1553

Основы энергосбережения

Лекция

Энергетика

Восполняемые и невосполняемые энергетические ресурсы. Виды топлива, их характеристика и запасы. Тепловые и атомные электрические станции (ТЭС и АЭС), гидроэлектростанции. Транспортирование и потребление тепловой и электрической энергии. Электроэнергетические системы и электрические сети. Структура потребления ТЭР.

Русский

2013-01-06

196.5 KB

233 чел.

Лекция 1. Введение в дисциплину “Основы энергосбережения“

  •  Цель дисциплины ее задачи и содержание;
  •  Энергетика, энергосбережение и энергетические ресурсы;
  •  Топливно-энергетические ресурсы.Энергетические ресурсы;
  •  Восполняемые и невосполняемые энергетические ресурсы;
  •  Виды топлива.

 Цель дисциплины ее задачи и содержание

  •  - История развития цивилизации с технической точки зрения – это история создания и накопления технологий, а любая технология подразумевает под собой использование энергии в той или иной форме.
  •  - Уровень жизни любого государства зависит от производства ВВП, который характеризуется важными параметрами энерго- и наукоемкостью.
  •  Цель дисциплины – заключается в формировании у специалиста правильного подхода к постановке и решению проблем эффективного использования топливно-энергетических ресурсов (ТЭР) на основе мирового опыта и государственной политики в области энергосбережения.
  •  Перед государством стоит задача энергосбережения и снижения энергоемкости валового внутреннего продуктка.
  •  Для решения этой задачи необходимо:
  •  - создание системы подготовки специалистов в области энергосбережения, энергосберегающих технологий и энергетического менеджмента;
  •  - обеспечить перестройку мышления общества в целом, радикально изменить его отношение к проблеме энерго- и ресурсосбережения.
  •  Энергосбережение – это та проблема, которую необходимо решать в любом государстве, независимо от уровня благосостояния страны.

Задачи дисциплины:

  •  дать студентам основные знания по источникам энергии, вопросам производства, распределения и потребления энергии, экономики энергии, экологическим аспектам энергосбережения;
  •   ознакомить студентов с мировыми и государственными показателями, программами и мероприятиями по эффективному использованию энергетических ресурсов;
  •  ознакомить студентов с приоритетными направлениями энергосбережения по различным отраслям народного хозяйства;
  •  дать знания по организации и управлению энергосбережением на производстве путем внедрения энергетического менеджмента, по оценке эффективности инвестиций в энергосберегающие мероприятия на основе анализа затрат;
  •  дать студентам знания по основным энергосберегающим процессам, технологиям, установкам и аппаратам, применяемым в промышленности.

В результате изучения дисциплины студент должен:

  •  владеть представлениями о современных приемах и средствах управления энергоэффективностью и энергосбережением;
  •  владеть основными приемами по выявлению и внедрению новых энергоэффективных технологий в различных отраслях народного хозяйства, а также нетрадиционных и экологически чистых энергоисточников;
  •  владеть основными приемами осуществления энергетического анализа технологических процессов и устройств, оценки их функциональной экономической эффективности, а также эффективности энергосберегающих мероприятий;
  •  иметь представление об организации контроля и учета использования энергоресурсов;
  •  уметь пропагандировать идеи энергосбережения на всех уровнях управления производством и в различных слоях населения.

Энергосбережение – та проблема, решать которую приходится в любом государстве, независимо от уровня благосостояния страны. Скорее даже наоборот. Чем больше внимания уделяется вопросам энергоэффетивности, – тем выше жизненный уровень нации. Для Украины, вынужденной 55% энергоресурсов закупать за границей, это особенно актуально. Сама жизнь сегодня заставляет считать, экономить, жить по средствам.

Энергетика, энергосбережение и энергетические ресурсы

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

Топливно-энергетические ресурсы (ТЭР) – совокупность всех природных и преобразованных видов топлива и энергии, используемых в республике;

Эффективное использование топливно-энергетических ресурсов – использование всех видов энергии экономически оправданными, прогрессивными способами при существующем уровне развитии техники и технологий и соблюдении законодательства;

Нетрадиционные и возобновляемые источники энергии – источники электрической и тепловой энергии, использующие энергетические ресурсы рек, водохранилищ и промышленных водостоков, энергию ветра, солнца, редуцируемого природного газа, биомассы ( включая древесные отходы), сточных вод и твердых бытовых отходов;

Вторичные энергетические ресурсы (ВЭР) – энергия, получаемая в ходе любого технологического процесса в результате недоиспользования первичной энергии или в виде побочного продукта основного производства и не применяемая в этом энергетическом процессе.

Энергетика – область человеческой деятельности, связанная с производством, передачей потребителям и использованием энергии. В мире наиболее развито производство электроэнергии, что обусловлено совершенством и сравнительной простотой преобразователей этой энергии в механическую, тепловую и другие виды энергии, возможностью транспортировки и дробления для использования многими потребителями, а также экологической чистотой использования электроэнергии в подавляющем большинстве производств. К недостаткам электроэнергии следует отнести несовершенство и громоздкость устройств для хранения и накопления электроэнергии. Поскольку большая часть электроэнергии вырабатывается на теплоэлектростанциях, к энергетике относят и топливодобывающие предприятия. Обычно рассматривают топливно-энергетический комплекс страны. Энергосбережение направлено на экономное расходование топливно-энергетических ресурсов, запасы которых на земле ограничены.

Электроэнергетика является важнейшей отраслью экономики любой страны, поскольку ее продукция (электрическая энергия) относится к универсальному виду энергии. Ее легко можно передавать на значительные расстояния, делить на большое количество потребителей. Без электрической энергии невозможно осуществить многие технологические процессы, как невозможно представить нашу повседневную жизнь без отопления, освещения, охлаждения, транспорта, телевизора, холодильника, стиральной машины, пылесоса, утюга, использования современных средств связи (телефон, телеграф, телефакс, ЭВМ), которые также потребляют электроэнергию. Одной из специфических особенностей электроэнергетики является то, что ее продукция в отличие от других отраслей промышленности не может накапливаться в запас на складе для последующего потребления. В каждый момент времени ее производство должно соответствовать ее потреблению.

Основное количество электроэнергии потребляется в промышленности.

Структура электропотребления в Украины:

Восполняемые и невосполняемые энергетические ресурсы

 Источники энергии

Источники энергии подразделяются на возобновляемые и истощаемые.

Возобновляемые источники энергии характеризуются отсутствием естественных возможностей накопления энергии, и поэтому использование их возможно по мере возникновения в них энергии. Эти источники можно разделить на две группы:

  1.  Естественные, в производстве которых лежит постоянное получение энергии Солнца (гидроэнергетика, ветроэнергетика, воспроизводимая биомасса);
  2.   Антропогенные, куда входят тепловые, органические и другие отходы деятельности человека.

Истощаемые энергетические ресурсы – это естественно образовавшиеся и накопившиеся в недрах планеты запасы веществ, способные при определенных условиях высвобождать заключенную в них энергию. Это все виды ископаемого топлива (уголь, нефть, газ, торф), при сгорании которого расходуется кислород, выделяется тепло и вредные продукты сгорания: газообразные (СО, СО2, окислы серы, азота и др.) и твердые (пылевидные и компактные). Процесс получения энергии из топлива негативно влияет в первую очередь на экологию атмосферы (например, возрастание содержания СО2 вызывает климатические изменения – парниковый эффект, уменьшение содержания О2 – одна из причин образования “озоновых дыр” – окон, через которые опасные для всего живого ультрафиолетовые излучения достигают Земли).

Особыми видами истощаемых энергетических ресурсов являются расщепляющиеся (радиоактивные) вещества, находящиеся в недрах Земли.

Виды топлива, их характеристика и запасы

Виды топлива подразделяются на следующие четыре группы:

-твердое;

- жидкое;

- газообразное;

- ядерное.

С тех пор как человек научился пользоваться огнем, ему понадобилось топливо. Главное назначение топлива получение тепла и света, т.е. энергии. В процессе эволюции и развития требования к ассортименту топлива росли. Первоначальными видами топлива были дрова, а также жир рыб и животных.

