и воздухоохладителей, движущихся механизмов и др. – несет только тепловое загрязнение, допустимо повышение температуры на 8-10^ОС по сравнению с заборной водой;

• вода от систем гидрозолоулавливания;

• отработавшие растворы после химических промывок теплосилового оборудования или его консервации, регенерационные или шлаковые воды от водоочистительных (водоподготовительных) установок;

• нефтезагрязненные стоки;

• растворы и суспензии, возникающие при обмывах наружных поверхностей нагрева, главным образом, воздухоподогреывателей и водяных экономайзеров котлов, сжигающих сернистый мазут.

Все сбросные воды, кроме несколько повышенных температур, имеют повышенную минерализацию и щелочность, содержат вредные соединения.

Почва загрязняется в результате

• выпадения осадков, осаждающих вредные выбросы из воздуха;

• проникновения сточных вод;

• образования золошлакоотвалов.

Для оценки эффективности природоохранных мероприятий проводят

• периодические заборы проб воздуха, воды, почвы по стандартизованным методикам;

• расчет значений контролируемых параметров и оценку концентрации вредных веществ, полученные значения сравнивают с ПДК;

• рассчитывают значения выбросов и стоков и сравнивают с ПДВ, ПДС.

Способы уменьшения вредных выбросов теплоэнергетических установок:

• для уменьшения вредных выбросов в атмосферу применяют

• золоуловители (циклонные, мокрые, электрофильтры),

• снижение образования оксидов азота за счет снижения температурного уровня в топке, рециркуляции дымовых газов, впрыска влаги или пара в топку, ступенчатой подачи топлива с недостатком воздуха, снижения избытка воздуха в топке, предварительного подогрева топлива до 700^ОС;

• внедрения различных технологий сероулавливания;

• внедрение технологии кипящего слоя, что позволяет проводить сжигание топлива при температуре 800-900^ОС;

• для улучшения качества сточных вод применяют:

• разбавление сточных вод;

• химическое и физико-химическое взаимодействие с другими веществами (сорбция, коагуляция, ионный обмен и др.);

• выделение и удаление вредных веществ из раствора методами биологической очистки;

• механическую очистку (решетки, сита, песколовки, маслоловушки, отстойники и т.п.)

Перспективные энергетические установки и технологии.

1. Использование нетрадиционных источников энергии:

• солнечной;

• ветровой;

• энергии морских приливов;

• геотермальной;

• сжигание биомассы и бытового мусора;

• использование тепловых насосов;

• новых энергетических источников.

2. Модернизация технологий использования традиционных видов топлива:

• низкотемпературная газификация угля (технология кипящего слоя);

• высокотемпературная газификация угля (сжигание угля в камере аэрошлакового расплава).