Основы эффективного энергоиспользования на производственных предприятиях дорожной отрасли

в условиях такого рода ограничений представляет интерес энергетическое ис­ пользование органических отходов. В развитых странах на одного человека в год

приходится до 5 тонн сухих органических отходов. Для всех Европейских стран и стран СНГ общий годовой выход отходов оценивается в 2*10^ тонн. В США общий годовой объем органических отходов достигает ЫО^ тонн. Городские отходы, в этом объеме, составляют 25%, оставшиеся 75% приходятся на сельскохозяйствен­ ный сектор. В том числе, 25% составляют отходы животноводства (навоз). Из ука-

занного количества отходов можно получить метана 1,5-10 м в год.

За счет переработки органических отходов крупных городов можно получить годовое производство горючих газов в следующих объемах: Токио и Нью-Йорк - по

2-10 миллионов м , Лондон и Москва - по Г 10 миллионов м .

В сельском хозяйстве наиболее значительными являются отходы зернопроизводства. Переработка 1,5 млн. тонн сухих стеблей кукурузы, для выращивания которой требуется площадь 30 тыс. гектаров, дает 5-10 миллионов м газа в год. Стой-

о

мость газа 0,07 $/м .

Для СНГ массовым отходом полеводства является солома злаковых. Ее количество превышает 2-10 миллионов тонн в год. На различные нужды расходуется по-

Одним из весьма перспективных направлений энергетического использования является производство биогаза. Биогаз - продукт анаэробного брожения различных органических веществ растительного (солома, ботва и пр.) и животного (навоз) про­ исхождения. Влажность исходного сырья может колебаться от 30 до 90 %. Наиболее эффективно производство биогаза из навоза, тонна которого позволяет получить до 24 м^ метана. Из тонны сухого вещества указанного органического сырья образуется до 4,5-10 м биогаза, состоящим из метана (СН4) и диоксида углерода (СО2). Со­ держание метана в биогазе находится в пределах 50 - 80 %, что обеспечивает теп­ лоту сгорания QH^ = 23,0 - 25,1 МДж/м^. В США годовое количество отходов животноводетва по сухому веществу превышает 2,5-10 миллионов тонн, что может обеспечить производство более 1-102 миллиардов м3 биогаза. Это количество покрывает почти 2-10 % потребности США в природном газе.

281

Биогазовая установка, использующая навоз при ферме крупного рогатого скота на 100 голов, способна выдать около 140-103 м3 биогаза, при свиноферме на 1,0-103

голов - 120-103 м3 , при птицефабрике на 22-103 кур - 280-103 м3 . Один из откормочных пунктов в США, рассчитанный на 30-10 голов крупного рогатого скота, дает в год 30 миллионов м биогаза. В СНГ ежегодно получается более 1-10 миллионов тонн отходов животноводства. Переработка такого количества отходов может дать 3-10 миллиардов м метана или 4-10 миллионов тонн условного топлива.

Очевидно, что биогаз представляет собой хорошее и, подобно природному газу, технологичное топливо, которое можно использовать в различных установках, в том числе и в генерирующих теплоту и электроэнергию. Биогаз в ряде случаев практи­ чески на нет сведет потребление внешних энергоресурсов объектами агропромыш­ ленного комплекса. При этом навоз остается ценным удобрением, столь необходи­ мым в сельскохозяйственном цикле. Перспектива применения биогаза велика, ему уделяют большое внимание в Японии, в странах Европейского экономического со­ общества: Италии, Франции, Великобритании, Дании, ФРГ, Нидерландах. В США фирма “Биогаз Колорадо” промышленно производит технологические линии по производству биогаза. В Китае, по данным ЮНЕСКО, около 7 млн. установок уже удовлетворяют 30% потребности населения в топливе. В Индии действует свыше 30-10 биогазовых установок, обеспечивающих топливом более 200-10 человек. При этом от каждой тонны сухого навоза получают биогаза в пересчете на условное топ­ ливо 0,75 тонны.