Первая промышленная революция, которая в XIX веке полностью преобразовала аграрные страны Европы, а затем и Америку, произошла в результате перехода от древесного топлива к ископаемому угольному. Потом пришла эра электричества. Открытие электричества оказало огромное влияние на жизнь человечества и обусловило зарождение и рост крупнейших городов мира.

Применение нефти (жидкий вид топлива) и природного газа в сочетании с развитием электроэнергетики, а затем и освоение энергии атома позволили промышленно развитым странам осуществить грандиозные преобразования, итогом которых стало формирование современного облика Земли.

Таким образом, к твердому виду топлива относят:

-древесину, другие продукты растительного происхождения;

-уголь (с его разновидностями: каменный, бурый);

-торф;

-горючие сланцы.

Ископаемые твердые виды топлива (за исключением сланцев) являются продуктом разложения органической массы растений. Самый молодой из них торф, представляющий собой плотную массу, образовавшуюся из перегнивших остатков болотных растений. Следующими по «возрасту» являются бурые угли - землистая или черная однородная масса, которая при длительном хранении на воздухе частично окисляется (выветривается) и рассыпается в порошок. Затем идут каменные угли, обладающие, как правило, повышенной прочностью и меньшей пористостью. Органическая масса наиболее старых из них - антрацитов претерпела наибольшие изменения и на 93 % состоит из углерода. Антрацит отличается высокой твердостью.

Естественным жидким топливом является нефть – смесь жидких углеводородов различных молекулярных весов и групп. Кроме того, в ней содержится некоторое количество жидких кислородных, сернистых и азотистых соединений. Природный газ чисто газовых месторождений состоит в основном из метана (95 –98% СН4). В искусственных газообразных топливах (газ доменных и коксовых печей, генераторный газ) метана содержится мало. Горючими составляющими в них является в основном водород Н2 и окись углерода СО.

Горючая часть топлива содержит углерод С, водород Н, кислород О, азот N и серу S. Основным элементом горючей части всех видов топлива является углерод С. Кислород и азот в топливе – органический балласт. Кислород, находясь в соединении с водородом или углеродом топлива, снижает количество теплоты, выделяющейся при сгорании. Азот при сжигании топлива в атмосфере воздуха не окисляется и переходит в продукты сгорания в свободном виде. Вредная примесь топлива – сера. При сгорании серы теплоты выделяется примерно в 3,5 раза меньше, чем при горении углерода. Содержание серы в топливе приводит к сильной коррозии низкотемпературных поверхностей нагрева. Негорючие минеральные примеси – балласт топлива. В газообразных топливах это углекислый газ СО2, азот N2 и водяные пары. В твердых топливах примеси состоят в основном из глины AL2O3 2SIO2 2H2O, свободного кремнезема SIO2 и железного колчедана FeS2. В горючих сланцах примеси – в основном кагосударствомонаты. В нефти негорючие примеси – это различные соли и окислы железа.

Различают высшую и низшую теплоту сгорания топлива. Высшей теплотой сгорания топлива Q называется количество тепла, выделяющееся при полном сгорании 1 кг твердого (жидкого) или 1 м3 нормального газообразного топлива. Теплоту сгорания топлива определяют экспериментально с помощью приборов – калориметров. Теплота сгорания топлива выражается в единицах кДж/кг.

Жидкие виды топлива получают путем переработки нефти. Сырую нефть нагревают до 300 ... 370 °С, после чего полученные пары разгоняют на фракции, конденсирующиеся при различной температуре:

- сжиженный газ (выход около 1 %); -бензиновую (около 15 %, tK = 30 ... 180 °С); еросиновую (около 17 %, tK = 120 ... 135 °С); - дизельную (около 18%, tK = 180 ... 350 °С).

Жидкий остаток с температурой начала кипения 330 ... 350 °С называется мазутом.

Газообразными видами топлива являются природный газ, добываемый как непосредственно, так и попутно с добычей нефти, называемый попутным. Основным компонентом природного газа является метан СН4 и в небольшом количестве азот N2, высшие углеводороды, двуокись углерода. Попутный газ содержит меньше метана, чем природный, но больше высших углеводородов, и поэтому выделяет при сгорании больше теплоты

В промышленности и, особенно в быту, находит широкое распространение сжиженный газ, получаемый при первичной переработке нефти. На металлургических заводах в качестве попутных продуктов получают коксовый и доменный газы. Они используются здесь же на заводах для отопления печей и технологических аппаратов. В районах расположения угольных шахт своеобразным «топливом» может служить метан, выделяющийся из пластов при их вентиляции. Газы, получаемые путем газификации (генераторные) или путем сухой перегонки (нагрев без доступа воздуха) твердых топлив, в большинстве стран практически вытеснены природным газом, однако в настоящее время снова возрождается интерес к их производству и использованию.

В последнее время все большее применение находит биогаз — продукт анаэробной ферментации (сбраживание) органических отходов (навоза, растительных остатков, мусора, сточных вод и т. д.).

Анализ оценки обеспеченности ТЭР показывает, что наиболее дефицитным видом топлива является нефть. Ее хватит по разным источникам на 25-40 лет. Затем, через 35-64 года, истощатся запасы горючего газа и урана. Лучше всего обстоит дело с углем, запасы которого в мире достаточно велики, и обеспеченность углем составит 218-330 лет.

Условное топливо. Единицы измерения

Для сравнения показателей топливопотребляющего оборудования и устройств, проведения экономических расчетов и планирования введено понятие так называемого условного топлива.

Условное топливо представляет собой единицу учета органического топлива, применяемую для сопоставления эффективности различных видов топлива и суммарного учета. Использование условного топлива особенно удобно для сопоставления экономичности различных теплоэнергетических установок.

В качестве единицы условного топлива применяется 1 кг топлива с теплотой сгорания 7000 ккал/кг (29,3 МДж/кг), что соответствует хорошему малозольному сухому углю.

Для сравнения укажем, что бурые угли имеют теплоту сгорания менее 24 МДж/кг, а антрациты и каменные угли - 23-27 МДж/кг.

Отношение Q/7000 называется калорийным коэффициентом, и его принимают для:

-нефти - 1,43;

- природного газа -1,15;

- торфа - 0,34-0,41 (в зависимости от влажности);

-торфобрикетов - 0,45 -0,6 (в зависимости от влажности);

-дизтоплива- 1,45;

-мазута- 1,37.

Теплотворная способность различных видов топлива, ккал/кг, составляет примерно:

нефть    -10 000;

природный газ  - 8 000 (ккал/ м3);

каменный уголь  - 7 000;

дрова влажностью 10 % - 3 900;

40% - 2 400;

торф влажности 10% - 4 100;

40% - 2 500.


Лекция 2. Виды, способы получения, преобразования и использования энергии

Энергия и ее виды

Согласно современным представлениям энергия – это общая количественная мера различных форм движения материи. Имеются качественно разные физические формы движения материи, которые способны превращаться одна в другую. В середине ХХ в. было установлено, что все формы движения превращаются друг в друга в строго определенных отношениях. Именно это обстоятельство и позволило ввести понятие энергии как общей меры движения материи.

Тепловые и атомные электрические станции (ТЭС и АЭС), гидроэлектростанции

Одним из наиболее совершенных видов энергии является электроэнергия. Ее широкое использование обусловлено следующими факторами:

-возможностью выработки электроэнергии в больших количествах вблизи месторождений и водных источников;

-возможностью транспортировки на дальние расстояния с относительно небольшими потерями;

-возможностью трансформации электроэнергии в другие виды энергии: механическую, химическую, тепловую, световую;

-отсутствием загрязнения окружающей среды;

-возможностью применения на основе электроэнергии новых прогрессивных технологических процессов.

