Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Энергосбережение в теплоэнергетике, теплотехнике и теплотехнологиях. Учебное пособие.pdf
ная урановая руда содержит мало изотопов урана и требует предварительного обогащения.
Ядерное топливо, как правило, содержит не только изотопы вещества, поддерживающие цепную ядерную реакцию, но и изотопы,
которые в процессе реакции превращаются в искусственно получаемое
ядерное горючее.
На атомных электростанциях (АЭС) ядерное топливо используется в составе тепловыделяющих элементов (ТВЭ). Вырабо
тка элект
роэнергии на АЭС крупнейших стран-производителей атомной энергии
представлена в табл. 2.1.
Ядерное топливо является наиболее перспективным видом топлива, оказывающим незначительное негативное воздействие на окружающую среду, чем сжигание органического топлива, однако при использовании этого вида топлива (как на АЭС, так и на предприятиях
г
по его переработке и обо
ащению) необходимо решать проблему безо-
пасности и впоследствии проблему захоронения отходов [2].
Установленная мощность АЭС в России по состоянию на
2006 г. составляла 23 700 МВт [5].
Страна
Выработка электроэнер-
гии на АЭС, млрд
кВт·ч/год
Доля атомной энергии
в общей выработке
электроэнергии
Таблица 2.1
в стране, %
США 821,5 19,4
Франция 452,6 78,7
Япония 293,0 25,8
Германия 163,0 26,3
Россия 149,7 15,7
Южная Корея 146,8 37,2
Канада 92,0 15,5
Украина 88,8 48,0
11
2.2. ВОЗОБНОВЛЯЕМЫЕ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ РЕСУРСЫ
К возобновляемым энергетическим ресурсам относятся: энергия
солнца, ветра, тепла земли, естественного движения водных потоков,
геотермальных источников, энергия, выделяющаяся при переработке
биомассы.
Энергия солнца. Она используется для получения как тепловой,
так и электрической энергии. Тепловая энергия производится в коллекторах, где нагревается вода или воздух. Электрическая энергия мо-
учена двумя способами:
жет быть по
л
1) путём нагрева воды солнечными лучами, выработка пара и ис-
пользование его механической энергии в турбогенераторах;
2) использование солнечных батарей на основе фотоэлементов.
Энергия ветра. Электрическая энергия получается при использовании ветровых двигателей. В ряде стран (Германия, Франция, Канада,
США, Швеция) выработка электрической энергии ветряными электро-
о
станциями с
ставляет значительную долю от объёма всей вырабатываемой электроэнергии. В России в 2004 году общая мощность ветряных энергоустановок составляла около 13,5 МВт. Ветряные установки
наиболее целесообразно применять в местах с постоянными потоками
воздушной массы и куда затруднительно доставить топливо.
Энергия геотермальных источников. Это теплота воды и пара,
т
находящаяся в подземных гео
ермальных пластах. Она используется
как для отопления, так и выработки электрической энергии. Геотермальные станции успешно работают в Японии, Исландии, США, Италии, России. Основным недостатком геотермальных источников энергии является большая минерализация воды, что требует дополнительных мер, исключающих отложение солей на рабочих поверхностях
трубопроводов и оборудования.
Энергия естественного дв
ижения водных поток
ов. Это меха-
ническая энергия приливов и отливов, морских течений, волн, а также
энергия вследствие разности температур на различных глубинах.
Энергия при сжигании биомассы (органических отходов, в первую очередь отходов растениеводства). В последнее время во многих
странах активно занимаются выращиванием специальных технических
культур (например, рапса) для получения мот
орного топлива [2]
.
2.3. ВТОРИЧНЫЕ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ РЕСУРСЫ
Вторичные энергетические ресурсы (ВЭР) делятся на три группы:
1) топливные (горючие);
2) тепловые;
3) избыточного давления.
12
Горючие (топливные) ВЭР. К этой группе относятся побочные
горючие газы металлургических производств (коксовый, доменный,
конвертерный, генераторный газы), твёрдые и жидкие топливные отходы, непригодные для последующей технической переработки (древесные обрезки, щепа, опилки, стружка, бытовой мусор), горючие газы
и отходы, образующиеся при переработке углеродистого и углеводородного сырья и др.
Коксовый газ об
разуется пр
коксового газа: 55…60% водорода, 20…30% метана, 5…7% окиси углерода. Низшая теплота сгорания 17,2…18,8 МДж/м
и обработке каменного угля. Состав
3
.
