68

Введение. Энергетика.,энергосбережение, энергоресурсы и общество

1. Предмет и задачи курса.

2. Энергосбережение- как одно из направлений решения энергетических проблем.

3. Основные оперделения и терминология: Возобновляемые и невозобновляемые источники энергии. Условное топливо.

4. Потребности в энергии:энергопотребление и энергопроизводство будущего. .

5. Перспективы развития мировой энергетики на период до 2020 года

6. Основные направления политикиэнергобеоежения в РБ

В – 1 Предмет и задачи курса

Энергетика РБ является базовым сектором экономики, которая охватывает выработку, преобразование и передачу раличныхвидов энергии и в значительной степени зависит от внешних поставок первичных ЭР.Около 85% первичных ЭР, используемых топливно-энергетическим комплексом(ТЭК) республики импортируется из других стран, в основном из России. Это нарушает 1-й критерий энергетической независимости и безопасности государства:если энергетика страны основывается на импорте, то закупки ПЭР должны осуществляться из разных стран, импорт ЭР из одной страны должен быть не больше 50%. 2-й критерий:Энергетика не должна развиваться на одном виде топлива Доля кахдого вида энергоносителя имеет свою предельную величину В РБ нарушены два критерия.

В РБ на выпуск продукции тратися в 3-5 раз больше сырья и энергии, чем в промышленно развитых странах. На сегодн. день самой актуальной задачей для экономики является переход с экстенсивного пути развития на интенсивный, т.е. повышение эффективности использования ТЭР и создание условий для перевода экономики наэнергосберегающий путь развития.

Республиканская программа по энергосбережению определила приоритетные направления развития н/х РБ и наметила комплкс неотложных мероприятий, направленных на ЭС.

В-2. Энергосбережение- как одно из направлений решения энергетических проблем.

В чем состоит проблема энергосбережения в РБ на нынешнем этапе?

Чтобы ответить на этот вопрос., надо заглянуть в недалекое прошлое и проследить, какие факторы определяли становление нашей энергетики в советское время.

В те годы, строя новое общество в огромной стране, советские люди были убеждены в том, что природные ресурсы неисчерпаемы. Выростали новые города, поселки, возводились гиганты-заводы и фабрики, мощные электростанции, для функционирования которых затоплялись тысячи га похотных земель. Брали количеством, а не качеством. Главным считалось не эффективность производства, а создание и распределение материальных благ. Пренебрежение экономической стороной дела стало главной причиной существующего положения в энергосбережении. Это привело к тому, что при сравнении вариантов стали использоваться натуральные показатели – расход цемента, стали и пр.-которые не давали целостного представления об истинной экономической эффективности. Волевым порядком государство стремилось занизить цены на энергоносители, несмотря на высокуюи растущую их стоимость на мировом рынке. Искусственно создавалась видимость экономической конкурентоспособности производимой продукции и дешевизны услуг, оказываемых населению. А это приводило к тому, что экономические просчеты, связанные с низкой производительностью труда и неэффективностью управления, оплачивались перерасходом энергоресурсов.

2-е Г

Человеку свойственно надежда увидеть будущее и тем самым , если его впереди ожидает опасность, спастись. В настоящее время человечество стоит на грани катострофы. Что ждет нас впереди? Каким будет будущеее планеты в энергетическом плане? Современная компьютерная техника рисует различные сценарии развития человеческой цивилизации с точки зрения энергерики.

Рождение энергетики произошло несколько миллионов лет назад, когда человек впервые научился ползоваться огнем. Прекрасный миф о Прометее, даровавшим людям огонь, который давал им свет и тепло. Он был им источником оптимизма и вдохноввения, орухием против врагов и диких зверей, лечебным средством и помощником в земледелии.

Развитие энергетики неразрывно чвязано с развитием цивилизации, а развитие цивилизации идет по спирали. Идет накопление информации, хозяйственная деятельность человека усложняется, а это введет к увеличению расхода энергии.

Рост потребления энергии и развития цивилизации – исторически взаимосвязанные и взаимообусловленные процессы.

Р ассм. динамику накопления информации и расход энергии во времени.

Человечество за время своего существования израсходовало 900-950 тыс Твт*ч энергии, из них 2/3 было израсходовано в последние50 – лет.

Характерна также неравномерность в потреблении энергии различными странами на душу населения. Внастоящее время эта неравномерность выражается отношением 1:40.

