2.1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

Энергетическими ресурсами называют выявленные природные запасы различных видов энергии, пригодные для использования в широких масштабах для народного хозяйства. Их следует отличать вообще от природных запасов, которые практически бесконечны - это солнечная и геотермальная энергии, энергия океанов и морей, ветра, но эта энергия в обозримой перспективе в значительных масштабах применяться не будет. Основные виды энергетических ресурсов в современных условиях - уголь, газ, нефть, торф, сланцы, гидроэнергия, атомная энергия.

Энергетические ресурсы используют для получения того или иного вида энергии. Под энергией понимается способность какой-либо системы производить работу или тепло (Макс Планк). Соответственно, получение требуемого количества энергии связано с затратой некоторого количества ка-кого-либо рода энергетического ресурса.

Энергоресурсы, также как и энергия, могут быть первичными и вторичными. Первичные - ресурсы, имеющиеся в природе в начальной форме. Энергия, получаемая при использовании таких ресурсов, является первичной.

Среди первичных - выделяют возобновляемые и невозобновляемые.

Возобновляемые - восстанавливаются постоянно, например, гидроэнергия и энергия ветра, солнца и т. д.

К невозобновляемым - относятся те, запасы которых по мере их добычи необратимо уменьшаются, например уголь, сланцы, нефть, газ, ядерное топливо.

Подразделение на группы, а также перечень отдельных Первичных энергоресурсов, используемых в настоящее время, приведены ниже:

Ядерная энергия. геотермальная энергия,

Гравитационная энергия, энергия морских приливов.

Если исходная форма первичных энергоресурсов в результате превращения или обработки изменяется, то образуются вторичные энергоресурсы и, соответственно, вторичная энергия. Ко вторичным - относятся все первичные энергоресурсы после одного или нескольких превращений. Вторичные энергоресурсы - это большая часть топливных форм (бензин и другие нефтепродукты, электричество и т. д.), которые представлены ниже :

Для соизмерения ресурсов и определения действительной экономичности их расходования принято использовать понятие «условное топливо». Его низшую рабочую теплоту сгорания Qp принимают равной 29300 ГДж/кг (7000 Гкал/кг). Зная теплоту сгорания и количество натурального топлива, можно определить эквивалентное количество тонн условного топлива, (т у. т.):

Где Внат - количество натурального топлива, т.

При оценке ресурсов газа в условном топливе в формулу (2.1) Виат подставляется в тыс. м3, а теплота сгорания натурального топлива принимается в килоджоулях на 1 м3.

При необходимости оценки энергоресурсов в том числе гидроресурсов в кВт ¦ ч - 1 кВт ч приравнивается к 340 г у. т.

В современных условиях 80-85 % энергии получают, расходуя иево-зобновляемые энергоресурсы: различные виды угля, горючие сланцы, нефть, природный газ, торф, ядерное горючее.

Преобразование топлива в конечные виды энергии связано с вредными выбросами твердых частиц, газообразных соединений, а также большого количества тепла, воздействующих на окружающую среду.

Возобновляемые энергоресурсы (исключая гидроэнергетические) не нуждаются в транспортировке к месту потребления, но обладают низкой концентрацией энергии, в связи с чем преобразование энергии большинства возобновляемых источников требует больших затрат материальных ресурсов и, следовательно, больших удельных затрат денежных средств (руб/кВт) на каждую установку.

Возобновляемые источники энергии в экологическом отношении обладают наибольшей чистотой.

Из возобновляемых энергоресурсов в настоящее время в основном используются гидроэнергия и в относительно малых количествах энергия солнца, ветра, геотермальная энергия.

Из всех видов потребляемой энергии наибольшее распространение получила электроэнергия.

Ресурсов Солнца и космоса;

Минерального сырья, используемого в качестве топлива;

Атомно-энергегических источников;

Ресурсов движущейся воды и ветра;

Геотермальных источников энергии.

Потребление энергии постоянно растет. Уровень ее потребления признается важнейшим показателем развития экономики страны.

В настоящее время в мире существует и все более обостряется проблема дефицита энергетических ресурсов. Путями выхода из энергетического кризиса признаются использование альтернативной энергетики (возобновимых энергоресурсов) и снижение потребления энергии. Решение проблемы ученые и политики видят в пропаганде идей умеренного энергопотребления и во внедрении малоэнергоемких технологий. Но перспективным и кардинальным признается первый путь. Все без исключения возобновимые энергоресурсы оказывают минимальное негативное влияние на природу. Они доступны и почти всегда выгодны, экономят средства, затрачиваемые на то, чтобы передавать электроэнергию на большие расстояния и распределять ее. Использование возобновимых источников энергии уже получило признание в мире как одна из основ экологически ответственной мировой экономики.