Доменный газ (колошниковый газ). Это газ, образующийся в доменных печах в процессе получения чугуна. Его состав: 20…30% оксида углерода, 1…8% водорода и 79…62% азота и диоксида углерода.
Низшая теплота сгорания 3,6…4,6 МДж/м
3
.
Конвертерный газ образуется при конвертерной выплавке стали.
Состав: 67…80% оксида углерода, 13…16% диоксида углерода,
5…14% азота, 0…3% водорода и воды. Низшая теплота сгорания колеблется в пределах 8,4…9,2 МДж/м
3
.
Генераторный газ образуется при газификации угля в газогенераторах. В его составе содержится большое количество углекислоты.
Низшая теплота сгорания колеблется в пределах от 4 до 10 МДж/м
3
.
Тепловые ВЭР. К этой группе относятся газы (их тепловая энер-
гия), образующиеся при проведении технологических процессов, при
производстве основной и побочной продукции (например, дымовые
газы, горячий сушильный газ на выходе из сушильных установок, пары дистиллята и горячий кубовый остаток ректификационных колонн,
вентиляционный воздух, удаляемый из помещений). Сюда же относятся жидко
сти и газы в системах ох
лаждения установок, оборудования,
теплота шлаков, золы, горячей воды и пара, отработавших в технологических установках, а также теплота, отводимая с поверхности ограждений промышленных печей и др.
ВЭР избыточного давления. К этой группе относятся газы и
жидкости, уходящие из технологических установок, машин с высоким
и
избыточным давлением, когда требуется снижать это давление пр
их
дальнейшем использовании или перед выбросом в атмосферу, в водоёмы и другие приёмники (например, сжатый природный газ, поступающий в котельные установки, энергию которых можно использовать
в турбодетандерах, водяной пар, давление которого необходимо снижать перед применением в редукционно-охладительных установках).
Некоторые виды ВЭР мо
жно отнести и к гр
уппе топливной, и к
группе тепловой, и к группе избыточного давления (например, доменный газ) [2].
13
2.4. ПРОИЗВЕДЁННЫЕ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ РЕСУРСЫ
Электрическая энергия. Электрическая энергия вырабатывается
на тепловых электростанциях (ТЭС), гидроэлектростанциях (ГЭС) и
АЭС, причём более 65% всей вырабатываемой электроэнергии приходится на ТЭС.
Сведения о выработке электрической энергии различными типами электростанций в 2005 году в России приведены в табл. 2.2 [2].
Тепловые электростанции делятся на паротурбинные, газотурбинные и комбинированные (электростанции парогазового цикла),
причём окол
о 90%
всей электроэнергии, вырабатываемой в России,
приходится на паротурбинные электростанции.
Коэффициент полезного действия (КПД) паротурбинных электростанций не превышает 35…43%. Для газотурбинных он находится
в пределах 30…35%. В Западной Европе наибольшее распространение
получили комбинированные ТЭС, КПД которых составляет 50…55%.
Если на тепловых электростанциях кроме электрической энергии
вырабатывают и тепловую, то такие электростанции называются те
лоэлект
роцентралями (ТЭЦ).
п-
Выработка электроэнергии на электростанциях производится генераторами трёхфазного переменного тока, приводимыми в действие
паровыми, газовыми или гидравлическими турбинами.
Электрическая энергия передаётся по линиям электропередачи
высокого напряжения.
Тепловая энергия. Более 80% всей тепловой энергии в России
вырабатывается путём сжигания топлива в отопительных котельных,
котельных промышленных предприятий, на ТЭЦ. Она исп
сист
емах теплоснабжения ЖКХ, общественных и производственных
ользуется в
Таблица 2.2
Доля вырабатываемой электриче-
Наименование типа электростанции
ской энергии от общего объёма,
%
Тепловые электростанции и пр. 66
Гидроэлектростанции 18
Атомные электростанции 16
14
зданий (в том числе на горячее водоснабжение, вентиляцию и кондиционирование воздуха), а также на производстве для осуществления
технологических процессов (например, для термовлажностной обработки материалов, сушки, ректификации и т.д.). Небольшая часть
тепловой энергии (до 20%) вырабатывается с использованием энергии солнца и тепла геотермальных источников. В таблице 2.3 представлены сведения о вы
работке те
пловой энергии в России различ-
ными источниками.
