Глава 1 Общая характеристика энергетики

Сибикин Ю. Д., Сибикин М. Ю.

С34 Нетрадиционные возобновляемые источники энергии Учебное издание.— М.: ИП РадиоСофт, 2008.— 228 с: ил. ISBN 978-5-93037-183-3

Рассмотрены современное состояние и перспективы исполь­зования в России и за рубежом энергии солнца, ветра, геотер­мальных вод, малых рек, океанов, морей, вторичных энергоре­сурсов и других возобновляемых источников энергиии. Приве­дены примеры их внедрения в народное хозяйство.

Для студентов энерго- и теплотехнических специальностей, а также для инженерно-технических работников, занимающих­ся решением проблем использования НВИЭ.

УДК 620 ББК 31.15

ГЯРМ 078 ч a-itnn iQii ® Ю- Д' Сибикин> М. Ю. Сибикин, 2008

ISBN 978-5-93037-183-3 © Оформление. ИП РадиоСофт, 2008


ОГЛАВЛЕНИЕ

Введение................................................................................................. 6

11редисловие.......................................................................................... 8

Глава 1 Общая характеристика энергетики

1.1.Термины и определения................................................................ 10

1.2. Традиционные и нетрадиционные источники............................... 20

1.3. Энергетическое хозяйство промышленно развитых

стран................................................................................................ 24

1.4. Ресурсная обеспеченность мировой энергетики

и перспективы ее развития............................................................ 27

1.5. Современное состояние энергетики России................................. 31

1.6. Стратегия развития отечественной энергетики

до 2020 г.......................................................................................... 39

1.7. Место нетрадиционных источников в удовлетворении
энергетических потребностей человека........................................ 40

Глава 2 Экологические проблемы энергетики

2.1. Антропогенная деятельность и ее влияние на экологию............ 43

2.2. Основные направления экологической политики

при развитии ТЭК........................................................................... 47

2.3. Виды вредностей и их воздействие на человека.......................... 50

2.4. Предельно допустимые концентрации вредных

веществ в воздухе рабочей зоны................................................... 52

2.5. Охрана атмосферного воздуха от загрязнений промышленными предприятиями 56

2.6. Инвентаризация выбросов в атмосферу загрязняющих веществ тепловых электростанций и котельных 59

2.7. Организация контроля выбросов в атмосферу

на тепловых электростанциях и в котельных............................... 65

2.8. Определение количества выбросов............................................... 69

Глава 3

Использование энергии Солнца

3.1. Физические основы процессов преобразования

солнечной энергии.......................................................................... 81





3.2. Типы солнечных коллекторов и принципы

их действия................................................................................... 91

3.3. Солнечные тепловые электростанции (СТЭС).................. 99

3.4. Солнечные фотоэлектрические станции (СФЭС)............. 102

3.5. Типы солнечных батарей......................................................... 111

3.6. Зарядка и подзарядка аккумуляторов.................................. 112



3.7. Расчет параметров солнечной батареи............................... 116

Глава 4 Использование энергии ветра

4.1. Ветроэнергетические установки............................................ 118

4.2. Запасы энергии ветра и возможности ее исполь­зования ............ 122

4.3. Сведения о ветровом кадастре России................................. 125

4.4. Расчет идеального и реального ветряка.............................. 126

4.5. Ветроэлектростанции............................................................... 132

Глава 5

Геотермальная энергетика

5.1. Источники геотермального тепла. Способы и методы его использования в мире 136

5.2. Использование геотермального тепла в Российской Федерации 138

5.3. Конструктивные особенности ГеоЭС России

и перспективы их развития ..................................................... 141

Глава 6 Использование энергии океанов и морей

6.1. Приливообразующие силы Луны и Солнца....................... ... 146

6.2. Энергетические ресурсы океанов.......................................... ... 149

6.3. Приливные электростанции.................................................... ... 150

6.4. Состояние использования энергии океанов в мире .... 153

6.5. Специфика энергетического расчета ПЭС.......................... ... 157

6.6. Непосредственное использование в графике нагрузки энергоотдачи приливов 158

6.7. Использование ПЭС в комплексе с ГЭС (ГАЭС)............... ... 159

Глава 7

Использование вторичных энергетических ресурсов

7.1. Система определений, понятий и классификация

вторичных энергетических ресурсов................................... 163


7.2. Определение выхода и использования ВЭР....................... 168

7.3. Определение экономии топлива от использования

ВЭР................................................................................................. 172

7.4. Технологии использования ВЭР при эксплуатации

и их учет при проектировании .............................................. 176

7.5. Опыт экономии тепловой энергии за счет исполь­
зования ВЭР................................................................................. 179