Таблица 1 Изменеие потребления энергии в ходе человеческой истории

Индивидуальное потребл. Тыс. ккал/сут	Пища	Быт и обслуж-ие	Пром и с/х	Тран-т	Всего
Перовыбытный чел.	2				2
Первобытный землед-ец	4	4	4		12
Чел. Индустриальный	7	32	24	14	77
Чел.технологический	10	66	91	63	2230

Рассм. потребление первичной энергии на душу населения по группам стран

1 Страны – экспортеры нефти: ( Норвегия, Кувейт Арабские Эмммираты) с высокими доходами.

ВНП на душу населения 13430 у.е.

Потребление э/энергии надушу населения - 23700 кВт*ч/чел

Население около 19 млн. чел.

2. Высокоразвитые индустриальные страны с рыночной экономикой (США, Канада. Финляндия , Япония ).

ВНП – 10000 – 20000 дол на душу населения.

Потребление э/энергии – 7000 – 12000 кВТ*ч/чел

США – 11200 кВТ*ч/чел

Канада. – 9900 кВт*ч/чел

Япония – 4500 кВт*ч/чел

Население около 733 млн. чел.

3. Страны СНГ

ВНП до 3000 дол на душу населения.

Потребление э/энергии 5900 кВт*ч/чел в 90г., в 93 г. – 4700 кВт*ч

Для Беларуси: потребление энергии в 90-м г. 4000 КВт*ч/ чел, в93 – 2800 кВт*ч/чел

Население – 390млн. чел

4. а) страны с низкими доходами (Африка страны к югу от Сахары)

ВНП – 210 – 260 дол на душу населения

Потребление э/энергии 8 – 110 кВт*ч/чел.

Население больше 2млрд. чел

Б) страны со средними доходами

ВНП – 680 – 1250 дол. на душу населения

Потребление энергии 570 – 1760 кВт*ч/чел.

Население больше2 млр. Чел.

Неравномерность в потреблении энергии населением разных регионов автоматически ведет к различию в уровне благосостояния, стартовых возможностей развития и др.Из всех отраслей н/х энергетика оказывает самое большое влияние на нашу жизнь.

Рост энергопотребления на Земле определяется 2-мя факторами:

-научно – технический прогресс;

-увеличение численности населения.

По прогнозам специалистов прирост мирового валового продукта ожидается 3% вгод, а прирост обьема потребления энергии – 2%.численность населения возрастет при этом на 1,5%. Это позволит ожидать существенного улучшения благосостояния населения в целом на планете. Хотя по прогнозам специалистов неравномерность в потреблении энергии между регионами сохранится и в будущем. Поэтому, процветание человечествва и само его будущее немыслимо без устранения этих диспропорций по энергопотреблению. Или, в противном случае, всегда возникает желание устранить их с помощью оружия

Уровень страны, общества зависит от того, какой продукт и каком количестве он производится. Чем больше развита общество, тем больше оно производит энерго- и научноемкогопродукта. Но при этом приоритетным должно быть увеличение наукоемкости продукта., при повышении потребительских качеств.

Энергопотребление и энергопроизводство – два неразрывно связанных полюса современной экономики, которые определяют уровень развития производительных сил страны, ее дальнйшее развитие и в конечном счете , место государства в современном мире, уровень жизни и благосостояние граждан.

Достаточное энергопроизводство – это движитель человеческой цивилизации, основа ее социально – технического прогресса.

В - 2Энергосбережение – как одно из направлений решения энергетических проблем

Главная задача энергосбережения –экономия всех видов энергии и снятие многих экологических проблем.

Тепло и свет в домах, работа станков иагрегатов на производстве транспортные потоки и с/х страда – это многочисленные лики энергетики. С каждым годом на бытовые нужды расходуется все большая доля электроэнергии, газа , воды, тепла: в огромных масштабах растет применение бытовой электрифицированной техники. Возникают новые города и поселки, строятся заводы и фабрики, функционирование которых немыслимо без первичных энергоресурсов. Между тем, многие месторождения в обжитых местах уже давно исчерпаны, а новые приходится искать в труднодоступных районах Сибири и Дальнего Востока. Обходится это недешево. И в последнеевремя все чаще стало звучать слово " Энергосбережение"

Расчеты показали, а практика подтвердила, что каждая единица денежных средств, истраченных на мероприятия, связанные с экономией электроэнергии, дает тот же эффект, как в 2 раза большая сумма,, израсходованная на увеличение ее проиводства.

Простота и доступность электроэнергии породили у многих людей представление о неисчерпаемости наших энергетических ресурсов,притупили чувство необходимости ее экономии 15-20% потребляемой в быту элетроэнергии теряется из-за небережливости потребителей.