Тепловая энергия передаётся в большинстве случаев с какимлибо теплоносителем, в основном с горячей водой, водяным паром,
в меньшей степени – с другими теплоносителями (водородом и др.).
Передача тепловой энергии осуществляется по теплопроводам –
тепловым сетям с параметрами теплоносителя: для воды 70…
150 °С, для па
ра 150…250 °С. Д
авление, как правило, не превышает
1,6 МПа.
Основные виды топливно-энергетических ресурсов представлены
на схеме (рис. 2.1).
Учёными всех стран постоянно работают над созданием новых
видов энергетических ресурсов, снижения стоимости их получения,
переработки, транспортировки и рационального применения.
Таблица 2.3
Доля вырабатываемой
Наименование источника
тепловой энергии
от общего объёма, %
Теплоэлектроцентрали 36
Крупные котельные
24
(тепловая мощность более 117 МВт)
Малые котельные
22
(тепловая мощность менее 117 МВт)
Автономные источники теплоты 14
Источники тепловой энергии,
4
использующие ядерную, солнечную
и геотермальную энергию
15
Топливно-энергетические ресурсы
Первичные Вторичные
Невозобновляемые Возобновляемые Горючие, тепловые,
(органическое, (солнце, ветер, избыточного давления
ядерное) приливы, биомасса,
геотермальные
источники,
гидроресурсы)
Произведённые
Тепловая энергия Электрическая энергия
(горячая вода, пар) (переменный и постоянный ток)
Тепловая Химическая
энергия энергия
Механическая энергия Лучистая энергия
Рис. 2.1. Основные виды топливно-энергетических ресурсов [2]
1. Какие топливно-энергетические ресурсы относятся к первич-
ным и какие нельзя отнести к первичным?
2. Что понимается под теплотой сгорания органического
топлива?
3. Назовите наиболее перспективные энергетические ресурсы,
применяемые в нетрадиционных и возобновляемых источниках энергии.
4. Равна ли высшая теплота сгорания низшей теплоте при сжига-
нии сухого угля и сухого газа?
Контрольные вопросы для самопроверки
16
5. Назовите представителей энергетических ресурсов, которые
относятся к моторному топливу.
6. Где используется тепловая энергия в системе ЖКХ и в про-
мышленности?
7. Какова доля электрической энергии, вырабатываемой в России
на АЭС, от общего объёма вырабатываемой энергии?
8. Укажите единицы измерения теплоты сгорания твёрдого
топлива.
9. Назовите основные виды ВЭР.
10. Что такое «условное то
топливо»?
11. Чем отличается ядерное топливо от ядерного горючего?
12. Назовите основных производителей тепловой энергии в Рос-
сии – котельные или ТЭЦ.
пливо» и «п
ервичное условное
17
3. ЗАКОНОДАТЕЛЬНАЯ БАЗА ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЯ
Федеральный закон Российской Федерации от 23.11.2009 г.
№ 261-ФЗ «Об энергосбережении и повышении энергетической эффективности и о внесении изменений в отдельные законодательные
акты Российской Федерации» [10] определил задачи по энергосбережению. Их реализация невозможна без выполнения комплекса мер
правового, научного, технического, производственного, организационного и экономического характера, направленных на эффективное
(рациональное) испо
льзование ТЭР (в то
м числе нетрадиционных и
возобновляемых источников энергии) на федеральном, региональном,
ведомственном и локальном уровнях.
Для выполнения разработанных мер принят ряд нормативных и
методических документов, основное назначение которых системно
упорядочить активно происходящие процессы нормативно-методического обеспечения энергосбережения на всех уровнях с использованием принципов рыночной экономики.
