Logo GenDocs.ru

Поиск по сайту:  

Загрузка...

Лекции - Основы энергосбережения - файл 1.doc


Лекции - Основы энергосбережения
скачать (923.5 kb.)

Доступные файлы (1):

1.doc924kb.03.12.2011 22:47скачать

содержание

1.doc

  1   2   3   4
Лекция 1. Введение в дисциплину “Основы энергосбережения“


  • Исторические периоды зарождения нефтяной промышленности;

  • Цель дисциплины ее задачи и содержание;

  • Энергетика, энергосбережение и энергетические ресурсы;

  • Топливно-энергетические ресурсы.Энергетические ресурсы Республики Беларусь;

  • Восполняемые и невосполняемые энергетические ресурсы;

  • Виды топлива.


Исторические периоды зарождения нефтяной промышленности


  • Современная история нефтяной индустрии ведет начало со второй половины 19 века.

  • Дэниел Ергин - автор книги ”Добыча. Всемирная история борьбы за нефть, деньги и власть“.

  • Каждый исторический период показывает процесс превращения нефти из малозначимого природного ресурса в мощнейший инструмент борьбы за мировое господство.




  • ^ Первый период – начало 50-х годов 19 века до Первой мировой войны. Зарождаются первые нефтяные компании – корпорация “Стандарт ойл“ Джорджа Рокфеллера в США и компании братьев Нобеле в России, которые явились катализатором развития мирового капитализма. Осуществляя стратегию бизнеса от добычи до сбыта готовой продукции, компании добились больших успехов. Этот процесс в современном бизнесе называется “вертикальной интеграцией” .




  • Вывод это период зарождения нефтяной промышленности, где нефть явилась катализатором развития мирового капитализма.




  • ^ Второй период – охватывает время от Первой до Второй мировых войн. Первая мировая война впервые в истории показала роль и значение нефти для военных целей. С целью регулирования ограниченных ресурсов нефти Конференция союзников координировала распределение нефти и явилась прообразом ОПЕК. Справка:ОПЕК – организация стран экспортеров нефти, Organization Petroleum Exporting Countries – OPEC, основана в 1960 г., включает Иран, Ирак, Венесуэлу, Кувейт, Саудовскую Аравию, Катар, Индонезию, Ливию, ОАЭ, Алжир, Нигерию, Эквадор, Габон. Добывает свыше 40% нефти капиталистического мира, устанавливает единые продажные цены на нефть, регулирует объемы добычи нефти. Для целей экономического развития страны мира нуждались в больших объемах нефти, поэтому нефть стала основным элементом национальных стратегий. Выражение “нефть – это власть“ стало объективной реальностью. Нефть стала символом могущества и независимости.




  • ^ Третий период - пришелся на Вторую мировую войну, основной задачей которой был захват кавказских нефтяных месторождений. Реализация довоенной государственной программы президентом США Рузвельтом по ограничению добычи нефти, позволила использовать образовавшиеся сверхресурсы нефти в качестве инструмента дипломатии.




  • ^ Четвертый период – связан с величайшими открытиями месторождений нефти на Ближнем Востоке, возникновением первых энергетических кризисов, образованием Организации стран-экспортеров нефти и носит название “Углеводородный век“. С середины 40-х годов центр мировой нефтедобычи стал перемещаться из Карибского бассейна в район Персидского залива. Вместе с ним центр политических и экономических интересов сместился на Ближний Восток. Потребление нефти постоянно возростало, 50 – 60-е годы стали ловушкой для стран-импортеров нефти, которые стали применять нефть во всех отраслях экономики без использования ресурсосберегающих технологий. На этом периоде наступает эра “углеводородного человека“.




  • ^ Пятый период – начинается с превращения ОПЕК из незаметной организации в крупномасштабный инструмент мировой экономики. Усиленный экономический рост начала 70-х годов способствовал тому, что спрос на нефть стал превышать предложение. С этого момента зависимость европейских стран от ближневосточной нефти стала нарастать. После революции в Иране поставки нефти прекратились, под угрозой оказалась целостность мировой экономики. В результате кризиса страны стали создавать запасы топлива, начался переход на новые источники энергии и энергосберегающие технологии.