Тепловая энергия широко используется на современных производствах и в быту в виде энергии пара, горячей воды, продуктов сгорания. Электрическая и тепловая энергия производится на:

  1.  тепловых электрических станциях на органическом топливе (ТЭС) с использованием в тугосударствоминах водяного пара (паротугосударствоминные установки – ПТУ), продуктов сгорания (газотугосударствоминные установки – ГТУ), их комбинаций (парогазовые установки – ПГУ);
  2.   гидравлических электрических станциях (ГЭС), использующих энергию падающего потока воды, течения, прилива;
  3.  атомных электрических станциях (АЭС), использующих энергию ядерного распада.

Тепловые электрические станции (ТЭС) можно разделить на конденсационные электрические станции (КЭС), производящие только электроэнергию (они также называются ГРЭС – государственные районные электростанции), и теплоэлектроцентрали (ТЭЦ) – электрические станции с комбинированной выработкой электрической и тепловой энергии. 

 

Нетрадиционные и возобновляемые источники энергии

- под нетрадиционными и возобновляемыми источниками энергии понимаются источники электрической и тепловой энергии, использующие энергетические ресурсы рек, водохранилищ и промышленных водостоков, энергию ветра, солнца, редуцируемого природного газа, биомассы (включая древесные отходы), сточных вод и твердых бытовых отходов.

Государственная энергетическая программа на период до 2015 г. предусматривает использование нетрадиционных и возобновляемых источников энергии в нарастающих масштабах. С учетом природных условий – это и географическое положение, и метеорологические условия республики предпочтение отдается малым гидроэлектростанциям, ветровым установкам, биоэнергетическим установкам, установкам для сжигания отходов растениеводства и бытовых отходов, гелиоводоподогревателям. Программа оценивает потенциал этих источников в 5% от всей расчетной экономии топлива, которую планируется получить за счет всех мероприятий по энергосбережению.

Основной особенностью возобновляемых источников энергии является то, что воспроизводство их энергетического потенциала происходит быстрее, чем его расходование.

Основными источниками возобновляемой энергии являются:

  1.  солнечное излучение;
  2.  гравитационное взаимодействие Солнца, Луны и Земли (имеющее следствием, например, морские приливы и отливы);
  3.  тепловая энергия ядра Земли, а также химических реакций и радиоактивного распада в ее недрах (проявляющаяся, например, в виде геотермальной энергии источников горячей воды – гейзеров).

Прямое преобразование солнечной энергии

Солнечные водоподогреватели (гелиоводоподогреватели). Преобразование солнечной энергии в тепловую обеспечивается за счет способности атомов вещества поглощать электромагнитное излучение. При этом энергия электромагнитного излучения преобразуется в кинетическую энергию атомов и молекул вещества, т.е. в тепловую энергию. Результатом этого является повышение температуры. Для энергетических целей наиболее распространенным является использование солнечного излучения для нагрева воды в системах отопления и горячего водоснабжения.

Энергетическая программа до 2015 года предусматривает крупносерийное производство гелиоводоподогревательных установок, разработанных белорусскими учеными. Основным элементов солнечной нагревательной системы является приемник, в котором происходит поглощение солнечного излучения и передача энергии жидкости.

Подогреватели воздуха. Солнечное излучение можно использовать для подогрева воздуха, просушивания зерна, для обогрева зданий. На обогрев зданий в странах с холодным климатом расходуется до половины энергетических ресурсов. Специально спроектированные или перестроенные здания для использования солнечного тепла позволяют сэкономить значительные количества топлива. Поскольку теплопроводность воздуха намного ниже, чем воды, передача энергии от приемной поверхности к теплоносителю (воздуху) происходит намного слабее. Поэтому нагреватели такого типа чаще всего изготавливают с шероховатыми (для тугосударствомулизации потока) и имеющими большую площадь приемными поверхностями (для увеличения поверхности теплообмена).

Концентраторы солнечной энергии (солнечные коллекторы). Концентрирующий коллектор включает в себя приемник, поглощающий излучение и преобразующий его в какой-либо другой вид энергии, и концентратор, который представляет собой оптическую систему, собирающую солнечное излучение с большой поверхности и направляющую его на приемник. Обычно концентратор постоянно вращается для обеспечения ориентации на Солнце. Чаще всего он представляет собой зеркало параболической формы, в фокусе которого располагается приемник излучения.

Солнечные системы для получения электроэнергии (солнечные электростанции). Концентрация солнечной энергии позволяет получать температуры до 700 С, которой достаточно для работы теплового двигателя. Например, параболический концентратор с диаметром зеркала 30 м позволяет сконцентрировать мощность излучения порядка 700 кВт, что дает возможность получить до 200 кВт электроэнергии. Для создания солнечных электростанций большой мощности (порядка 10 МВт) возможны два варианта: рассредоточенные коллекторы и системы с центральной солнечной башней.

Прямое преобразование солнечной энергии в электрическую (фотоэлектрические преобразователи) становится возможным при использовании такого физического явления, как фотоэффект. 

Фотоэффектом называются электрические явления, происходящие при освещении вещества светом, а именно: выход электронов из металлов (фотоэлектрическая эмиссия, или внешний фотоэффект); перемещение зарядов через границу раздела полупроводников с различными типами проводимости (вентильный фотоэффект); изменение электрической проводимости (фотопроводимость).

При освещении границы раздела полупроводников с различными типами проводимости (р – п) между ними устанавливается разность потенциалов (фотоЭДС). Это явление называется вентильным фотоэффектом на котором основано создание фотоэлектрических преобразователей энергии (солнечных элементов и батарей). Наиболее распространенным полупроводником, используемым для создания солнечных элементов, является кремний.

Гелиоэнергетика – солнечная энергетика, во всем мире развивается быстрыми темпами и в самых разных направлениях

Ветроэнергетика

Существуют препятствия максимального использования энергии ветра – непостоянство его направления и силы и необходимость аккумулирования энергии на случай отсутствия ветра. Поэтому ветроэнергетика может быть одним из путей получения дополнительной энергии, позволяющей сократить расход органического топлива. Проблема аккумулирования энергии – стоимость аккумуляторов достигает до 20% от стоимости всей ветроустановки.

Устройства, преобразующие энергию ветра в полезную механическую, электрическую или тепловую виды энергии, называются ветроэнергетическими установками (ВЭУ), или ветроустановками. Основными элементами ветроэлектрогенераторов являются:1) собственно ветроустановка; 2) электрогенератор; 3) система управления параметрами генерируемой электроэнергии в зависимости от изменения силы ветра и скорости вращения ветроколеса; 4) так как периоды безветрия неизбежны, то для исключения перебоев в электроснабжении ВЭУ должны иметь аккумуляторы электрической энергии или быть запараллелены с электроэнергетическими установками других типов. Одним из способов управления электроэнергией ВЭУ является выпрямление переменного тока ВЭУ и затем преобразование его в переменный ток с заданными стабилизированными параметрами.

Энергия приливов. Приливные колебания уровня океана планеты предсказуемы и связаны с гравитационным воздействием Луны на водные пространства Земли. Основные периоды этих колебаний -–суточные продолжительностью около 24 ч. и полусуточные – около 12 ч 25 мин. Разность между последовательными самым высоким и самым низким уровнями воды составляет 0,5 10 м (высота прилива). Во время приливов и отливов перемещение водных масс образует приливные течения, скорость которых в прибрежных проливах и между островами может достигать 5 м/с. Из современных приливных электростанций (ПЭС) наиболее хорошо известны крупномасштабная электростанция Ранс (Бретань, Франция) и небольшая опытная станция в Кислой Губе на побережье Баренцева моря.

Тепловая энергия Земли

Геотермальная энергия Земли, обусловленная радиоактивным распадом в недрах, в целом оценивается мощностью около 32ТВт. Если бы ее выход к поверхности земли был равномерным, то она была бы непригодна для использования. Однако значительные ее выходы локализованы в районах вулканической активности, где концентрация подземного тепла во много раз больше. По результатам обследования таких районов геотермальные ресурсы мира, в принципе доступные для использования, оценены в 140 ГВт.. Общая установленная мощность геоТЭС в мире (США, Италия, Новая Зеландия, Мексика, Япония, Исландия, Россия и др.) не превышает 1,5 ГВт (в пересчете на электроэнергию).