Энергосбережение является одним из приоритетных направлений национальной экономической политики и одновременно элементом региональных и глобальных пприродоохранных процессов. Энергетические потребности н/х РБ удовлетворяются в основном за счет использования органического топлива, большая часть которого импортируется из-за рубежа ( 85 %). Традиционные способы выработки тепла-и элетроэнергии в котельных и на ТЭС,использование топлива в топливопотребляющих установках сопряжены с разносторонним локальным и глобальным воздействием на окружающую среду. Это, в1-ю очередь выбросы в атмосферу таких вредныхввеществ, как оксиды серы и азота,, оксид углерода, твердых частиц золы, канцерогенных органических веществ. В больших количествах происходит выброс диоксида углерода и других так называемых "парниковых газов",, тепловое загрязнение окрухающей среды,, сброс минерализованных и нагретых вод, потребление в больших количествах кислорода и воды, изьятие больших площадей земли; захоронение отходов ( шлак, зола), а также множество побочных отрицательных эффектов( электромагнитные и акустические излучения).

Наибольший урон окружающейсреде наносит загрязнение атмосферы пылегазовыми выбросами топливоиспользующими установками. Энергетические установки во всем мире выбрасывают ежегодно в атмосферу около 200-250 млн. т золы и около 60 млн.т. сернистого ангидрида. Составы и обьемы дымовых газов в значительной степени зависят от вида сжигаемого топлива. В экологическом плане природный газ-наиболее чистый вид топлива. При хорошо организованном его сжигании выделяются только оксиды азота и немного оксиды серы.

Известно, что экономия 1 т угля сокращает выбросы золы на 250 кг; оксидов серы – на 2 кг; оксидов азота - на 3 кг; оксида углерода – на 10 кг.

Экономия 1т мазута сокращает выбросы сернистого ангидрида на 40 кг; оксида углерода – 12 кг; экономия 1000м³ природного газа сокращает выбросы оксида азота на 2.5 кг, оксида углерода на 8 кг.

В – 3 Основные определения и терминология

В 1993 г было образован Гос. Комитет по энергосбережениюи энергонадзору, к-й возглавляет и координирует всю работу по энергосбережениюв нашей республике

В 1995 принята Гос. Программа "Энергосбережение"

1998г принят закон об энергосбережении.

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

Энергосбережение – это поцесс, в ходе которого сокращается потребность в энергоресурсах и энергоносителях в расчете на единицу конечного полезного эффекта от их применения. При производстве материальных благ и услуг потребляется только та часть энергии, которая способна совершить работу, поэтому ЭС сводится не только к сбережению энергии,но и обеспечению условий для максимально эффективного ее использования.

В-4 Возобновляемые и невозобновляемые источники энергии

Энергетические ресурсы- это материальные обьекты, в к-х сосредоточена энергия , пригодная для практического использования человеком.

Энергия, непосредственно извлекаемая в природе, наз первичной, а носители первичной энергии наз первичнымми ЭР

Рассм классификацию первичной энергии

Традиционные (невозобновляемые) ЭР – это естественно образовавшиеся и накопившиеся в недрах земли запасы веществ, способные при определ. Условиях высвобождать заключенную в них энергию. При сгорании всех этих видов топлива расходуется кислород, выделяется тепло,которое при может использоваться либо прямо по назначению, либо косвенно (преобразуясь в электрическую энергию) и вредные продукты сгорания.

Нетрадиционные (возобновл ЭР)- характеризуются отсутствием естественных воэможностей накопления энергии, поэтому их использ. возможно по мере возникновения в них энергии.

Их можно разделить на 2 группы

А) естественные, в производстве которых лежит постоянное получение энергии Солнца.

Б) антропогенные, к ним отн. тепловые, органич и др.отходы деятельности человечества

В- 5 Условное топливо

Различные виды ЭР обладают разным качеством, к-е характеризуется энергоемкостью топлива. Для удобства сопоставления разл. Видов ЭС и возможности расчетов расход всех видов топлива сравнивается с расходом т.наз условного топлива.

За условное топливопринято такое топливо, при сгорании к-го выделяется 29.3МДж или 7000 ккал энергии

Значения удельной энергоемкости для разл. ЭР

Уголь антрацит 29- 33.5 МДж/кг 7000-8000ккал

Нефть 41.9 10000

Газ пропан 46.1 11000

Водород 1120.6 28800

Лекция 2 « Топливно-энергетические ресурсы. Виды и способы получения электрической и тепловой энергии»

1. Классификация первичных источников энергии.

2. Состав органического топлива.

3. Процесс термической переработки топлива.

