электроны, атомы кислорода и положительные ионы водорода образуют нейтральные молекулы воды Н2О, поступающие в раствор. Включенная в электрическую цепь нагрузка потребляет электроэнергию, вырабатываемую топливным элементом.

Врезультате реакции химическая энергия пары реагентов водородкислород превращается в электроэнергию. Напряжение в цепи одного топливного элемента составляет около 1 В, поэтому элементы объединяются в батареи. КПД современных водородно-кислородных топливных элементов составляет около 80%.

Вкачестве исходного энергоносителя для топливных элементов могут использоваться кроме водорода другие горючие газы, более дешевые и доступные. В качестве электролита могут применяться растворы солей, что позволяет повысить температуру и скорость химического преобразования. Топливные элементы пока еще дороги, и поэтому применяются в основном там, где цена не играет решающей роли (например, в космической технике). Крупные транснациональные компании ведут работы по совершенствованию процессов получения и использования водорода и топливных элементов. Хотя водород и не относится к первичным энергоносителям, его использование дает возможность существенно повысить качество энергопотребления и энерготехнологий.

6.6. Энергосбережение

Попутный газ, выделяющийся из нефти при ее извлечении с глубин Земли, состоит из легких фракций углеводородов. До сих пор громадные количества попутного газа без всякой пользы сжигаются в факелах на каждой скважине нефтяных месторождений, загрязняя атмосферу. Ежегодно теряется 4…5 млн т ценного углеводородного сырья и топлива. Необходимо собирать и перерабатывать попутные газы с использованием нефтехимических технологий в полиэтилен, полистирол, присадки к бензинам для повышения их октанового числа.

Значительный резерв экономии представляет совершенствование осветительной техники. Около 13% производимой в стране электроэнергии расходуется на освещение, причем удельный расход энергии на выработку света в полтора раза выше, чем в развитых странах. Наиболее распространенные лампы накаливания преобразуют в свет лишь 5…8% потребляемого электричества. Слишком медленно внедряются люминесцентные лампы с полезной отдачей 20%, имеющие к тому же срок службы в 10 раз больший, чем лампы накаливания. Новейшие натриевые лампы высокого давления преобразуют в свет до 30% электроэнергии. Почти не находят применения экономичные щелевые световоды.

Во многих отраслях народного хозяйства расход топлива и энергии значительно превосходит нормативы, принятые в передовых странах. На-

72

пример, в черной металлургии «угар» металла составляет около 25% (в Германии – 8, в Японии – 5%). Западные страны, Япония, Южная Корея полностью отказались от низкоэффективного и экологически грязного мартеновского производства стали, заменив его конвертерным и электродуговым, у нас же по-прежнему почти половину всей стали дают мартены. В результате на производство тонны стали мы расходуем на 60…80% больше энергии. В России разработана технология непрерывной разливки стали, позволяющая экономить большое количество энергии по сравнению с устаревшими слябингами. Эту технологию еще в 60-е годы ХХ века закупила Япония. Сейчас Япония производит таким способом 93% листового проката, Германия – 85%, а страна, которая дала миру это крупнейшее достижение в металлургии ХХ века – лишь 15%…

Народное хозяйство страны обременено устаревшей техникой. Ежегодно выбраковывается менее 5% машин и оборудования (в развитых странах – около 15%). Увеличение ресурсов металлолома позволит резко сократить расходы топлива и энергии на производство стали по сравнению с ее получением из исходного сырья, снизить загрязнение атмосферы и водного бассейна. Чрезмерно велики в России потери, связанные с коррозией стали. В мировой экономике прослеживается тенденция замены стальных изделий на алюминиевые, титановые, магниевые.

Широкие возможности экономии топлива и энергии имеют также другие отрасли народного хозяйства, где все еще не изжиты подходы тридцатилетней давности, когда бензин стоил 7 копеек/литр. Назрела необходимость перехода на низкотемпературный способ изготовления цемента.

Существующий перерасход теплоты в жилых зданиях оценивают в 25%. Причины: пониженные теплозащитные свойства наружных ограждающих конструкций, утечки через щели, недостатки регулировки систем отопления, перерасход горячей воды и др. Выход из существующего положения – в оснащении систем отопления и горячего водоснабжения приборами, автоматически регулирующими их работу. Для этого потребуются значительные капитальные вложения, подготовка обслуживающего персонала и ремонтных баз.

Мировая экономика интенсивно осваивает энергосберегающие, ресурсосберегающие и безотходные технологии. Широко применяется массовый слом быстростареющего оборудования. Бурно развиваются отрасли, определяющие научно-технический прогресс – электроника, информатика, машиностроение, химия. И это происходит при сокращении энергоемкости национального дохода. Сокращение удельного расхода топлива и энергии, освоение НВИЭ – жизненная необходимость России, чтобы не скатиться в разряд слаборазвитых.

73

Вопросы для самопроверки

6.1.Какие отрасли народного хозяйства являются поставщиками вторичных энергетических ресурсов?

6.2.От чего зависит целесообразность и эффективность использования ВЭР?

6.3.Как определить теплосодержание отработавших в техпроцессе газов?

6.4.Какой металл используется в теплообменниках для отработавших га-

зов?

6.5.Какие основные узлы включает схема паротурбинной установки для утилизации теплоты отходящих газов?

6.6.Опишите принцип работы котлов с многократной принудительной циркуляцией.

6.7.В чем отличие котлов на отходящих газах от обычных топочных?

6.8.Как устроены газотрубные котлы на отходящих газах?

6.9.Как используется теплота выхлопных газов газовых турбин в парогазовых установках?

6.10.Как используется теплота испарительного охлаждения?

6.11.Почему при испарительном охлаждении недопустимо образование накипи в кессонах?

6.12.Как устроены установки для использования теплоты продукции и

отходов?

6.13.В чем состоят особенности установок для использования теплоты жидких шлаков?

6.14.Как работают тепловые насосы?

6.15.Как устроена детандер-генераторная установка?

6.16.Какие преимущества имеет водородное топливо?

6.17.Как работают топливные элементы?

6.18.Каковы возможности энергосбережения в металлургии?

74