Транспортирование и потребление тепловой и электрической энергии.

Основными потребителями тепловой энергии являются промышленные предприятия и жилищно-коммунальной хозяйство. Для большинства производственных потребителей требуется тепловая энергия в виде пара (насыщенного или перегретого) либо горячей воды. Например, для силовых агрегатов, которые имеют в качестве привода паровые машины или тугосударствомины (паровые прессы, ковочные машины, тугосударствомонасосы и др.), необходим пар давлением 0,8 – 3,5 Мпа и перегретый до 250 - 450С.
Для технологических аппаратов и устройств (разного рода подогреватели, сушилки, химические реакторы) преимущественно требуется насыщенный или слабо перегретый пар давлением 0,3 – 0,8 МПа и вода с температурой 150С.
В жилищно-коммунальном хозяйстве основными потребителями теплоты являются системы отопления и вентиляции жилых и общественных зданий, системы горячего водоснабжения и кондиционирования воздуха. В жилых и общественных зданиях температура поверхности отопительных приборов в соответствии с требованиями санитарно-гигиенических норм не должна превышать 95С, а температура воды в кранах горячего водоснабжения должна быть не ниже 50 - 60С в соответствии с требованиями комфортности и не выше 70С по нормам техники безопасности. В связи с этим в системах отопления, вентиляции и горячего водоснабжения в качестве теплоносителя применяется горячая вода.
Системы теплоснабжения  
            
Системой теплоснабжения называется комплекс устройств по выработке, транспорту и использованию теплоты.
Снабжение теплотой потребителей (систем отопления, вентиляции, горячего водоснабжения и технологических процессов) состоит из трех взаимосвязанных процессов: сообщения теплоты теплоносителю, транспорта теплоносителя и использования теплового потенциала теплоносителя. Системы теплоснабжения классифицируются по следующим основным признакам: мощности, виду источника теплоты и виду теплоносителя. По мощности системы теплоснабжения характеризуются дальностью передачи теплоты и числом потребителей. Они могут быть местными и централизованными.
Местные системы теплоснабженияэто системы, в которых три основных звена объединены и находятся в одном или смежных помещениях.
Централизованные системы теплоснабжениясистемы, в которых от одного источника теплоты подается теплота для многих помещений.
По виду источника теплоты системы централизованного теплоснабжения разделяют на районное теплоснабжение и теплофикацию. При системе районного теплоснабжения источником теплоты служит районная котельная, теплофикации – ТЭЦ.
Теплоноситель получает теплоту в районной котельной (или ТЭЦ) и по наружным трубопроводам, которые носят название тепловых сетей, поступает в системы отопления, вентиляции промышленных и жилых зданий. В нагревательных приборах, расположенных внутри зданий, теплоноситель отдает часть аккумулированной в нем теплоты и отводится по специальным трубопроводам обратно к источнику теплоты.
Теплоносительсреда, которая передает теплоту от источника теплоты к нагревательным приборам систем отопления, вентиляции и горячего водоснабжения. По виду теплоносителя системы теплоснабжения делятся на 2 группы – водяные и паровые. В водяных системах теплоснабжения теплоносителем служит вода, в паровых – пар. В Украины для городов используются водяные системы теплоснабжения. Пар применяется на промышленных объектах для технологических целей.
Системы водяных теплопроводов могут быть однотрубными и двухтрубными. Наиболее распространенной является двухтрубная система теплоснабжения (по одной трубе подается горячая вода потребителю, по другой, обратной, охлажденная вода возвращается на ТЭЦ или котельную).
Тепловые сети
 
В Украине длина тепловых сетей (на 1996 г.) составляет: основных около 1800 км, распределительных – 3400 км.
Основными элементами тепловых сетей являются трубопровод, состоящий из стальных труб, соединенных между собой с помощью сварки, изоляционная конструкция, предназначенная для защиты трубопровода от наружной коррозии и тепловых потерь, и несущая конструкция, воспринимающая вес трубопровода и усилия, возникающие при его эксплуатации.
Трубы должны быть прочными и герметичными при максимальных давлениях и температурах теплоносителя, обладать низким коэффициентом температурных деформаций, малой шероховатостью внутренней поверхности, антикоррозийной стойкостью. Для снижения потерь теплоты на трубопроводы накладывается тепловая изоляция. Тепловая изоляция должна обладать достаточной механической прочностью, долговечностью, стойкостью против увлажнения и не создавать условий для возникновения коррозии. Температура на поверхности изоляционной конструкции не должна быть выше 60 С. Толщина слоя изоляции определяется на основе расчетов.
Прокладка трубопроводов производится над землей, на земле и под землей. При подземной прокладке трубопроводы размещаются либо непосредственно в грунте (бесканальная прокладка), либо в непроходных, полупроходных и проходных каналах.
Электроэнергетические системы и электрические сети 
Выработка электроэнергии производится на: ТЭС, ГЭС (гидравлические электрические станции), АЭС, КЭС (конденсационные электрические станции) и ТЭЦ (теплоэлектроцентрали).

Электроэнергетическая (электрическая) системаэто совокупность электрических частей электростанций, электрических сетей и потребителей электроэнергии, связанных общностью режима и непрерывностью процесса производства, распределения и потребления электроэнергии. Электрическая система – часть энергосистемы, за исключением тепловых сетей и тепловых потребителей. Электрическая сеть совокупность электроустановок для распределения электрической энергии, состоящая из подстанций, распределительных устройств, воздушных и кабельных линий электропередачи. По электрической сети осуществляется распределение электроэнергии от электростанций к потребителям. Линия электропередачи (воздушная или кабельная)электроустановка, предназначенная для передачи электроэнергии.

В нашей стране применяются стандартные номинальные (междуфазные) напряжения трехфазного тока частотой 50 Гц в диапазоне 6 – 75- кВ, а также напряжения 0,66; 0,38 кВ. Для генераторов применяют номинальные напряжения 3 – 21 кВ.

Передача электроэнергии от электростанций по линиям электропередачи осуществляется при напряжениях 110 – 750 кВ, т.е. значительно превышающих напряжения генераторов. Электрические подстанции применяются для преобразования электроэнергии одного напряжения в электроэнергию другого напряжения. Электрическая подстанцияэто электроустановка, предназначенная для преобразования и распределения электрической энергии. Подстанции состоят из трансформаторов, сборных шин и коммутационных аппаратов, а также вспомогательного оборудования: устройств релейной защиты и автоматики, измерительных приборов. Подстанции предназначены для связи генераторов и потребителей с линиями электропередачи.

Классификация электрических сетей может осуществляться по роду тока, номинальному напряжению, выполняемым функциям, характеру потребителя, конфигурации схемы сети и т.д.

По роду тока различаются сети переменного и постоянного тока; по напряжению: сверхвысокого напряжения (Uном 330 кВ), высокого напряжения Uном = 3 – 220 кВ, низкого напряжения (Uном1 кВ). По конфигурации схемы сети делятся на замкнутые и разомкнутые.

По выполняемым функциям различаются системообразующие, питающие и распределительные сети. Системообразующие сети напряжением 330 – 1150 кВ осуществляют функции формирования объединенных энергосистем, включающих мощные электростанции, обеспечивают их функционирование как единого объекта управления и одновременно передачу электроэнергии от мощных электростанций. Питающие сети предназначены для передачи электроэнергии от подстанций системообразующей сети и частично от шин 110 – 220 кВ электростанций к центрам питания (ЦП) распределительных сетей – районным подстанциям. Питающие сети обычно замкнутые. Как правило, напряжение этих сетей 110 – 220 кВ, по мере роста плотности нагрузок, мощности станций и протяженности электрических сетей напряжение иногда достигает 330 – 500 кВ.

Районная подстанция обычно имеет высшее напряжение 110 – 220 кВ и низшее напряжение 6 – 35 кВ. На этой подстанции устанавливают трансформаторы, позволяющие регулировать под нагрузкой напряжение на шинах низшего напряжения.