Глава 8 Использование производственных и сельскохозяйственных отходов, энергии малых рек и тепловых насосов

8.1. Рациональное использование биомассы............................ 187

8.2. Энергетическое использование твердых бытовых

отходов......................................................................................... 195

8.3. Малая гидроэнергетика........................................................... 205

8.4. Использование тепловых насосов........................................ 208

Глава 9

■ Перспективы использования новых видов топлива

ТЭС

На тепловых электростанциях в электроэнергию преобразу­ется теплота, выделяющаяся при сжигании топлива.

Первые ТЭС появились в конце XIX в. (в 1882 г. — в Нью-Йорке, 1883 г. — в Петербурге, 1884 г. — в Берлине) и получили преимущественное распространение. В середине 70-х годов XX в. ТЭС — основной вид электрических станций. Доля выра­батываемой ими электроэнергии составляла: в России и США 80%; в мире около 76%.


Сейчас около 50% всей электроэнергии мира производится на тепловых электростанциях. Большинство городов России снаб-

жаются именно ТЭС. Часто в городах используются ТЭЦ -

теплоэлектроцентрали, производящие не только электроэнергию по и тепло в виде горячей воды. Такая система является доволь­но таки непрактичной, так как в отличие от электрокабеля на­дежность теплотрасс чрезвычайно низка на больших расстояниях Эффективность централизованного теплоснабжения при переда­че также сильно понижается (КПД достигает 60...70%). Подсчи­тано, что при протяженности теплотрасс более 20 км (типичная ситуация для большинства городов) установка электрического бойлера в отдельно стоящем доме становится экономически вы­годна. На размещение тепловых электростанций оказывает ос­новное влияние топливный и потребительский факторы Наибо­лее мощные ТЭС расположены в местах добычи топлива Тепло­вые электростанции, использующие местные виды органических топлив (торф, сланцы, низкокалорийные и многозольные угли мазут, газ), ориентируются на потребителя и одновременно находятся у источников топливных ресурсов.

Основным оборудованием ТЭС (рис. 1.1,а) являются котел турбина, генератор. В котле при сжигании топлива выделяется тепловая энергия, которая преобразуется в энергию водяного пара. В турбине водяной пар превращается в механическую энергию вращения. Генератор превращает энергию вращения в электрическую. Тепловая энергия для нужд потребления может быть взята в виде пара из турбины либо котла.

Тепловые электростанции имеют как свои преимущества так и недостатки. Положительным по сравнению с другими типами электростанций является относительно свободное размещение связанное с широким распространением и разнообразием топливных ресурсов; способность вырабатывать электроэнергию без се­зонных колебаний. К отрицательным относятся следующие факторы: ТЭС обладает низким коэффициентом полезного действия если последовательно оценить различные этапы преобразования энергии, то увидим, что не более 32% энергии топлива превраща­ется в электрическую. Топливные ресурсы нашей планеты огра­ничены, поэтому нужны электростанции, которые не будут ис­пользовать органическое топливо. Кроме того, ТЭС оказывает крайне неблагоприятное воздействие на окружающую среду Тепловые электростанции всего мира, в том числе и России вы­брасывает в атмосферу ежегодно 200...250 млн т золы и около 60 млн т сернистого ангидрида, они поглощают огромное количе­ство кислорода.



Глава 1


ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ЭНЕРГЕТИКИ




Рис. 1.1. Принципиальные технологические схемы электростанций:

a -- ТЭС; б — ГЭС; в — АЭС (1 — реактор; 2, 4 — теплообменники; 3 — турбина; 5 — насос)

Гидроэнергетика

По количеству вырабатываемой энергии на втором месте на­ходятся гидравлические электростанции (ГЭС). Они производят наиболее дешевую электроэнергию, но имеют довольно большую себестоимость постройки. Именно ГЭС позволили советскому правительству в первые десятилетия советской власти совершить большой прорыв в промышленности.