  • Современная история нефтяной индустрии развивается на фоне трех проблем:

  • - индустрия нефти – самый крупный и распространенный бизнес в мире, пока не будет открыт альтернативный источник энергии, нефть по-прежнему будет оказывать серьезное воздействие на мировую экономику;

  • - нефть как товар непосредственно связана с национальной стратегией, мировой политикой и властью;

  • - мир стал “Обществом углеводородов“, а люди “людьми углеводородов“. С разработкой двигателя внутреннего сгорания, работающего на бензине, открылась новая эра. Нефтяная индустрия получила новый рынок, родилась новая цивилизация.


^ 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 РБ 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 Беларуси, вынужденной 85% 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 энергииисточники 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.

^ Топливно-энергетические ресурсы. Энергетические ресурсы РБ

В Республике Беларусь собственные топливно-энергетические ресурсы представлены: древесиной; нефтью; торфом; бурым углем; горючими сланцами. Общие запасы древесины в стране оцениваются примерно в 1093,2 млн. м3, что составляет около 1% запасов древесины СНГ. Лесистость территории - 38 %3. Запас спелого древостоя составляет около 74,7 млн. м3 На душу населения приходится 0,6 га леса и 93 м3 запасов древесины. Средний возраст древостоя - 40 лет, средний прирост - 3,7 м3 на 1 га; средний запас на 1 га в спелых лесах - 205 м3. Основная часть лесов (45 %) приходится на Гомельскую и Минскую области. Значение древесины в топливном балансе страны пока незначительно, поскольку начавшаяся в 1960 г. и продолжающаяся ныне повсеместная газификация вытеснила древесину как вид топлива, а работающие на отходах котельные деревообрабатывающих предприятии были переведены на газ. В последнее время в связи с возникшими проблемами в использовании дорогостоящего покупного топлива, и, в первую очередь, газа, на древесное топливо, особенно на отходы деревообработки переходит все больше субъектов хозяйствования.

Основной нефтегазоносной территорией Беларуси является Припятский прогиб. Известно 55 месторождений нефти, в т. ч. 53 - в Гомельской и 2 - в Могилевской областях. 33 месторождения разрабатываются, крупнейшее из которых - Речицкое эксплуатируется с 1965 года. С начала промышленной разработки нефти (1965 г.) в стране добыто 100 млн т. В настоящее время ежегодно добывается около 1,8 млн. т нефти. РУП «Объединение «Беларуснефть» - единственное нефтедобывающее республиканское унитарное предприятие - имеет 508 эксплуатационных скважин на 63 месторождениях нефти. Бурением пройдено 18,531 млн. м горных  пород. Разведанные запасы нефти составляют около 80 млн. т, газоконденсата - 0,44 млн. т, попутного газа - 9734 млн. м3. Годовая потребность Республики Беларусь в нефти составляет - 16-18 млн.т, а собственные ресурсы - 9-10 %. Остальное количество нефтепродуктов в республику поставляет около 70 субъектов хозяйствования.

Наиболее распространенным видом местного топлива в Беларуси является торф. Торфяные отложения имеются практически во всех регионах. По запасам торфа (первичные запасы составляли 5,65 млрд т, оставшиеся геологические оцениваются в 4,3 млрд т) Беларусь занимает второе место в СНГ, уступая только России. Разведано более 9000 месторождений торфа общей площадью в границах промышленной глубины 2,54млн га. В последнее время годовая добыча составляет 27-30 млн т. Наиболее богатые залежи его находятся в Брестской, Витебской, Могилевской областях, в которых геологический запас торфа составляет около 68% от общего запаса в стране. Основными месторождениями торфа являются Светлогорское, Василевичское, Лукское (Гомельская обл.), Березинское, Смолевичское (Мин екая обл.), Березовское (Гродненская обл.), Даблевский Мох и др. На базе этих месторождений были в свое время построены крупные электростанции: Василевичская, Смолевичская ГРЭС  др. или крупные торфобрикетные заводы.