Распределительна сеть предназначена для передачи электроэнергии на небольшие расстояния от шин низшего напряжения районных подстанций к промышленным, городским, сельским потребителям. По характеру потребителя распределительные сети подразделяются на сети промышленного, городского и сельскохозяйственного назначения.

Для электроснабжения больших промышленных предприятий и крупных городов осуществляется глубокий ввод высокого напряжения, т.е. сооружение подстанций с первичным напряжением 110 – 500 кВ вблизи центров нагрузок. Сети внутреннего электроснабжения крупных городов – это сети 110 кВ, в отдельных случаях к ним относятся глубокие вводы 220/10кВ. Сети сельскохозяйственного назначения в настоящее время выполняют на напряжение 0,4 – 110 кВ.

Транспорт энергии

Потребление энергии растет с каждым годом. Вместе с тем места расположения электростанций не могут быть выбраны произвольно.

Два обстоятельства – рост потребления и, следовательно, производства электроэнергии и отсутствие свободы в выборе места расположения электростанции – делают транспорт энергии одним из важнейших вопросов современного развития энергетики.

Для ТЭС, вырабатывающих в настоящее время около 80% электрической энергии, речь может идти как о передаче электроэнергии, так и о транспорте топлива. При выборе места расположения ТЭС и ГЭС должны учитываться транспортные расходы. Для ТЭС могут рассматриваться и сопоставляться передача электроэнергии по проводам, железнодорожный и трубопроводный транспорт топлива. Для ГЭС возможна, конечно, только передача электроэнергии.

Что касается АЭС, то они находятся в выгодном положении: близость источника водоснабжения и вопросы безопасности – единственное, что связывает выбор расположения АЭС.

В настоящее время наиболее выгодным видом транспорта энергии среди всех, названных выше, считается перекачка нефти и нефтепродуктов по трубопроводам. Близка к ней по экономичности перевозка нефти и продуктов ее переработки в больших танкерах. Именно вследствие малых затрат на транспортировку мировые цены на нефть мало зависят от места ее потребления. Как и все жидкости, нефть почти не сжимаема, и поэтому расход энергии на ее перекачку определяется только необходимостью преодоления сил трения в трубопроводе, т.е. является относительно малым.

Перекачка по трубопроводам природного газа стоит уже значительно дороже. Так как газ сжимаем, то вместо употребляемых на нефтепроводах насосов здесь приходится использовать компрессоры. Расход энергии на перекачку газа гораздо больше, чем нефти.

Для снижения стоимости транспорта газа по трубопроводам приходится повышать давление перекачиваемого газа примерно до 75 - 100 атм, увеличивать диаметр газопровода примерно до 1,2 м.

 Универсальным средством транспорта энергии являются линии электропередачи, или, ЛЭП. Назначение ЛЭП – не только односторонняя передача энергии, но и осуществление связи между отдельными электростанциями и целыми энергетическими системами. Такая связь помогает повысить надежность работы энергосистемы, сократить необходимый резерв мощности, облегчить работу системы в периоды максимальной и минимальной потребности в электроэнергии.

Основными конструктивными элементами воздушных линий электропередач (ВЛ) являются провода (служат для передачи электроэнергии), тросы (служат для защиты ВЛ от грозовых перенапряжений), опоры (поддерживают провода и тросы на определенной высоте), изоляторы (изолируют провода от опоры), линейная арматура (с ее помощью провода закрепляются на изоляторах, а изоляторы на опорах).

Воздушные дальние линии электропередачи подразделяются на два основных типа: ЛЭПЕ, работающие на переменном токе, и ЛЭП на постоянном токе.

ЛЭП на постоянном токе получают все более широкое применение в силу:

- более высокого допустимого рабочего напряжения в линии (в 1,5 – 2 раза больше, чем для ЛЭП на переменном токе);

- ЛЭП на постоянном токе могут сооружаться на более дальние расстояния;

- в случае применения ЛЭП на постоянном токе для связи энергетических систем исключается необходимость в синхронизации систем и строгом уравнивании их частот. ЛЭП на постоянном токе более выгодно использовать для передачи энергии на большие расстояния. Например, из Восточной Сибири, где имеются огромные ресурсы угля и гидроэнергии, в европейскую часть.

Перспектива развития передачи электроэнергии по проводам связывается не только с воздушными, но и кабельными ЛЭП. Под кабельной ЛЭП понимается такой способ передачи электрической энергии, при котором токопроводящие провода вместе с электрической изоляцией заключены в герметическую оболочку. Силовые кабели обычно располагают под землей.

Одной из перспектив развития кабельных ЛЭП является использование изоляции, представленной газом, находящимся под высоким давлением и обладающим низкой электропроводностью и высокой электрической прочностью. Таким газом, уже нашедшим применение в технике, является шестифтористая сера SF6, именуемая среди электротехников элегазом.

Другое интересное направление развития ЛЭП заключается в создании так называемых криогенных и сверхпроводящих линий электропередачи. Идея криогенных ЛЭП основывается на известном факте, что электрическое сопротивление металлов (особенно чистых) падает со снижением их температуры. Сверхпроводимость – источник создания сверхпроводящих ЛЭП. Это явление, практическое использование которого связывают многие направления технического прогресса, состоит в том, что при достижении определенных низких температур некоторые чистые металлы и сплавы становятся сверхпроводящими, т.е. их электрическое сопротивление делается равным нулю. Температура, при которой это происходит, именуется критической.

Преимущества сверхпроводящей ЛЭП очевидна: отсутствие потерь электроэнергии и большая экономия металла, из которого делаются провода. Но прежде чем сверхпроводящие ЛЭП войдут в нашу жизнь придется решить непростые задачи. Это стоимость сверхпроводящих материалов, значительные расходы энергии для поддержания необходимой низкой температуры сверхпроводника. Для этого необходимо иметь криогенное оборудование, стоимость которого тоже значительна.


Лекция 3. Структура энергопотребления. Основные направления энергосбережения. Вторичные энергетические ресурсы (ВЭР)

Структура потребления ТЭР

- Валовое потребление топливно-энергетических ресурсов /ТЭР/ в Украине к 2020 году возрастет на 16% по сравнению с уровнем 2000 года и составит 90 млн. тонн условного топлива. Это предусмотрено разработанным в нынешнем году топливно-энергетическим балансом Украины на период до 2020 года. Потребности республики в энергоносителях определены с учетом роста ВВП в прогнозируемый период в 2,5-3 раза.

- В Украине наиболее динамично будет расти потребление угля. Предполагается, что основным потребителем данного топлива станет электроэнергетика.

- В 2020 году, по сравнению с 2000 годом, наша страна будет на 115% больше потреблять местных видов топлива. Ожидается, что на 40% увеличится потребление нефти и нефтепродуктов.

- Основным видом топлива для производства электрической энергии останется природный газ. В то же время объем его потребления в 2020 году сократится на 1,5% по отношению к уровню 2000 года. Интенсивное использование других видов топлива позволит частично вытеснить природный газ из топливно-энергетического баланса страны. Его доля в валовом потреблении ТЭР снизится почти на 9% и составит 49%.-0-

О Государственной политике в сфере энергосбережения

Важнейшим приоритетом государственной энергетической политики в Украине наряду с устойчивым обеспечением страны энергоносителями является создание условий для функционирования и развития экономики при максимально эффективном использовании топливно-энергетических ресурсов (ТЭР).

Основными задачами по энергоэффективности являются:

— проведение государственной политики в сфере энергосбережения;

— осуществление государственного надзора за рациональным использованием топлива, электрической и тепловой энергии.

Стратегической целью деятельности в области энергосбережения является снижение энергоемкости внутреннего валового продукта (ВВП) и, как следствие, снижение зависимости республики от импорта ТЭР, что может быть достигнуто за счет:

— повышения эффективности использования энергоносителей в результате внедрения новых энергосберегающих технологий, оборудования, приборов и материалов, утилизации вторичных энергоресурсов и др.;

— структурной перестройки отраслей экономики и промышленности;

— оптимизации топливного баланса республики с увеличением доли местных видов топлива, нетрадиционных и возобновляемых источников энергии.