ГЭС можно разделить на две основные группы: ГЭС на круп­ных равнинных реках и ГЭС на горных реках. В нашей стране большая часть ГЭС сооружалась на равнинных реках. Равнинные


водохранилища обычно велики по площади и изменяют при­родные условия на значительных территориях. Ухудшается сани­тарное состояние водоемов: нечистоты, которые раньше выно­сились реками, накапливаются в водохранилищах, приходится применять специальные меры для промывки русел рек и водо­хранилищ. Сооружение ГЭС на равнинных реках менее рента­бельно, чем на горных, но иногда это необходимо, например, для создания нормального судоходства и орошения. Во всех странах мира стараются отказаться от использования ГЭС на равнинных реках, переходя на быстрые горные реки или АЭС.

Гидравлические электростанции используют для выработки электроэнергии гидроэнергетические ресурсы, т. е. силу падаю­щей воды. Существует три основных вида ГЭС:

1. Гидроэлектрические станции.

Технологическая схема их работы довольна проста (рис. 1.1,6). Естественные водные ресурсы реки преобразуются в гидроэнер­гетические ресурсы с помощью строительства гидротехнических сооружений. Гидроэнергетические ресурсы используются в тур­бине и превращаются в механическую энергию, механическая энергия используется в генераторе и превращается в электриче­скую энергию.

2. Приливные станции.

Природа сама создает условия для получения напора, под которым может быть использована вода морей. В результате при­ливов и отливов уровень морей меняется на северных морях -— Охотском, Беринговом, волна достигает 13 м. Между поверхно­стями бассейна и моря образуется разница уровней и таким обра­зом создается напор. Так как приливная волна периодически из­меняется, то в соответствии с ней меняется напор и мощность станций. Пока еще использование приливной энергии ведется в скромных масштабах. Главным недостатком таких станций яв­ляется вынужденный режим. Приливные станции (ПЭС) дают свою мощность не тогда, когда этого требует потребитель, а в зависимости от приливов и отливов воды. Велика также сто­имость сооружений таких станций.

3. Гидроаккумулирующие электростанции.

Их действие основано на цикличном перемещении одного и того же объема воды между двумя бассейнами: верхним и ниж­ним. В ночные часы, когда потребность в электроэнергии мала, вода перекачивается из нижнего водохранилища в верхний бас­сейн, потребляя при этом излишки энергии, производимой элект-



Глава 1


ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ЭНЕРГЕТИКИ





ростанциями ночью. Днем, когда резко возрастает потребление электричества, вода сбрасывается из верхнего бассейна вниз че­рез турбины, вырабатывая при этом энергию. Это выгодно, так как остановки ТЭС в ночное время невозможны. Таким образом, ГАЭС позволяет решать проблемы пиковых нагрузок. В России, особенно в европейской части, остро стоит проблема создания маневренных электростанций, в том числе ГАЭС.

Кроме перечисленных достоинств и недостатков, гидравли­ческие электростанции имеют следующие: ГЭС являются весьма эффективными источниками энергии, поскольку используют во­зобновимые ресурсы, они просты в управлении и имеют высокий КПД — более 80%. В результате производимая энергия на ГЭС самая дешевая. Огромное достоинство ГЭС — возможность прак­тически мгновенного автоматического запуска и отключение лю­бого требуемого количества агрегатов. Но строительство ГЭС требует длительных сроков и больших удельных капиталовложе­ний, это связано с потерей земель на равнинах, наносит ущерб рыбному хозяйству. Доля участия ГЭС в выработке электро­энергии значительно меньше их доли в установленной мощно­сти, это объясняется тем, что их полная мощность реализуется лишь в короткий период времени, причем только в многоводные годы. Поэтому, несмотря на обеспеченность многих стран мира гидроэнергетическими ресурсами, они не могут служить основ­ными источниками производства электроэнергии.

Атомная энергетика

На рис. 1.1,в приведена принципиальная технологическая схема атомной теплоэлектроцентрали (АТЭЦ), не потребляющей органического топлива и не загрязняющей атмосферу.

Первая в мире АЭС — Обнинская была пущена в 1954 г. в России. Персонал 9 российских АЭС составляет 40,6 тыс чело­век или 4% от общего числа работающих в энергетике. В 2007 г. в России выработано на АЭС 11,8% или 119,6 млрд кВт-ч элект­роэнергии. Только на АЭС рост производства электроэнергии со­храняется стабильно высоким.

Планировалось, что удельный вес АЭС в производстве элект­роэнергии достигнет в СССР в 1990 г. 20%, фактически было достигнуто только 12,3%. Чернобыльская катастрофа вызвала со­кращение программы атомного строительства, с 1986 г. в эксплу­атацию были введены только 4 энергоблока.