Месторождения бурого угля находятся, так же, как и нефть, в Припятском прогибе. Прогнозные ресурсы его на глубине 600 м оцениваются в 410 млн. т, в т. ч. мощностью пласта от 0,7 м и более - 294 млн. т.

В настоящее время наиболее изученными являются неогеновые угли (залегают на глубине 20-80 м) трех месторождений: Житковического, Бриневкого и Тонежского с общими запасами 152 млн. т (37 млн. т у. т.), промышленными - 121 млн. т (29,5 млн. т у. т.) На Житковичском месторождении подготовлены для промышленного освоения два месторождения с общими запасами 46,7 млн. т (11,4 млн. т у. т.), что позволяет проектировать строительство разреза мощностью в 2 млн. т (488 т у. т.). В последние годы на юге Беларуси (Лельчицкий район) открыто относительно большое месторождение – Букчинское, которое в будущем может иметь промышленное значение.

Разведанные запасы угля пока не разрабатываются, поскольку уголь залегает на большой глубине, мощность его пластов небольшая.

Прогнозируемые объемы годовой добычи местных видов топлива составляют:

-нефть, млн. т: 2000 г. (факт) - 1,84; 2005 г.- 1,55; 2010 г. - 1,29; 2015 г. -1,102;

- попутный газ, млн. м3: 2005 г.-230; 2010 г.-210; 2015 г.- 180;

-торф, 1 млн. т у. т./год (на весь рассматриваемый период);

-дрова, предусматривается увеличение заготовок и использования с 1,3 млн. ту. т. в 2000 г. до 1,9-2,0 млн. т у. т. в 2015 г.

Имеющиеся запасы бурых углей в объеме 151,6 млн. т пригодны для использования после брикетирования с торфом, однако их добыча нецелесообразна, т. к. экологический ущерб превысит полученные результаты.

Нецелесообразна и добыча горючих сланцев в объеме имеющихся запасов 11 млрд. т, поскольку стоимость получаемых продуктов выше мировых цен на нефть.

^ 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 в республике потребляется в промышленности. Особенностью электроэнергетики в Беларуси является то, что практически 100 % всей производимой электроэнергии дают тепловые электростанции, которые работают на привозном топливе (мазут, природный газ). Более 50 % электроэнергии вырабатывается в Минской и Гомельской областях. Но самой мощной тепловой электростанцией в Республике Беларусь является Лукомльская ГРЭС мощностью 2,4 млн. кВт (2,4 ГВт), расположенная в Витебской области. Около 1 ГВт имеет мощность Березовская ГРЭС, меньшую - Смолевичская и Василевичская ГРЭС. Часть электроэнергии вырабатывается на ТЭЦ, которые размещены в крупных городах (Минск, Витебск, Гомель и др.), а также на ТЭЦ при некоторых предприятиях Беларуси: сахарных заводах, объединении "Беларускалий", Добрушской бумажной фабрике. В энергосистему страны входит и патриарх отечественной энергетики -БелГРЭС, которая была воздвигнута в 1930 г. Она разместилась в недрах торфяных болот в двух десятках километров от Орши в городском поселке Ореховск Оршанского района.

Установленная мощность всех энергоисточников в республике составляет 7,82 ГВт. Наиболее крупными из них являются:

Лукомльская ГРЭС - 2,4 ГВт,
Минская ТЭЦ-4 - 1,03 ГВт,
Березовская ГРЭС - 0,93 ГВт,
Гомельская ТЭЦ-2 - 0,54 ГВт,
Новополоцкая ТЭЦ - 0,5 ГВт.

Структура электропотребления в Беларуси:


Доля энергоресурсов, добываемых в республике (нефть, попутный газ, торф и дрова) в 1999 г. составила 15,2% от общего количества, что соответствует 5,2 млн. т.у.т.