4. Преимущества электрической энергии

5. Производство электрической энергии. Структурные схемы тепловых (ТЭС) и атомных (АЭС) электростанций.

6. Автономное энергоснабжение. Газотурбинные (ГТУ) и парогазовые (ПГУ) установки.

7. Производство теплоты. Районные котельные.

8. Графики электрических и тепловых нагрузок.

9. Структура энерго- и теплопотребления Республики Беларусь.

1. Классификация первичных источников энергии

Первичная энергия – это энергия, которая содержится в природных источниках и которая м.б. преобразована в другие виды энергии. В балансе ПЭ выделяется:

1)- поток солнечной радиации, поступающей на поверхность Земли;

2 ) коротковолновое и длинноволновое (тепловое) излучение в окружающее пространство.

Первичные энергетические ресурсы (ПЭР) делятся на возобновляемые и не возобновляемые.

К не возобновляемым ИЭ относится: органическое топливо и ядерная энергия. Органическое топливо подразделяется на твердое (уголь, торф, древесина), жидкое (нефть) и газообразное ( природный и сжиженный газ).

Современное производство электрической и тепловой энергии основано на использовании традиционных технологий, т.е на сжигании органического топлива.

2. Состав органического топлива.

Твердое и жидкое

Лекция 3 «Возобновляемые или нетрадиционные источники энергии»

1. Преимущества и недостатки использования возобновляемых ИЭ.

2. Гелиоэнергетика. Преобразование солнечной энергии в тепловую и электрическую энергию. Солнечные электростанции (СЭС).

3. Прямое преобразование солнечной энергии в электрическую энергию. Солнечные батареи.

4. Система солнечного ГВС и теплоснабжения зданий.

5. Ветроэнергетика. Принцип действия и классификация ВЭУ.

6. Расчет ветроэнергетических характеристик ВЭУ.

7. Биоэнергетика. Биомасса, источники биомассы. Основные методы переработки биомассы.

8. Малая гидроэнергетика.

9. Геотермальная энергия.

1. Преимущества и недостатки использования возобновляемых иэ

Возобновляемые ИЭ характеризуются отсутствием естественных накоплений энергии. Природа возобновляемых источников энергии (нетрадиционных НИЭ) определяется процессами на Солнце, в глубинах Земли, гравитационным взаимодействием Солнца, Земли и Луны. Все страны мира работают над практическим применением ВИЭ. Согласно прогнозам МЭК к 2020 году доля ВИЭ составит до 8-10% в общем объеме энергопотребления. Главенствующая роль будет принадлежать биомассе. В Республике Беларусь до 5-8%.

Преимущества при использовании ВИЭ.

1.Установки, работающие на ВИЭ, оказывают гораздо меньшее воздействие на окружающую среду, чем традиционные ИЭ. Экологическое воздействие энергоустановок, работающих на ВИЭ, в основном заключается в нарушении естественного ландшафта.

2. Доступность и возможность локального использования.

Особенностью ВИЭ является то, что потоки энергии могут использоваться лишь частично. Кроме того, большинство возобновляемых источников поступает периодически. А периодический характер потоков энергии во времени не всегда согласуется с реальными потребностями. Так, максимальное суточное поступление солнечной энергии приходится в летнее время и с 8 до 16 часов, а тепловая нагрузка для теплоснабжения здания – на зиму и с 20 до 8 часов. Плотности потоков энергии от традиционных ИЭ выше, чем от ВИЭ. В паровых котлах она равна 100 кВт/м² , в ядерных реакторах – от 2 до 5 МВт /м², а для солнечного излучения и ветра со скоростью 10 м/с, она составляет до 130 до 250 Вт/м². Энергетика на ВИЭ должна ориентироваться только существующие ресурсы для данного региона. Масштабному использованию ВИЭ предшествует мониторинг.

При планировании энергетики на ВИЭ необходимо учесть их особенности по сравнению с традиционными ИЭ.

1 Периодичность действия ВИЭ;

2 Низкие плотности потоков энергии и рассеянность их в пространстве;

3 Применение ВИЭ эффективно лишь при комплексном подходе к ним;

4 Экономическая целесообразность использования того или иного ВИЭ определяется в зависимости от природных условий, географических особенностей конкретного региона с одной стороны, а с другой стороны в зависимости от потребностей в энергии для промышленности, с/х, бытовых нужд.

Недостатки при использовании ВИЭ:

1 Большая материалоемкость (металлоемкость) установок, работающих на ВИЭ. Для строительства установок, использующих ВИЭ, необходимо большое количество металла, др. материалов и трудовых ресурсов.