АЭС, являющиеся наиболее современным видом электро­станций, имеют ряд существенных преимуществ перед другими


видами электростанций: при нормальных условиях функциони­рования они абсолютно не загрязняют окружающую среду, не требуют привязки к источнику сырья и соответственно могут быть размещены практически везде, новые энергоблоки име­ют мощность приблизительно равную мощности средней ГЭС, однако коэффициент использования установленной мощности на АЭС (80%) значительно превышает этот показатель у ГЭС или ТЭС.

Значительных недостатков при нормальных условиях функ­ционирования АЭС не имеют, но нельзя не заметить, что при воз­можных форс-мажорных обстоятельствах: землетрясениях, ура­ганах и т. п. — здесь старые модели энергоблоков представляют потенциальную опасность радиационного заражения территорий из-за неконтролируемого перегрева реактора. Повседневная ра­бота АЭС сопровождается рядом трудностей:

Рис. 1.2. Водогрейный котел КВ-ТС

1. Существуют проблемы с захоронением радиоактивных от­ходов. Для вывоза со станций сооружаются контейнеры с мощ­ной защитой и системой охлаждения. Захоронение производится в земле, на больших глубинах в теологически стабильных пластах.

2. Катастрофические последствия аварий на некоторых уста­ревших АЭС — следствие несовершенной системы защиты.

3. Тепловое загрязнение используемых АЭС водоемов.



Глава 1


ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ЭНЕРГЕТИКИ




Функционирование АЭС, как объектов повышенной опасно­сти, требует участия государственных органов власти и управле­ния в формировании направлений их развития и выделения необ­ходимых средств.

Для централизованного теплоснабжения крупных объектов в России часто используют водогрейные котлы типа КВ-ТС и КВ-ТК для слоевого сжигания твердого топлива (рис. 1.2), типа КВ-ГМ для сжигания газа и мазута и др.

1.2. ТРАДИЦИОННЫЕ И НЕТРАДИЦИОННЫЕ ИСТОЧНИКИ ЭНЕРГИИ

Система топливно-энергетического комплекса (ТЭК) — это совокупность процессов добычи и преобразования первичных энергоресурсов, связанных с удовлетворением потребности в не­которых конечных продуктах.

К первичным энергоресурсам принято относить традицион­ные: нефть, газ, уголь, атомную и гидроэнергию, а также нетра­диционные возобновляемые энергоресурсы (НВЭС).

Перспективы добычи первичных энергоресурсов опреде­ляются:

— рыночными потребностями в конечной продукции ТЭК: [электроэнергия, тепловая энергия, моторное топливо, угле­водородное и неуглеводородное сырье для химии, ценные компоненты (сера, гелий, ванадий, никель и другие рас­сеянные компоненты), топливо непосредственного исполь­зования];

— технологической взаимосвязью первичных энергоресурсов при производстве конечных продуктов ТЭК;

— предпочтительностью (экономической, экологической, соци­
альной) использования того или иного первичного энер­
горесурса при производстве каждого конечного продукта
ТЭК.

Углеводородное сырье (нефть, углеводородный конденсат, природный и нефтяной газ, уголь) является и будет служить в дальнейшем основным источником энергоресурсов в мире (табл. 1.2).

Согласно «Основным положениям энергетической стратегии РОССИИ» аналогичные тенденции будут в энергетическом балансе «.трапы до 2020 г. (табл. 1.3).

Нес возрастающие нагрузки на окружающую среду традици­онной энергетикой, промышленностью, транспортом, антропо-


генной деятельностью человечества привели к острой необходи­мости в интеграции энергетической, экологической и социально-экономической политики.

Таблица 1.2

А) б)

Рис. 1.5. Добыча и потребление газа:

а — 2000 г.; б — 2020 г.

Особый интерес представляет прогноз развития добычи при­родного газа (рис. 1.5) и международной торговли им, крупней­шим экспортером которого в мире является Россия (табл. 1.8).

Мировая добыча природного газа, согласно прогнозу МЭА, в 2010 г. возрастет по сравнению с 1995 г. в 1,5 раза и к 2020 г. — в 1,9 раза. Среднегодовой прирост добычи газа в 1995-2020 гг. составит 2,6%.

