Часть IV. Городские системы энергобеспечения Глава. 1. Характеристика систем энергобеспечения

1.1. Основные понятия и определения

В современном представлении энергия - это особая форма материи, которая проявляет себя в различных процессах, переходя из одного состояния в другое, из одной форму в другую. Существует много видов энергии, в частности, потенциальная энергия гравитации, кинетическая энергия движущихся частиц, химическая энергия топлива, электрическая энергия и другие. Существует большое разнообразие энергоресурсов - носителей энергии, которые могут быть использованы в качестве источника энергии. Различают возобновляемые энергетические ресурсы, например, гидроэнергия, и не возобновляющиеся, например, запасы органического топлива. Значительная часть энергии поступает на поверхность Земли от Солнца. Интенсивность солнечного излучения составляет 1,4 кВт/м², из которого утилизируется 60-70%, а остальное рассеивается прямым отражением. Другая часть энергии поступает в результате сжигания органического топлива, которое обязано своим происхождением Солнцу и фотосинтезу растений доисторических времен. К основному количеству энергии, производимому на основе органического топлива, в настоящее время добавляются источники ядерного деления и геофизической энергии солнца, ветра, воды и земли.

Для научно-технической революции второй половины XX века характерен быстрый рост потребления различных видов энергии. Благодаря достижениям науки и техники в большинстве стран мира созданы специальные системы энергоснабжения, включающие системы добычи, производства, распределения и потребления топлива, электро- и теплоэнергии.

В настоящее время система энергоснабжения Российской Федерации представляет собой межотраслевой топливно-энергетический комплекс, который охватывает всю совокупность процессов преобразования, распределения и использования всех видов энергоресурсов от их добычи до приемников энергии включительно. Особенностью этого комплекса является: 1) непрерывность, а часто неразрывность во времени основных процессов производства и потребления; 2) широкая взаимозаменяемость производимой продукции; 3) ограниченные возможности аккумулирования, накопления продукции.

Топливно-энергетический комплекс оказывает определяющее влияние на формирование основных пропорций и эффективность функционирования экономики страны. Так, на его развитие ежегодно затрачивается около 30% всех капиталовложений, в нем занято более 15% всех трудящихся, которые работают на двух тысячах шахт, карьеров, нефтяных и газовых промыслах, нефтеперерабатывающих и углеобогатительных предприятиях, нескольких тысячах электростанций разной мощности и на сотнях тысяч котельных.

Энергетика в ее широком смысле может считаться адекватной топливно-энергетическому комплексу или энергетическому хозяйству. По характеру трансформации энергетических ресурсов энергетическое хозяйство можно разделить на следующие стадии: 1) добычи (производства) первичных энергетических ресурсов; 2) облагораживания (сортировки, обогащения, брикетирования и т. д.) и переработки (газификации, переработки нефти и др.) природных энергоресурсов; 3) преобразования одних видов энергии в другие - производства пара, горячей воды и электроэнергии, происходящие с изменением физико-химичес-ких основ и агрегатного состояния ресурса; 4) конечного использования энергоресурсов для производства неэнергетической продукции, работы транспорта, оказания производственных и культурно-бытовых услуг населению. Различают следующие процессы конечного использования энергоресурсов: 1) силовые процессы непосредственного воздействия, в том числе двигательные для привода различных механизмов и машин; 2) тепловые высокотемпературные процессы плавки, обжига и т.п.; 3) тепловые средне- и низкотемпературные процессы: а) технологические - варки, сушки и другие; б) бытовые - отопления, вентиляции, горячего водоснабжения; 4) освещения; 5) электрохимические и электрофизические процессы, в том числе сварка, резка, электролиз и другие; 6) средства связи и управления; 7) ионизирующего излучения. Все эти процессы можно признать энергетическими.

Устройство, которое служит для осуществления того или иного процесса преобразования энергии, называют энергетической установкой. Статической характеристикой непрерывно развивающегося энергетического хозяйства, его основных элементов, процессов и установок служит энергетический баланс. Термин энергетический баланс в узком смысле определяет полное количественное равенство между суммарной подведенной энергией, с одной стороны, и суммой полезной энергии и ее потерями - с другой. Здесь полезная или конечная энергия - это количество энергии, теоретически необходимой для осуществления тех или иных энергетических процессов. Потери энергии - это непроизводительные затраты энергии, вызванные несовершенством применяемой техники и технологии. В широком смысле термин энергетический баланс определяется как полное количественное соответствие (равенство) перетоков всех видов энергии и энергетических ресурсов между стадиями их добычи, переработки, преобразования, транспорта, распределения, хранения и конечного использования в целом по народному хозяйству в территориальном или производственно-отраслевом разрезе.

Энергетический баланс отражает закон сохранения вещества и энергии. Отношение всего количества полезной энергии, использованной в экономике страны или на отдельном ее участке, к суммарному количеству израсходованной энергии в пересчете на первичную энергию называют коэффициентом полезного использования энергии. Отношение всего количества энергии, полезно использованной в установке, к количеству подведенной энергии называют коэффициентом полезного действия энергетической установки. Эти коэффициенты характеризуют общую эффективность энергетических процессов.

Итак, современное энергетическое хозяйство - это сложный, непрерывно развивающий межотраслевой комплекс, охватывающий совокупность энергетических процессов от добычи до конечного использования всех видов энергетических ресурсов.