Основными принципами государственного управления в сфере энергосбережения являются:

* осуществление государственного надзора за рациональным использованием топливно-энергетических ресурсов;

* разработка государственных и межгосударственных научно-технических, республиканских, отраслевых и региональных программ энергосбережения и их финансирование;

* международное сотрудничество в сфере энергосбережения;

* приведение нормативных документов в соответствие с требованием снижения энергоемкости материального производства, сферы услуг и быта;

* создание системы финансово-экономических механизмов, обеспечивающих экономическую заинтересованность производителей и пользователей в эффективном использовании топливно-энергетических ресурсов, вовлечении в топливно-энергетический баланс нетрадиционных и возобновляемых источников энергии, а также в инвестировании средств в энергосберегающие мероприятия;

* повышение уровня самообеспечения республики местными топливно-энергетическими ресурсами;

* осуществление государственной экспертизы энергетической эффективности проектных решений;

* создание и широкое распространение экологически чистых и безопасных энергетических технологий, обеспечение безопасного для населения состояния окружающей среды в процессе использования топливно-энергетических ресурсов;

* реализация демонстрационных проектов высокой энергетической эффективности;

* информационное обеспечение деятельности по энергосбережению и пропаганда передового отечественного и зарубежного опыта в этой области, включающие проведение выставок, конгрессов, конференций и семинаров;

* обучение производственного персонала и населения методам экономии топлива и энергии, подготовка кадров;

* создание других экономических, информационных, организационных условий для реализации принципов энергосбережения.

Экономические показатели развития последних лет не только подтверждают правильность выбранной правительством политики в отношении эффективного использования энергоресурсов, но и убеждают, что альтернативы ей нет.

Эффективность проводимой государственной политики в сфере энергосбережения подтверждается тем фактом, что с 1996 года прирост валового внутреннего продукта (ВВП) обеспечивается практически без увеличения энергопотребления, за последние 9 лет значение показателя энергоемкости ВВП снижено более чем в 1,75 раза.

Энергоемкость ВВП в Украины достаточно высоко в сравнении с развитыми странами Европы и Америки.

Общий потенциал энергосбережения в республике оценивается на уровне 30 процентов валового потребления ТЭР. Основные пути его реализации: структурная перестройка экономики (около 30 процентов), научно-технический прогресс (около 50 процентов), совершенствование организационных и экономических механизмов стимулирования энергосбережения (около 20 процентов).

К основным техническим приоритетам деятельности в области энергосбережения относятся:

— повышение эффективности работы генерирующих источников за счет изменения структуры генерирующих мощностей в сторону расширения внедрения парогазовых и газотугосударствоминных технологий, увеличения выработки электроэнергии на тепловом потреблении, преобразования котельных в мини-ТЭЦ, оптимизация режимов работы энергоисточников и распределения нагрузок энергосистемы;

— модернизация и повышение эффективности работы котельных за счет перевода паровых котлов в водогрейный режим, модернизации тепловой изоляции на всех элементах и оборудовании котельных и тепловых сетей; отбора дутьевого воздуха с верхней части здания котельных; установки экономайзеров и других теплообменников для утилизации ВЭР, оснащения котлов автоматикой контроля процессов сжигания и регулирования либо производственного контроля (мониторинга) топочного режима котлов на базе портативных измерителей тепловых потерь в увязке с режимами потребления тепловой энергии, установки аккумуляторов теплоты и др.;

— внедрение котельного оборудования, работающего на горючих отходах производства, сельского и лесного хозяйства, деревообработки;

— снижение потерь и технологического расхода энергоресурсов при транспортировке тепловой и электрической энергии, природного газа, нефти и нефтепродуктов за счет снижения расходов на собственные нужды обслуживаемых подразделений, технического перевооружения и оптимизации режимов загрузки электрических сетей и трансформаторных подстанций, тепловых сетей и тепловых пунктов, компрессорных станций на газопроводах, насосных в тепловых сетях, на нефте- и продуктопроводах с внедрением регулируемого электропривода;

— создание мини-ТЭЦ на базе ПГУ и ГТУ на компрессорных станциях газопроводов;

— создание технических условий (объединение тепловых сетей, строительство перемычек, аккумуляторов теплоты и т.п.) для максимальной передачи нагрузок от котельных любых ведомств на ТЭЦ со стоимостью тепловой энергии для владельцев котельных на уровне ее себестоимости на ТЭЦ;

— наладка и автоматическое регулирование гидравлических и тепловых режимов тепловых сетей (перерасчет и шайбирование, замена сетевых насосов, регулировка и т.п.);

— замена отопительных электрокотельных на топливные котлы (преимущественно на местных видах, горючих отходах), а также перевод всевозможных электросушильных установок и нагревательных печей (где это целесообразно) на топливоиспользующие установки;

— внедрение автоматических систем регулирования потребления энергоносителей в системах отопления, освещения, горячего и холодного водоснабжения и вентиляции жилых, общественных и производственных помещений, в технологических установках всех типов;

— разработка и внедрение новых энергосберегающих технологий при нагреве, термообработке, сушке изделий, новых строительных и изоляционных материалов с улучшенными теплофизическими характеристиками и, в частности, спецдобавок при производстве железобетонных изделий; энерготехнологических комплексов при производстве цемента, стекла, кирпича, переработке нефти, на предприятиях химической и пищевой промышленности и т.п.;

— дальнейшее развитие системы учета всех видов энергоносителей, включая учет их расхода на отопление жилых помещений, а также внедрение многотарифных счетчиков энергии;

— максимальная утилизация тепловых вторичных энергоресурсов (горячей воды, конденсата, дымовых газов, вентвыбросов, канализационных стоков) в технологических процессах, системах отопления и горячего водоснабжения промышленных узлов и отдельных городов и населенных пунктов;

— разработка и внедрение эффективных биогазовых установок для производства горючих газов и удобрений из отходов животноводства, растениеводства, специально выращиваемой биомассы;

— разработка и внедрение технологии использования бытовых отходов и мусора для топливных целей;

— внедрение теплонасосных установок на промышленных предприятиях в централизованных и индивидуальных системах отопления;

— экономически целесообразное внедрение ветро-, гелио- и других нетрадиционных источников энергии;

— техническое перевооружение автомобильного транспорта и тракторов, включая перевод на дизельное топливо, сжиженный и сжатый природный газ, разработка и внедрение экономичных двигателей, совершенной системы диагностики и регулирования, оптимальных режимов эксплуатации;

— разработка и внедрение технологии получения топлива для дизельных установок из метанола и рапсового технического масла;

— разработка, организация производства и внедрение энергосберегающего оборудования, приборов, материалов;

— децентрализация систем энергообеспечения потребителей теплом, топливом, сжатым воздухом с малыми нагрузками и резкопеременными режимами работы;

— максимальное снижение энергозатрат в жилищно-коммунальном хозяйстве путем внедрения регулируемых систем отопления, вентиляции, горячего водоснабжения, освещения и утилизации тепла вентвыбросов, сточных вод, использования энергоэффективных строительных материалов, конструкций, гелиоподогревателей;

Вторичные энергетические ресурсы (ВЭР)

Согласно закону “Об энергосбережении”, вторичные энергетические ресурсы – это энергия, получаемая в ходе любого технологического процесса в результате недоиспользования первичной энергии или в виде побочного продукта основного производства и не применяемая в этом технологическом процессе.

Необходимость использования ВЭР объясняется тем, что коэффициент полезного использования (КПИ) энергоресурсов – главный показатель эффективности производства – не достигает 40%, что свидетельствует о существовании больших ресурсов экономики. Утилизация ВЭР позволяет получить большую экономию топлива и существенно снизить капитальные затраты на создание соответствующих энергосберегающих установок.

На современных нефтеперерабатывающих заводах в процессе тепловой переработки затрачивается до 12% нефти, теплота, от сжигания которой рассеивается в атмосфере, т.е. теряется безвозвратно. Велики тепловые потери и на газокомпрессорных станциях магистральных газопроводов. Большие количества топлива потребляет и химическая промышленность, а также производство строительных материалов: цемента, керамики, кирпича, стекла, железобетонных изделий и т.п.; потери теплоты в них достигают 40 – 50%.