Для обеспечения сбыта добываемого природного газа, со­гласно данным, опубликованным на 17-м конгрессе МИРЭС,


ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ЭНЕРГЕТИКИ____________________________________ §*

к 1250 тыс км магистральных газопроводов, существовавших в мире в 1995 г., к 2010 г. понадобится построить 350 тыс км и за 2011-2015 гг. — еще 190 тыс км.

В 2010 г. примерно 38% всего используемого в мире газа будет израсходовано на производство электроэнергии, в 2020 г. — 43%.

По мнению МЭА, основная часть прироста потребности ев­ропейских стран-членов ОЭСР в природном газе будет покры­ваться за счет его импорта из России и Алжира. Газ Каспийского региона по своим экономическим показателям будет уступать российскому и алжирскому.

Мировая потребность в угле, согласно прогнозу МЭА (рис. 1.6), в 2010 г. достигнет 4050 и в 2020 г. — 4786 млн т у. т. Доля электростанций в мировом потреблении угля в 2010 г. составит 63%, в 2020 г. — 85%о (в странах ОЭСР, Китае и Индии — 100%.).

£ ':> Остальная Азия

а) б)

Рис. 1.6. Мировая потребность в угле по регионам: а — 2000 г.; б —- 2020 г.

На конгрессе МИРЭС и в прогнозах МЭА и Евросоюза признано, что темпы роста производства электроэнергии будут в перспективе опережающими по отношению к добыче органи­ческих топлив. Общее мировое производство электроэнергии в 2020 г. в 2 раза превысит ее выработку в 2000 г. Среднегодовой прирост выработки электроэнергии в мире за 2000-2020 гг. оце­нивается в 3%.

1.5. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ЭНЕРГЕТИКИ РОССИИ

Российская Федерация, являясь одной из ведущих энерге­тических держав мира, обладает большими запасами ТЭР как уже открытых, так и потенциальных. В мировых разведанных за-


Глава 3

пасах доля России составляет: нефти — 13%, природного газа___

36% и угля — 12% (по прогнозным запасам до 30%).

Располагая самой протяженной береговой линией, Россия владеет огромными площадями континентального шельфа (3,9 млн км2), высокоэффективными в отношении обнаружения запасов нефти и газа, и здесь уже имеются крупные открытия. На шельф приходится свыше 100 млрд т потенциальных ресур­сов углеводородов, причем объем углеводородных ресурсов шельфовой зоны, так же, как и материковой части России, еще недостаточно исследован. Следует отметить, что нефтяной по­тенциал недр России, по оценке экспертов, реализован лишь на 1/3, а в газовой — на 1/5 часть.

Российская электроэнергетика — это 600 тепловых, 100 гид­равлических, 9 атомных электростанций. Их общая электриче­ская установленная мощность в 2005 г. составляла 216 млн кВт, в том числе 22,7 млн кВт (около 11%) — АЭС; 45,3 млн кВт (20%) — ГЭС; 148 млн кВт (около 69%) — ТЭС, из которых 8,9 млн кВт — дизельные, работающие на собственную нагрузку.

В энергосистемах Российской Федерации эксплуатируется более 600 тыс км воздушных и кабельных линий электропередачи напряжением 35 кВ и выше и 2 млн км напряжением 0,4...20 кВ, свыше 17 тыс подстанций напряжением 35 кВ с общей транс­форматорной мощностью почти 575 млн кВА и более полу­миллиона трансформаторных пунктов 6...35/0,4 кВ общей мощ­ностью 102 млн кВА.

Сети Российского акционерного общества энергетики и элект­рификации «Единая энергетическая система России» включают 39 тыс км линий электропередачи напряжением 330 кВ и выше и 119 подстанций 330 кВ и выше с общей трансформаторной мощностью 125 млн кВ А.

На ТЭС России находится в эксплуатации 250 энергоблоков общей установленной мощностью 71,3 млн кВт или 52% от ус­тановленной мощности всех ТЭС, работающих на органическом топливе. Сведения о крупнейших ТЭС приведены в табл. 1.9.

Успехи отечественной науки и техники позволили создать ТЭС, отвечающие мировому техническому уровню. Единичные мощности и параметры пара российских теплоэнергетических блоков и теплоэнергетических установок стандартизированы. В отрасли были организованы: типовое проектирование, индуст­риальное энергостроительство и монтаж, разработка, выпуск и обеспечение энергопредприятий и производственных служб


ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ЭНЕРГЕТИКИ 33

необходимой нормативно-методической документацией, систе­матическое обучение персонала ТЭС. Все это позволило обеспе­чить высокоэффективную эксплуатацию и уверенное внедрение энергоблочного оборудования.