Генераторы теплоты и электроэнергии на возобновляемых источниках энергии, прежде всего энергии солнечного излучения и ветра, по прогнозам должны значи­ тельно сократить расходы ископаемого топлива. Например, на территории СНГ го­ довые ветроэнергетические ресурсы оцениваются в 3-10^^ кДж. Поток энергии Солнца на поверхность Земли огромен, но плотность его на границе с атмосферой Земли сравнительно невелика и составляет 1,36 кВт/м^. Распределение указанных энергоресурсов по регионам крайне неравномерна, поэтому большое влияние на эффективность использования ВИЭ оказывает географическое местоположение и климатические особенности местности.

282

5 м/с, в летний 2 - 3

м/с, в то время как имеющиеся ветродвигатели имеют нижний предел скорости вет­ ра, позволяющей их эксплуатацию около 3,5 м/с. Наиболее эффективны ветроустановки в районах со средними скоростями более 5 м/с. Ведутся разработки ветроагрегатов для работы на меньших скоростях ветра. На современном этапе главное на­ правление в использовании энергии ветра - выработка электроэнергии, при этом, 70% стоимости установки составляет устройство адаптации вырабатываемой элек­ троэнергии к требованиям сети или индивидуального потребителя. Весьма перспек­ тивно, в этой связи, использовать энергию ветра для получения сжатых сред, напри­ мер, сжатого воздуха, в котором нуждаются многие предприятия. В этом случае ре­ шаются многие проблемы, связанные с использованием энергии ветра, например, проблема неравномерности выработки энергоресурса и его аккумуляции. Как из­ вестно, производство сжатого воздуха является энергоемкой операцией: современ­ ным компрессорам при КПД » 0,8 на получение кубического метра давлением 0,8 МПА необходимо около 3-10 кДж энергии, или на ЫО м расходуется не менее ЫО кВт-ч. В Российской Федерации разработана модульная установка, размещае­ мая на крыше производственного здания, для получения сжатого воздуха с помо­ щью винтового компрессора, использующего энергию ветра. Диаметр платформы составляет 12 метров, диаметр ротора ветроколеса Дарье равен 3,5 метра. Располо­ жено оно в вертикальном канале, что снимает ряд проблем, связанных с эксплуата­ цией ветроколеса. На крыше здания длиной 200 метров располагается 8 модулей

283

минеральную вату, фольгированную алюминием, пенополистирол и другие мате­ риалы. Снижение потерь за счет излучения с фронтальной поверхности достигают путем устройства двух - и даже трехслойного остекления. Нанесение селективного покрытия на поглощающую пластину также позволяет уменьшить потери излучения в инфракрасной части солнечного спектра. Эти покрытия обладают высокой погло­ щательной способностью в спектре солнечного излучения и, одновременно, харак­ теризуются низкой поглощательной способностью, а следовательно, и низкой сте­ пенью черноты в области длинноволнового инфракрасного излучения, доля которо­ го возрастает при увеличении температуры поглощающей пластины. К материалам, обладающим селективными свойствами относятся «черный никель», «черный хром», оксид натрия и др. Селективные свойства этих материалов характеризуются большой величиной отношения а!г (а-поглощательная способность покрытия, г - степень черноты поглощающей поверхности).

Селективное покрытие можно наносить на внутреннюю поверхность прозрач­ ной защиты. В этом случае покрытие также должно быть прозрачным, например, из полупроводникового материала. С учетом всех усовершенствований КПД современ­ ных коллекторов доведен до 45-60%.

Трудности использования ВИЭ достаточно многочисленны. Это, прежде всего, необходимость резервирования источников питания для потребителей соответст­ вующих категорий по надежности электроснабжения из-за неравномерности выра­ ботки энергии установками, использующими солнечное излучение и энергию ветра. Но основные трудности использования ВИЭ имеют место из-за низкой плотности потока (~1 кВт/м ) энергии солнца и ветра (в паровых котлах ~100 кВт/м ), что при­ водит к резкому увеличению размеров оборудования, а следовательно, к большим затратам энергии на выработку необходимых конструкционных материалов (про­ шлые затраты). Вся бестопливная энергетика, все ВИЭ, если они включаются в энергетический комплекс, должны удовлетворять естественному условию: давать экономию топлива большую, чем затраты топлива на создание установки на базе ВИЭ. Иначе создание такой установки бессмысленно. Естественно, что небольшие энергоустановки в тех районах, где нет соответствующей инфраструктуры, этому условию удовлетворять не должны, что объясняет наибольшее распространение в

286

настоящее время ветроустановок мощностью до 5 кВт. Это механизация работ на удаленных объектах (водоподъем, мелиорация, орошение, катодная защита трубо­ проводов, освещение и отопление) в местах удаленных от электросетей энергосис­ темы, куда доставка топлива обходится дорого.