Цели нормативно-методиче
ского обеспеч
ения энергосбережения –
установление в отечественных государственных стандартах и регламентах:
− требований эффективного использования и сокращения потерь
ТЭР при их добыче, транспортировании, переработке, хранении, потреблении, утилизации;
− нормативных значений показателей энергетической эффек-
тивности энергопотребляющих объектов, процессов, ограничивающих
образование загрязняющих окружающую среду выбросов (твёрдых,
жидких, газообразных), шламов, смесей, шумов, по
лей, излучений
как
результат использования ТЭР;
− правил проверки соответствия энергопотребляющих объек-
тов и процессов нормативным показателям энергетической эффективности;
− порядка осуществления государственного надзора за эффек-
тивным использованием ТЭР путём проведения энергетических обследований потребителей ТЭР;
− требований обеспечения точности и единства измерений при
стве, переработке, транс-
учёте ТЭР на стадиях добычи, при произво
д
портировании, хранении и потреблении;
− правил обеспечения соответствия стандартов, норм и норма-
тивов в области энергосбережения и энергетической эффективности
18
международным, межгосударственным, региональным, зарубежным
стандартам, признанным в России;
− ограничений и(или) недопущений разработки, производства,
закупки и применения энергопотребляющих объектов с расходами
энергоресурсов, превышающими установленные стандартами и регламентами нормы;
− совершенствование федерального и регионального законода-
тельств по обеспечению энергосбережения;
− разработки программ энергосбережения, планирования и реа-
лизации энергосберегающих проектов, организации раб
от по эне
ргосбережению при создании энепропотребляющих объектов и реализации процессов;
− разработки и утверждения общетехнических стандартов, иных
нормативных и методических документов по энергосбережению в развитии нормативно-правовых актов и программ;
− проведения энергетических обследований и энергетической
паспортизации потребителей ТЭР;
− порядка и правил оценки соответствия (сертификации) мето-
дов испытаний
объектов, потребляющих ТЭР, на соответствие норма-
тивным показателям энергетической эффективности;
− норм точности: методов измерений и обеспечения единства
измерений – метрологического контроля и надзора за добычей, производством, переработкой, транспортированием и потреблением ТЭР;
− разработки стандартов на возобновляемые, новые источники
энергии, вторичные энергоресурсы и альтернативные виды топлива.
Стандартизация в области энергосбережения базирует
ся на восьми основных принципах, учитываемых в правовых, организационных и
нормативно-методических документах:
1) принцип энергетической системности;
2) принцип стадийной комплектности;
3) принцип рациональности стратегических ограничений на
использование ТЭР;
4) принцип функциональной взаимосвязанности;
5) принцип неразрывности деятельности;
6) принцип рыночной конъюнктурности;
7) принцип обязательных требований;
8) принцип паритетности.
Принцип энергетическ
ой системнос
ти
Все виды энергетических объектов имеют тенденцию к объединению во взаимосвязанные системы, служащие для обеспечения экономики страны всеми видами энергии, топлива и способные выступать
19
как единое и сложное целое, результат функционирования которого не
равен сумме результатов функционирования отдельных объектов
страны.
Принцип охватывает как уровни иерархии (разукрупнения) систем и объектов, включаемых в энергетическое хозяйство, так и уровни
управления этими системами и объектами в рамках действующего законодательства, опираясь на прогнозы, планы, программы, стандарты
енты, содержащие в себе
и другие нормативные и методические до
кум
конкретные нормативы отечественного (ГОСТР), регионального и
межгосударственного (ГОСТ) происхождения в обеспечении энергосбережения.
Принцип стадийной комплектности
Все виды энергодобывающих, энергогенерирующих, энергопреобразующих, энергопотребляющих и энергосберегающих процессов
базируются на создании и эксплуатации энерготехнологического оборудования, установок, приборов и других объектов, являющихся ре-
й в норма-
зультатом организованной, регулируемой и устано
вленно
тивно-методической документации последовательности действий определённого рода, охватываемых стандартами нормативно-методических, технологических документов.
Этот принцип предполагает установление в документации по
стадиям жизненного цикла объектов (от маркетинга до ликвидации,
утилизации или удаления) гибких, информативных, достоверных,
качественных и количественных требований и показателей энергосбережения.
Принцип рациональности стратегиче
ских ог
раничений на ис-
пользование ТЭР
Нормативно-методическое обеспечение процессов производства,
преобразования, транспортирования, хранения, утилизации ТЭР должно быть направлено на предотвращение исчерпания природных ТЭР с
учётом их разведанных запасов, рационализации способов добычи,
использования ВЭР, а также развития технологий по обеспечению заданных уровней качества продукции, процессов, работ и услуг в рамках об
язатель
ных стратегических ограничений при воздействии дополнительных регуляторов эффективности деятельности по энергообеспечению и энергосбережению.
Принцип является центральным среди других, предполагая охват
нормативно-методическим обеспечением четырёх обязательных
групп аспектных стратегий: ресурсных, производственно-технологических, экологических и социальных, четырёх видов дополнительных факторов-регуляторов: энерготранспортных, финансово-
20