Таблица 1.9

КРУПНЕЙШИЕ ТЕПЛОВЫЕ ЭЛЕКТРОСТАНЦИИ РОССИИ МОЩНОСТЬЮ БОЛЕЕ 2000 МВт

Параметры [
Электростанция Установленная мощность, МВт Количество и мощность агрегатов, шт. х МВт Топливо Год ввода в эксплуа­тацию
Сургутская-2 6x800 Газ
Рефтинская бЕхЗОО; 4x500 Уголь
Костромская 8x300; 1x1200 Мазут
Сургутская-1 2x12; 2x180; 14x210 Газ
Рязанская 4x300; 2x800 Мазут
Троицкая 3x85; 4x300; 2x500 Уголь
Ставропольская 8x300 Газ, мазут
Заинская 12x200 Газ, мазут
Конаковская 8x300 Мазут
Новочеркасская 8x300 Газ, мазут, уголь
Ириклинская 8x300 Газ, мазуг
Пермская 3x800 Мазут, газ
Киришская 2x50; 2x60; 6x300 Мазут

К настоящему времени создана научно-техническая база для значительного повышения экономичности и надежности энерго­блоков с ростом КПД угольных блоков на 4,4...6,7%, т.е. до 42...44%о при быстрой окупаемости затрат на эти цели. Повыше­ние экономичности основывается на успехах в совершенствова­нии паровых турбин с достижением увеличения их относи­тельного КПД на 3...5%, улучшении схемы турбоустановки и ее оборудования, дающем эффект в 1...3%, совершенствовании ко­тельных установок с повышением их КПД на 3...5% и вспомога­тельного оборудования на 2,5...3%.

Дальнейший рост давления свежего пара энергоблоков с 24...25 до 30...32 МПа и температуры его перегрева с 540 до 580...620 °С может позволить снизить удельный расход топлива


Глава 1

на 4...6%, а применение второго промежуточного перегрева пара— еще примерно на 1%. Задача повышения температуры перегрева пара до 600...610 °С вполне решаема, так как длитель­но используемая на ТЭС сталь ЭИ-756 вполне подходит для этой цели. Кроме того, появились новые отечественные стали марок Ди-82ш (10Х9МФБ) и Ди-59, рассчитанные соответственно на работу при температуре до 590...600 °С и при 650 °С (с кратков­ременным увеличением до 700 °С). Ресурс стали Ди-82ш в 2 раза превышает ресурс стали 15Х1МФ, а стоимость ее выше всего лишь на 20%.

Для энергоблока со сверхкритическими параметрами пара будет использован прямоточный однокорпусный, газоплотный с уравновешенной тягой Т-образный котел паропроизводи-тельностью 1360 т/ч свежего пара, 1172 т/ч пара промежуточного перегрева, с температурой уходящих газов 135 °С при сжигании кузнецких углей. Коэффициент полезного действия котла 93.. .95%.

На десяти атомных электростанциях России в промышлен­ной эксплуатации находятся 32 энергоблока общей установлен­ной мощностью 23232 МВт.

Россия сохраняет за собой лидерство в области комбиниро­ванного производства электрической и тепловой энергии, централизованной системы теплоснабжения. Конструктивно си­стемы теплоснабжения состоят из трех основных элементов: ис­точника теплоты, трубопроводов транспорта теплоносителя и по­требителей теплоты.

По характеру тепловых нагрузок различают сезонных и по­стоянных потребителей.

К сезонным относят системы отопления, вентиляции и кон­диционирования воздуха, тепловые нагрузки которых изменяют­ся в соответствии с температурой наружного воздуха. К постоян­ным потребителям относят производственные, а также системы горячего водоснабжения (ЛВС) жилых и общественных зданий. Сезонные потребители имеют постоянную нагрузку в течение суток, и переменную по времени года; постоянные потребители, в частности, ГВС, характеризуются переменностью суточной на­грузки.