Интересна установка водоподъема, например, в водонапорную башню без за­ трат энергии традиционных источников. Она успешно заменяет традиционные насо­ сы с механическим (электрическим) приводом для подачи воды из равниннъхх водо­ емов или водопроводов. Для оценки ее возможностей достаточны такие цифры: по­ ток воды с напором 2 м позволяет 10% его расхода поднять на высоту 12 м, КПД со­ ставляет величину около 60%. На рис.9.8 приведена принципиальная схема такой установки, получившей название "гидравлический таран". Вода (с расходом М, кг/с) из источника по питающему водоводу опускается на высоту Н метров. В результате потенциальная энергия воды (MgH) преобразуется в кинетическую энергию потока, которая далее снова превращается в потенциальную энepгию(mgll) в ходе подъема части воды (с расходом т , кг/с) на высоту й метров. Протекает процесс следующим образом:

-при открытом отбойном и закрытом напорном клапанах вода по питающему во­ доводу вытекает наружу, имея кинетическую энергию в соответствии с законами сохранения; гидродинамические силы потока воды увлекают за собой отбойный клапан, который в конечном итоге перекрывает свободный сток воды;

-за счет динамического напора поток открывает напорный клапан и поступает внутрь напорного колпака, находящегося под избыточным давлением столба во­ ды й. За счет динамического напора часть воды по нагнетательному трубопрово­ ду поступает в приемную емкость, часть поступает непосредственно в напорный колпак, сжимая находящийся в его верхнем объеме воздух;

-в определенный момент, когда кинетическая энергия потока в водоводе расходу­ ется на увеличение потенциальной энергии воды в приемной емкости за счет по­ данной свежей порции воды и увеличение внутренней энергии воздуха в напор­ ном колпаке. Скорость потока падает до нуля и напорный клапан под действием сил собственного веса закрывается. Сжатый воздух расширяется до начального

287

Для современной цивилизации эффективное и грамотное использование энерго­ ресурсов имеет решающее значение для обеспечения производства и жизнедеятель­ ности людей. Рациональное потребление всех видов энергоресурсов, а особенно ор­ ганического топлива, которое также является ценнейшим сырьем для химической промышленности, представляет собой одну из важнейших научно-технических про­ блем. Ее эффективное решение возможно лишь при системном подходе и объедине­ нии усилий специалистов разного профиля: энергетиков, технологов, техников, строителей и т.д.

Важное значение имеет также понятие энергетической культуры всего населе­ ния, воспитание с детских лет бережного отношения к тепловой и электрической энергии, топливу, воде и т.д. Планируя и осуществляя производственную деятель­ ность на современном этапе, необходимо помнить о ее экологических последствиях и энергетических нуждах будущих поколений человечества, которые могут оказать­ ся в весьма затруднительном положении уже в обозримой перспективе из-за непро­ думанного, нецивилизованного отношения к энергоресурсам своих предшественни­ ков. В этом состоит морально-этический аспект энергоиспользования и ресурсосбе­ режения.

Разработка методов и средств рационального применения и экономии энергоре­ сурсов в системах энергообеспечения и энерготехнологических установках про­ мышленных предприятий связана с решением достаточно большого комплекса за­ дач, направленных на оптимизацию режимов и структуры энергопотребления, а также на снижение энергоемкости единицы продукции.

К наиболее эффективным энергосберегающим мероприятиям относятся:

-Переход на энергоэффективные технологические процессы, сокращение ма­ териалоемкости выпускаемой продукции, повышение уровня организации производства;

-Совершенствование структуры энергетического оборудования, вывод из экс­ плуатации устаревшего и неэффективного оборудования;

-Разработка и внедрение энергоэффективных электроприемников, электро­ оборудования и электроприводов, совершенствование управления их режи­ мами;

289