Значительное количество теплоты (более 70%) рассеивается с выхлопными газами, имеющими температуру 270 - 400С, газотугосударствоминных установок (ГТУ), на компрессорных станциях магистрального газопровода.

Теплота отработанных газов двигателей внутреннего сгорания (ДВС) может быть использована для отопления транспортных средств. Эти задачи решаются с помощью теплообменников на тепловых трубах.

Применительно к ВЭР вводятся следующие термины и понятия;

Общие энергетические отходы – это энергетический потенциал всех материальных потоков на выходе из технологического агрегата (установки, аппарата) и все потери энергии в агрегате.

Общие энергетические отходы подразделяются на три потока:

  1.  неизбежные потери энергии в технологическим агрегате;
  2.  энергетические отходы внутреннего использования – энергетические отходы, которые возвращаются обратно в технологический агрегат за счет регенерации и рециркуляции;
  3.  энергетические отходы внешнего использования – энергетические отходы, представляющие собой вторичные энергетические ресурсы.

 

Различают ВЭР: горючие, тепловые и избыточного давления.

Горючие ВЭР – это горючие газы и отходы одного производства, которые могут быть применены непосредственно в виде топлива в других производствах. Это доменный газ – металлургия; щепа, опилки, стружка – деревообрабатывающая промышленность; твердые, жидкие, промышленные отходы в химической и нефтегазоперерабатывающей промышленности и т.д.

ВЭР избыточного давления – это потенциальная энергия покидающих установку газов, воды, пара с повышенным давлением, которая может быть еще использована перед выбросом в атмосферу. Основное направление таких ВЭР – получение электрической или механической энергии.

Тепловые ВЭР – это физическая теплота отходящих газов, основной и побочной продукции производства; теплота золы и шлаков; теплота горячей воды и пара, отработанных в технологических установках; теплота рабочих тел систем охлаждения технологических установок. Тепловые ВЭР могут использоваться как непосредственно в виде теплоты, так и для раздельной или комбинированной выработки теплоты, холода, электроэнергии в утилизационных установках.

Температура отходящих газов различных промышленных печей и нагревательных устройств колеблется от 800 - 900 С до 900 - 1200 С в термических, прокатных и кузнечных, что позволяет в котлах – утилизаторах вырабатывать пар высоких параметров для технологических и энергетических нужд.

Основным способом утилизации теплоты уходящих газов котельных агрегатов, ТЭЦ, промышленных печей помимо использования ее для собственных нужд в различных технологических процессах является применение теплоиспользующих установок для подогрева воды или воздуха, а также паровых котлов-утилизаторов и газотугосударствоминных установок (ГТУ).

Лекция 4. Основы энергетического аудита и менеджмента. Принципы ресурсо-энергосберегающих технологий углеводородного сырья. Энергосберегающие технологии в нефтяной промышленности

Энергетическое обследование промышленных предприятий

Основными направлениями в сфере энергосбережения являются надзор за эффективным использованием ТЭР, осуществление пользователями мер по экономии ТЭР, реализация норм расхода котельно-печного топлива, электрической и тепловой энергии. Закон “Об энергосбережении” предусматривает разработку и финансирование научно-технических отраслевых и региональных программ по энергосбережению, приведение нормативных документов, принятых ранее, в соответствие с требованиями снижения энергоемкости материального производства, сферы услуг и быта, создание системы финансирования и механизмов, обеспечивающих экономическую стимуляцию внедрения энергосберегающих технологий, стимулирование применения возобновляемых источников энергии в республике, повышение уровня самообеспечения республики местными видами топлива и др. Закон также предусматривает государственную экспертизу технологий с точки зрения энергосбережения.

Энергетическое обследование позволяет предприятию оценить свои возможности в экономии энергоресурсов.

По результатам аудита составляется технический отчет, утверждаемый руководителем предприятия. Выводы по проведенному аудиту включают: резервы экономии энергоресурсов, сроки и этапы их реализации, первоочередные меры и необходимые объемы затрат.

- Энергетический аудит позволяет определить резервы экономии для каждого конкретного предприятия.

- Целью энергетического обследования предприятия является выбор оптимального режима потребления ТЭР.

Задача организаций, проводящих энергетический аудит – сделать долю энергетических затрат в себестоимости продукции разумной. По подсчетам специалистов, можно как минимум на 10% снизить потребление ТЭР. 

Энергетический аудит целесообразно проводить, начиная с изучения технологического процесса. Для этого необходимо:

а) составить схему распределения энергетических потоков по технологическим установкам и цехам;

б) определить состав энергоносителей, который участвует в технологическом процессе;

в) определить потенциал этого энергоносителя. Вышесказанное является той необходимой базой, с которой надо начинать проведение энергетического аудита.

Те схемы, которые будут составлены по результатам энергетического обследования предприятий, в дальнейшем должны превратиться в оперативные действия, по которым руководитель сможет определять необходимость подключения и отключения энергетических потоков.

Энергосбережение в отраслях ТЭК

Перечень приоритетных направлений развития науки и техники по отраслям ТЭК включает:

  •  повышение эффективности геологоразведочных работ;
  •  повышение эффективности разработки месторождений с трудноизвлекаемыми запасами в целях повышения нефтеизвлечения;
  •  повышение эффективности доразработки месторождений с остаточными запасами нефти в обводненных зонах;
  •  повышение потенциальной продуктивности средне– и низкодебитных скважин на стадии их строительства;
  •  интенсификация и повышение качества строительства скважин глубиной более 4 тыс. м.;
  •  повышение коррозионностойкости и надежности трубопроводов;
  •  повышение продуктивности добывающих скважин при разработке месторождений с низкопроницаемыми коллекторами;
  •  повышение продуктивности добывающих скважин при доразработке месторождений с остаточными запасами нефти в обводненных зонах;
  •  повышение эффективности эксплуатации газовых месторождений на завершающей стадии разработки;
  •  создание и внедрение газоперекачивающих агрегатов (ГПА) нового поколения;
  •  снижение энергоемкости транспорта газа;
  •  повышение эффективности управления электроэнергетикой;
  •  повышение эффективности использования всех видов органического топлива за счет комбинированного производства энергии и тепла на основе применения авиационных и судовых двигателей в энергоустановках малой и средней мощности в промышленности, коммунальном и сельском хозяйстве;
  •  повышение качества управлением и функционированием системы теплоснабжения;
  •  повышение долговечности, коррозионностойкости труб тепловых сетей;
  •  снижение тепловых потерь;
  •  повышение эффективности децентрализованного теплоснабжения на базе глубокого ввода природного газа.

Важным условием научно – технического прогресса в нефтяной и газовой отраслях является обеспечение их необходимыми техническими средствами, материалами и оборудованием. Для этого смежные отрасли должны освоить производство:

  •  новейших видов оборудования и материалов (компрессорных и насосных станций высокого давления, реагентов) для освоения трудноизвлекаемых запасов нефти;
  •  высокопроизводительных буровых установок, что позволит вести эксплуатационное бурение в необходимых объемах и проводить мероприятия по энергосбережению в бурении;
  •  газоперекачивающих агрегатов, необходимых как для строительства новых, так и реконструкции старых компрессорных станций;
  •  труб большого диаметра;
  •  оборудования для интенсификации и повышения нефтеотдачи пластов;
  •  фонтанной арматуры;
  •  высокоэффективных электростанций на базе авиационных и судовых двигателей.

В нефтяной отрасли использование горизонтальных скважин и гидроразрыва низкопроницаемых коллекторов, использование закачки в пласты углеводородного газа, двуокиси углерода, композиций химических веществ и других реагентов, осуществление комбинированных процессов теплового воздействия на пласты, применение процессов воздействия на пласты различными физическими полями позволит значительно сократить энергопотребление.