^ 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 в Беларуси


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.

Горючие сланцы представляют собой полезное ископаемое, дающее при сухой перегонке значительное количество смолы, близкой по составу к нефти. Залежи горючих сланцев в Беларуси находятся на юге республики (Туровское месторождение в Гомельской области, Любанское - в Солигорском и Любанском районах Минской области), и открыты они в 1963г. Прогнозные запасы составляют 11 млрд. т, в т. ч. промышленные на глубине 300 м - 3,6 млрд. т, что соответствует 792 млн. т у. т. Наиболее изученным является Туровское месторождение.

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 карбонаты. 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); -керосиновую (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 турбинах водяного пара (паротурбинные установки – ПТУ), продуктов сгорания (газотурбинные 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.

Производство электроэнергии на ТЭС

Современные тепловые электростанции имеют преимущественно блочную структуру. ТЭС с блочной структурой составляется из отдельных энергоблоков. В состав каждого энергоблока входят основные агрегаты – турбинный и котельный и связанное сними вспомогательное оборудование. Турбина вместе с котлом, питающим ее паром, образует моноблок.

Уголь поступает в систему подготовки топлива, в которой дробится, подсушивается и размалывается, превращаясь в угольную пыль. В таком виде топливо поступает в горелки, в которых смешивается с подогретым воздухом. Если используется жидкое топливо (мазут), то оно подогревается до 100 - 140  С и распыляется в форсунках.

Топливо сгорает в топочной камере парового котла с выделением теплоты. Эта теплота передается рабочему телу – воде, превращая ее сначала в насыщенный пар, а затем перегретый (имеющий температуру более высокую, чем температура кипения жидкости при данном давлении), обладающий большой энергией.

Паровой котел представляет собой систему теплообменников (поверхностей нагрева), в которых производится в требуемом количестве пар заданных параметров из непрерывно поступающей воды за счет теплоты, получаемой при сжигании органического топлива. Температура в зоне активного горения в топочной камере может достигать 1500 - 1800С в зависимости от вида сжигаемого топлива и режима горения.

Энергия пара приводит во вращение ротор паровой турбины. В процессе расширения рабочего тела (пара) в соплах потенциальная энергия переходит в кинетическую, что сопровождается увеличением скорости потока. Расширяясь в ступенях турбины, пар совершает работу. Механическая энергия вращения вала турбины передается электрогенератору, вырабатывающему электроэнергию, которая после повышения напряжения в трансформаторе направляется по линиям электропередачи к потребителю.

Отработанный в турбине пар подается в конденсатор, где конденсируется, отдавая тепло охлаждающей воде (пруды-охладители или естественные водоемы).

Конденсатор – теплообменный аппарат, предназначенный для превращения отработавшего в турбине пара в жидкое состояние – конденсат. Образующийся конденсат откачивается из конденсатора и после ряда технологических операций поступает в котел. Цикл замыкается. Основным показателем энергетической эффективности электростанции является коэффициент полезного действия (КПД) по отпуску электрической энергии, называемый абсолютным электрическим коэффициентом полезного действия электростанции. Он определяется отношением отпущенной (выработанной) электроэнергии к затраченной энергии (теплоте сожженного топлива) и составляет 35 – 40%.
Теплоэлектроцентрали