Для выбора мощности источника теплоты необходимы сведе­ния о тепловых нагрузках потребителей. Отопительно-вентиля-ционные нагрузки определяются по укрупненным показателям — по количеству жителей (1.1) или по заданному объему обслу­живаемых зданий (1.2):


ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ЭНЕРГЕТИКИ 35

Q,0= q0F(1 + k); (1.1)

Q0 = qуд V(tB + tH), (1.2)

где q0 — удельный расход теплоты на единицу отапливаемой жи­лой площади, Вт/м2; F — жилая площадь, м2; qуд — удельная отопительная характеристика, Вт/(м3К); V — объем зданий, м3; tB, tH — внутренняя и наружная температура воздуха, К.

Нагрузки производственных предприятий принимают по соответствующим нормам расхода теплоты на единицу продукции

По источнику производства тепловой энергии различают централизованные и децентрализованные системы теплоснаб- жения. Централизованный теплоисточник обслуживает несколь- ко потребителей и располагается в отдалении от них, a при децентрализованном источник находится вблизи потребителя.

Отбор тепловой энергии для нужд теплоснабжения произво- дится почти от 500 теплоэлектроцентралей, из которых пример» половину составляют промышленные ТЭЦ, около 190 тыс ко- тельных установок, из которых только 906 установок имеют производительность более 100 Гкал/ч, и от 620 тыс автономных теплогенераторов.

Основная доля в суммарном потреблении тепловой энергии приходится на производственные нужды — 51%; в суммарном потреблении городов и поселков городского типа это составляет более 60%.

Основным источником централизованного теплоснабжения являются ТЭЦ, доля отпуска тепловой энергии от которых сост< вила 43%.

В наибольшей степени системами централизованного тепло- снабжения охвачена промышленность городов (75%).

Установленная электрическая мощность всех ТЭЦ стран в 2006 г. составила около 72 млн кВт, в том числе мощность ТЭЦ Минпромэнерго РФ — 64,8 млн кВт. Отпуск тепловой энергии составил соответственно 3750 и 3250 млн ГДж.

На рис. 1.7 изображена принципиальная схема ТЭЦ с отбо- ром пара для нагрева питательной воды собственных паровых котлов и теплофикационной воды. Пар из котла поступает в тур- бину, при расширении в которой совершает работу, преобразуе- мую в электрическую энергию, и конденсируется в конденсаторе. Теплота отработавшего пара отводится охлаждающей водой в окружающую среду и теряется. Часть пара из промежуточных ступеней турбины отбирается для целей нагрева питатель» воды котлов, а часть из ступеней низкого давления для нагрева теплофикационной воды.



Глава 1
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ЭНЕРГЕТИКИ 37


Рис. 1.7. Принципиальная схема ТЭЦ: 1 — котел; 2— турбина; 3 — конденсатор; 4, 5— подогреватели питательной воды котла; 6 — подогреватели сетевой воды; 7 — деаэратор; 8 — насосы; 9 — пиковый котел


На рис. 1.8 показано распределение тепловых потоков между полезной выработкой теплоты и тепловыми потерями при совместной выработке электрической энергии на ТЭЦ и раздель­ной выработке электрической энергии на конденсационной элект­ростанции (КЭС) и тепловой энергии в районной котельной.

Рис. 1.8. Распределение тепловых потоков: а — в КЭС; б — в ТЭЦ

На рис. 1.9 приведена принципиальная схема районной ко­тельной с водогрейными котлами. Обратная вода из теплосети поступает в котел и после нагрева направляется в подающий


теплопровод сети. В теплый период отопительного сезона для поддержания необходимой температуры в подающем теплопроводе часть воды перепускается клапаном 3 по Рис. 1.9. Схема водогрейной перемычке помимо котла. Для котельной:

обеспечения нормативной 1— котел; 2 — насос рецирку

температуры воды перепуска - ляции; 3 — клапан;

на входе в котел часть нагретой 4 — сетевой насос

воды рециркуляционным насосом 2 подмешивается во входной патрубок котла.

Централизованное теплоснабжение прочно вошло в жизнь населения нашей страны и им пользуется свыше 115 млн человек (в том числе 92% городского и 20% сельского населения).

Общая протяженность теплотрасс составляет около 200 тыс км. На цели коммунально-бытового сектора расходуется около 25% всех потребляемых в России первичных энергоресурсов. В то же время существующая система центрального отопления физиче­ски и морально устарела, она сложнее западной, в ней заложены и используются технические решения зачастую полувековой дав­ности, не соответствующие современным требованиям. Отсюда — ее низкая эффективность, низкая конкурентоспособность.