Для повышения утилизации нефтяного газа и обеспечения его рационального использования необходимо создание и внедрение малогабаритных автоматизированных блочных установок по его подготовке и переработке.

Решение задач повышения эффективности эксплуатации газопроводов связано с организацией и проведением периодической очистки линейной части трубопроводов, устранением утечек газа через неплотности в запорной арматуре, ликвидацией потерь транспортируемого газа при проведении разного рода профилактических планово – предупредительных ремонтов участков трубопроводов, организацией развитой системы диагностики оборудования, улучшением подготовки газа к транспорту по магистральным трубопроводам, снижающим аэродинамическое сопротивление транспортируемого газа.

Внедрение на предприятиях регулируемого электропривода большой и малой мощности для основного и вспомогательного оборудования компрессорных станций также позволит экономить энергию.

Эра неограниченных и дешевых энергоресурсов ЗАВЕРШИЛАСЬ!

Единственным ненасильственным выходом из сложившейся ситуации является ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЕ!

За последние годы энергоемкость внутреннего валового продукта в увеличилась на 15–16%, электроемкость – на 30–32%. Учитывая это, к 2012 году при ожидаемом увеличении объема произведенного ВВП на 87%, планируется обеспечить рост внутреннего потребления топливно-энергетических ресурсов всего на 10%. Такой огромный разрыв в темпах роста ВВП и потреблении ТЭР предлагается покрыть снижением энергоемкости ВВП к 2012 на 70% за счет решения следующих основных экономических и организационных задач:

  •  повышения технического уровня промышленности (проведения эффективного технического перевооружения и реконструкции действующих предприятий и строительство новых на базе современных технологий);
  •  снижения расхода энергии на технологические нужды и уменьшения потерь при транспорте электрической и тепловой энергии;
  •  повышения экономичности действующего оборудования.

Наибольшее количество энергии, расходуемой электроприводами в промышленности, приходится на насосные, компрессорные и вентиляторные установки, основной функцией которых является поддержание заданного давления (разрежения), причем расход переносимой среды, как правило, может существенно изменяться в зависимости от конкретных условий. Необходимо предусматривать средства регулирования, обеспечивающие нормальную работу системы при различных расходах. Наиболее современным способом регулирования является регулирование с помощью преобразователей частоты.

Преобразователи частоты могут применяться на всех стадиях – от нефтедобычи до нефтепереработки и выполнять следующие задачи.

Бурение скважин:

  •  регулирование скорости вращения долота бурильной колонны в зависимости от свойств разбуриваемой породы;
  •  управление производительностью бурового насоса в зависимости от глубины бурения и свойств породы. управление скоростью и моментом, реверсирование буровой лебедки в процессе бурения;
  •  уменьшение износа бурильной колонны и долота, сокращение числа подъемов–спусков рабочего инструмента;
  •  мгновенное автоматическое ограничение мощности при перегрузках, защита электродвигателя, предотвращение разрушения бурильных колонн, долот и др.;
  •  автоматическая компенсация падения напряжения в длинных питающих и выходных кабелях, оптимальное использование электродвигателей и др. электрооборудования;
  •  повышение производительности и увеличение срока службы бурового оборудования;
  •  замена электроприводов постоянного тока с коллекторным электродвигателем.

Добыча нефти:

  •  управление производительностью нефтедобывающих насосов в зависимости от дебита и глубины скважины, состава и физических свойств нефти, условий окружающей среды;
  •  автоматическое управление производительностью перекачивающих насосов для поддержания заданного давления (расхода) нефти и воды в трубопроводных системах;
  •  автоматический контроль и мгновенное ограничение перегрузок, защита оборудования;
  •  замена прямых пусков электродвигателей плавным частотным пуском;
  •  увеличение межремонтных циклов и срока службы оборудования;
  •  циклическое изменение скорости спуска–подъема штанги станка-качалки при повышении производительности;
  •  существенное снижение энергопотребления оборудования и увеличение срока его службы.

Транспортировка нефти:

  •  плавный частотный пуск мощных электродвигателей и механизмов;
  •  исключение гидравлических ударов в трубопроводных системах;
  •  энергосбережение и увеличение срока службы оборудования.

Первичная обработка и подготовка нефти:

  •  автоматическое частотное управление производительностью насосных агрегатов для поддержания технологических параметров: давления, расхода, уровня, температуры и т.п.;
  •  повышение точности и быстродействия работы запорно-регулирующей арматуры;
  •  высокая точность дозирования и подачи в нефть при ее добыче и подготовке различных реагентов;
  •  энергосбережение и увеличение срока службы оборудования.

Нефтепереработка:

  •  автоматическое частотное управление производительностью насосных агрегатов для поддержания технологических параметров: давления, расхода, уровня, температуры и т.п.;
  •  повышение точности и быстродействия работы запорно-регулирующей арматуры;
  •  увеличение производительности;
  •  энергосбережение и увеличение срока службы оборудования.

Что же касается экономической эффективности, то необходимо учитывать не только прямую экономию электроэнергии, достигающую 54–56%, но также и экономию переносимой среды (или, что наиболее актуально в нефтяной, газовой и химической промышленности, недопущение попадания агрессивной переносимой среды в окружающее пространство), тепла, ресурсов оборудования и пр.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

40776. Виды и принцип действия сканеров 614.13 KB
  Сканер изображений — устройство для считывания двухмерного (плоского) изображения и представления его в растровой электронной форме. После этого возможна программная обработка полученных данных с целью распознавания сканированного текста или векторизации графики.
40777. Цели и задачи автоматизации 204.87 KB
  Обобщенная структурная схема средств измерений Автоматизация обработки измерительной информации предполагает: включение в измерительную цепь вычислительных средств серийно выпускаемых ЭВМ; разработку специализированных средств на базе микропроцессорных средств. При автоматизации сбора измерительной информации необходимо обеспечить: унификацию выходных сигналов измерительных преобразователей; программноуправляемую коммутацию сигналов на общий канал связи; автоматический выбор диапазонов измерений. При автоматизации операций...
40778. Культура речи как наука.Стилистика 30.57 KB
  Культура речи это совокупность навыков и знаний человека обеспечивающих целесообразное применение языка для общения. СТИЛИСТИКА учение о языковых стилях как функциональных вариантах языка и речи. Для этого введем понятия функциональных стилей языка и стилей речи. Поэтика он пишет: В кругу стилистики можно различать три круга исследований которые тесно соприкасаются друг с другом взаимно пересекаются однако наделены своей проблематикой задачами и категориями: Стилистика языка как система систем или структурная стилистика.
40780. ПЕРВИЧНЫЕ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ (ДАТЧИКИ) 388.01 KB
  Примеры статической и динамической характеристик датчика: а – статическая характеристика б – динамическая характеристика Реостатные преобразователи Принцип действия и конструкция. В измерительной технике требуются реостатные преобразователи как с линейной так и с нелинейной функцией преобразования. Тензорезисторные преобразователи Принцип действия и конструкция.
40781. Фонетико-орфоэпические нормы или нормы ударения и произношения 29.73 KB
  Фонетикоорфоэпические нормы или Нормы ударения и произношения. Нормы русского литературного языка. Нормы русского ударения. Нормы русского произношения.
40783. Анализ управления финансовой устойчивостью организации 204.03 KB
  Управление финансовой устойчивостью является важной задачей менеджмента на всем протяжении существования предприятия с целью обеспечить независимость от внешних контрагентов (внешняя финансовая устойчивость - устойчивость отвечать по своим долгам и обязательствам) и рациональность покрытия активов источниками их финансирования (внутренняя финансовая устойчивость).
40784. Цифроаналоговые и аналого-цифровые преобразователи 195.92 KB
  Цифроаналоговые и аналогоцифровые преобразователи Цифроаналоговые ЦАП и аналогоцифровые преобразователи АЦП являются неотъемлемой частью автоматических систем контроля управления и регулирования. Кроме того поскольку подавляющее большинство измеряемых физических величин являются аналоговыми а их обработка индикация и регистрация как правило осуществляются цифровыми методами ЦАП и АЦП нашли широкое применение в автоматических...