Теплоэлектроцентрали отпускают электроэнергию потребителю, так же как и КЭС (конденсационные электрические станции), и кроме этого тепловую энергию в виде пара и горячей воды для технологических нужд производства и горячей воды для коммунально-бытового потребления (отопление, горячее водоснабжение). При такой комбинированной выработке тепловой и электрической энергии в тепловую сеть отдается главным образом теплота отработавшего в турбинах пара (или газа), что приводит к снижению расхода топлива на 25 – 30% по с равнению с раздельной выработкой электроэнергии на КЭС и теплоты в районных котельных. Поскольку для производственных и бытовых нужд требуется пар или вода в относительно широком диапазоне температур и давлений, на ТЭЦ применяются теплофикационные турбины различных типов в зависимости от характера потребления теплоты.
^ Районные котельные
Районные котельные предназначены для централизованного теплоснабжения промышленности и жилищно-коммунального хозяйства, а также для покрытия пиковых тепловых нагрузок в теплофикационных системах. Сооружение их требует меньших капиталовложений и может быть проведено в более короткие сроки, чем сооружение ТЭЦ той же тепловой мощности. Поэтому во многих случаях теплофикацию районов начинают со строительства районных котельных. До ввода в работу ТЭЦ эти котельные являются основным источником теплоснабжения района. После ввода ТЭЦ они используются в качестве пиковых. Котельные сооружают на площадках ТЭЦ или в районах теплопотребления. В них устанавливают водогрейные котлы или паровые котлы низкого давления (1,2 – 2,4 Мпа). Выбор типа котлов в котельной производится на основе технико-экономических расчетов.
^ Атомные электрические станции
Тепловые схемы атомных электростанций зависят от типа реактора, вида теплоносителя, состава оборудования. Тепловые схемы могут быть одно-, двух- и трехконтурными.

В одноконтурных схемах пар вырабатывается непосредственно в реакторе. Полученная пароводяная смесь подается в барабан-сепаратор, отсепарированный насыщенный пар поступает в паровую турбину. Отработанный в турбине пар конденсируется, и конденсат циркуляционным насосом подается в реактор. Одноконтурная схема наиболее проста в конструктивном отношении и достаточно экономична. Однако рабочее тело на выходе из реактора становится радиоактивным, что предъявляет повышенные требования к биологической защите и затрудняет проведение контроля и ремонта оборудования.

В двухконтурных схемах существуют два самостоятельных контура. Контур теплоносителя – первый; контур рабочего тела – второй. Общее оборудование обоих контуров – парогенератор. Нагретый в реакторе теплоноситель поступает в парогенератор, где отдает свою теплоту рабочему телу и при помощи главного циркуляционного насоса возвращается в реактор. Полученный в парогенераторе пар подается в турбину, совершает в ней работу, конденсируется, конденсат питательным насосом подается в парогенератор. Наличие парогенератора хотя и усложняет установку и уменьшает ее экономичность, но препятствует появлению радиоактивности во втором контуре.

В трехконтурной схеме теплоносителями первого контура служат жидкие металлы, например натрий. Радиоактивный натрий первого контура из реактора направляется в теплообменник, где отдает теплоту натрию промежуточного контура, и циркуляционным насосом возвращается в реактор. Давление натрия в промежуточном контуре выше, чем в первом, для исключения утечек радиоактивного натрия. Натрий промежуточного контура отдает теплоту в парогенераторе рабочему телу (воде) третьего контура. Образующийся в парогенераторе пар поступает в турбину, совершает работу, конденсируется и питательным насосом подается в парогенератор. Трехконтурная схема требует больших затрат, но обеспечивает безопасную эксплуатацию реактора.

Работа АЭС по технологическим условиям отличается от работы тепловой электростанции. ^ Основным различием является то, что роль источника теплоты на тепловой электростанции играет паровой котел, в котором сжигается органическое топливо, а на АЭС – ядерный реактор, теплота в котором выделяется в результате деления ядерного топлива. Ядерное топливо обладает высокой теплотворной способностью (в миллионы раз выше, чем органическое). В процессе работы ядерного реактора образуется большое количество радиоактивных веществ в топливе, конструкционных материалах, теплоносителе. Поэтому АЭС является потенциальным источником радиационной опасности для обслуживающего персонала, а также для окружающего населения, что повышает требования к надежности и безопасности ее эксплуатации.


  1   2   3   4



Скачать файл (923.5 kb.)

Поиск по сайту:  

© gendocs.ru
При копировании укажите ссылку.
обратиться к администрации