В связи с резким ростом цен на энергоресурсы энергетика и все теплоэнергетические хозяйства городов и промышленных предприятий будут испытывать все возрастающие трудности в обеспечении топливом. Поэтому одной из основных повседнев­ных задач является выявление и разработка мероприятий по энер­госбережению.

Экономия тепловой энергии и соответственно топлива до­стигается несколькими путями:

· утилизацией тепловых отходов производства для покрытия потребностей этого же предприятия и других близлежащих потребителей (промышленных и коммунальных);

· внедрением новых технологий, нового оборудования и т. п.;

· техническим перевооружением, модернизацией, реконструк­цией действующих производств в направлении повышения эффективности использования энергоресурсов.

В настоящее время основная ориентация — максимальное развитие теплоэнергетического хозяйства с использованием в ка­честве топлива природного газа. При благоприятной социологи­ческой обстановке — развитие атомных энергоисточников.


Глава 1


ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ЭНЕРГЕТИКИ






Основой стратегии является теплофикация на базе ТЭЦ ма­лой и средней мощности в сочетании с централизованным тепло­снабжением от экономичных автоматизированных котельных.

На ТЭЦ вводятся в действие различные модификации ГТУ и ПГУ (рис. 1.10). Это сочетается с совершенствованием работы действующего парка энергоустановок, в том числе: путем повы­шения уровня использования установленной мощности ТЭС, теплофикационных возможностей КЭС и АЭС, увеличения за­грузки ТЭЦ в летний период, сокращения потерь теплоты на ма­лоэкономичных ТЭС и др.; проведением эффективной модерни­зации, реконструкции и технического перевооружения действу­ющих теплоисточников; внедрением совместной работы несколь­ких теплоисточников на общие тепловые сети; сокращением тепловых потерь в тепловых сетях; проведением теплосберега­ющих мероприятий в промышленных, жилых и общественных зданиях.


ПОТРЕБНОСТЕЙ ЧЕЛОВЕКА

Экономический ресурс возобновляемых источников энергии (ВИЭ) в мире в настоящее время оценивают в 20 млрд т у. т. в год, что в 2 раза превышает объем годовой добычи всех видов ископаемого топлива. Это обстоятельство указывает путь разви­тия энергетики ближайшего будущего.

К нетрадиционным и ВИЭ относят: энергию Солнца, ветра, тепла Земли, энергию морей и океана, биомассу, новые виды жидкого и газообразного топлива, представленные синтетической нефтью на основе угля, органической составляющей горючих сланцев и битуминозных пород (дополнительные углеводородные ресурсы), а также некоторые виды топливных спиртов и водород.

Указанные энергоносители в процессе технологических пре­вращений различной глубины и сложности позволяют получать


продукцию, свойства которой сопоставимы с продукцией, полу­чаемой за счет природного газа, угля, нефти и продуктов их пере­работки и тем самым могут обеспечить экономию традиционного энергетического сырья.

Главное преимущество этих энергоресурсов состоит в том, что большинство из них являются местным видом топлива, а рай­оны наибольшей концентрации их сырьевой базы, как правило, испытывают определенные трудности в формировании своего ТЭБ. Хозяйственное освоение их будет не только способствовать оптимизации структуры ТЭБ этих районов, но и снижению на­пряженности транспортных грузопотоков.

Многие из нетрадиционных источников энергии являются сложными энергоресурсами, компоненты которых позволяют по­лучать и нетопливную продукцию, широко применяемую в хи­мии, строительной индустрии, сельском хозяйстве, металлургии и т. д. Например, термальные воды, горючие сланцы и битуми­нозные породы содержат в промышленных концентрациях литий, ванадий, никель, рубидий, серу и другие элементы, принци­пиальная возможность извлечения которых доказана. Минераль­ная составляющая горючих сланцев и битуминозных пород явля­ется исходным сырьем при производстве изделий для дорожной и строительной индустрии. Рациональная утилизация различных видов отходов (биомасса) позволит получать высококачествен­ные удобрения. Ресурсы этих видов энергии велики.

Основное преимущество ВИЭ — неисчерпаемость и эколо­гическая чистота. Их использование не изменяет энергетиче­ский баланс планеты. Эти качества и послужили причиной бур­ного развития возобновляемой энергетики за рубежом и весьма оптимистических прогнозов их развития в ближайшем десятиле­тии. Возобновляемые источники энергии играют значительную роль в решении трех глобальных пробл




0002334478232948.html
0002380264917604.html
    PR.RU™