2. Отчуждение больших земельных площадей.

3. Большие трудозатраты при получении электрической энергии., а следовательно и высокая стоимость эл. энергии. Для производства 1 МВт* год эл энергии с помощью солнечной энергетики потребуется затратить от 10 тыс до 40 тыс чел. –часов. В традиционной энергетике на орган. топливе этот показатель составляет 200-500 чел-часов.

2. Гелиоэнергетика. Преобразование солнечной энергии в тепловую и электрическую энергию. Солнечные электростанции (СЭС).

Солнечную энергию люди использовали с древнейших времен. Солнечная радиация – это неисчерпаемый и возобновляемый источник экологически чистой энергии. Поток солнечной энергии, достигающий верхней границы атмосферы Земли за год равен 174000 ТВт. Солнечная энергия достигает Земли в виде направленного и рассеянного лучистых потоков. Суммарный годовой поток радиации на горизонтальную площадку на широте Минска составляет 3714 МДж/м² ,а рассеянный - 1988 МДж/м².

Использование всего лишь 0,0125 % солнечного излучения могло бы обеспечить все сегодняшние потребности мировой энергетики, а использование 0,5 % - полностью покрыть потребности на перспективу. Существуют разные факторы, ограничивающие мощность солнечной энергетики.

Радиационное излучение характеризуется также числом часов солнечного сияния. Для Беларуси и среднеевропейской части России составляет от 1750 до 1880 ч в год в зависимости от региона. Такая же величина характерна и для Швеции.

Солнечная энергия может быть преобразована в тепловую, механическую, электрическую энергию, использована в химических и биологических процессах. Солнечные установки применяются для отопления и охлаждения жилых и производственных зданий, в технологических процессах, протекающих при низких, средних и высоких температурах. Они используются для получения горячей воды, опреснения морской воды, для сушки материалов и с/х продуктов. Благодаря солнечной энергии осуществляется процесс фотосинтеза и рост растений, происходят различные фотохимические процессы.

Существуют 2 основных способа преобразования солнечной энергии в электрическую: термомеханический и фотоэлектрический.

Термомеханический способ основан на передаче теплоты теплоносителю с генерацией пара и дальнейшим ее преобразованием по традиционной схеме в механическую и электрическую энергию. Солнечная энергия преобразуется в электрическую энергию на солнечных электростанциях (СЭС). В состав СЭС входит оборудование, предназначенное для улавливания солнечной энергии и ее последовательного преобразования в теплоту и электроэнергию. Для эффективной работы СЭС требуется аккумулятор теплоты и система автоматического управления.

Улавливание и преобразование солнечной энергии в теплоту осуществляется с помощью оптической системы отражателей и приемника сконцентрированной солнечной энергии, используемой для получения водяного пара или нагрева газообразного или жидкометаллического теплоносителя. Солнечные концентраторы могут быть параболического или сферического типа.

В настоящее время строятся СЭС 2 типов: СЭС башенного типа и СЭС распределенного (модульного) типа.

В СЭС башенного типа используется центральный приемник и гелиостаты, которые обеспечивают улавливание, концентрацию и отражение солнечной энергии. Система слежения сложна, так как гелиостаты должны вращаться вокруг 2-х осей. Управление системой осуществляется с помощью ЭВМ. Площадь гелиостата (плоского зеркала) – 25,5 м². Количество гелиостатов- 1600шт. Высота башни на которой установлен приемник – 89 м. Мощность СЭС - 5 МВт СЭС башенного типа построена в СССР в Ялте В качестве рабочего тела в тепловом двигателе используется водяной пар с темп. до 550 С, воздух и др. газы – до 1000 С, низкокипящие органические жидкости (в том числе фреоны) до 100 С.

Недостаток СЭС башенного типа – высокая стоимость, материалоемкость и большая занимаемая площадь и периодический характер их работы. Они работают тогда, когда светит Солнце. Более перспективными явл. гибридные СЭС с распределенными теплоприемниками.

В СЭС распределительного (модульного)типа используются модули, каждый из которых включает в себя параболо-цилиндрический концентратор солнечного излучения и приемник, расположенный в фокусе концентратора. Концентратор выполняется в виде желоба. В его фокусе проходит труба с теплоносителем – дефинилом, нагреваемым до 350 С. Нагреваемая рабочая жидкость подается в тепловой двигатель, который соединен вокруг одной оси. Солнечно-газовая ЭС распределенного типа построена в США в Калифорнии. Мощность такой СЭС 12, 5 МВт. При небольшой мощности СЭС модульного типа более экономичны, чем башенные.