Главным стимулом развития альтернативной энергетики является то, что легкодоступные запасы традиционных энергетических ресурсов (газ, нефть, уголь) уменьшаются год от года, а стоимость этих видов топлива на мировом рынке постоянно растет. Использование традиционных энергоресурсов всегда связано с загрязнением окружающей среды. На атомных электростанциях все еще недостаточен уровень надежности, при том, что тяжесть последствий от аварий на них очень высока. Остро стоят проблемы вторичной переработки и захоронения отработанного ядерного топлива.

Альтернативная энергетика основана на использовании возобновляемых источников энергии. Альтернативная энергетика, как правило, использует меньшие системы, которые менее сложны, и их можно строить без крупных капиталовложений. Это системы, использующие ветроэнергетические ресурсы, солнечную энергию, энергию морского прибоя и термальных вод.

Запасы солнечной энергии практически неисчерпаемы. Интенсивность солнечного света в южных широтах весьма высока. Во всем мире идет разработка эффективных методов преобразования солнечной энергии в электрическую или тепловую. Прогнозируется, что солнечная энергия сможет покрыть значительную долю быстро растущей потребности человечества в энергии. В последние годы стоимость наземных солнечных батарей снизилась во много раз.

Энергия ветра тоже является практически неисчерпаемым ресурсом и уже получила существенное распространение в энергетике. Ее целесообразно использовать в труднодоступных районах, удаленных от источников централизованного электроснабжения, а также для мелких, рассредоточенных потребителей энергии. Значительная часть ветроэнергетических установок уже сейчас находит применение в сельском хозяйстве (для подъема воды из скважин и подачи ее потребителям, для мелиорации земель). Но они требуют дорогостоящих аккумулирующих устройств для накопления электроэнергии, что значительно повышает стоимость ветровой энергии.

Гидроэнергия — энергия движущейся воды рек, энергия волн, океанических течений — относятся к возобновимым ресурсам. Она используется на электростанциях для приведения в движение турбин электрогенераторов. Их условно относят к экологически чистым источникам энергии, так как они не загрязняют окружающую среду, но при установке их на реках нарушаются условия существования водной флоры и фауны, затопляются пойменные земли. Тем не менее, гидроэлектростанции наиболее распространены в настоящее время.

Источниками геотермальной энергии служат химические реакции и радиоактивные процессы в земной коре. Температура на глубине 2—3 тыс. метров превышает 100 °С. Воды с таких глубин выводят на поверхность по пробуренным скважинам. Энергия термальных вод используется в основном для нужд населенных пунктов, расположенных вблизи источников. При этом по себестоимости тепловая энергия термальных вод примерно в 4 раза ниже, чем тепловая энергия, получаемая от обычных котельных.

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru/

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

Высшего профессионального образования

«Тамбовский государственный технический университет»

Кафедра: " Природопользование и защита окружающей среды "

РЕФЕРАТ

По дисциплине «Экология»

На тему: «Энергетические ресурсы и их основные источники»

Преподаватель: Беляева Н.П.

Выполнил ст. группы БРТ11В: Григорьева Е.А.

Тамбов 2015

ВВЕДЕНИЕ

1. Классификация энергии

6. Пути экономии энергии

З АКЛЮЧЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

Обычно источники энергии используются тремя путями. Во-первых, получают тепловую энергию, сжигая ископаемое топливо, и используют её непосредственно для обогревания жилищ, школ, предприятий и торговых учреждений. Во-вторых, можно преобразовать заключенную в топливе тепловую энергию в работу, например, использовать продукты перегонки нефти для приведения в движение различного оборудования, а также автомобилей, тракторов, поездов, самолетов и т.д. Наконец, в-третьих, возможно преобразовать тепловую энергию, высвобождающуюся при сгорании топлива или выделяющуюся при делении ядер урана, в электрическую, а потом направить полученную электрическую энергию либо для производства тепла, либо для выполнения механической работы. Электроэнергию можно получить за счет энергии падающей воды. По существу электроэнергия играет роль удобного посредника между источником энергии и ее потребителями на месте. И как появление посредника на рынке ведет к повышению цен, так и использование энергии в форме электричества тоже приводит к подъему цен.

Преобразование различных форм энергии в электрическую практикуется в силу многих причин. В некоторых случаях просто невозможно эффективно использовать энергию, не превратив ее в электрическую. До того как было открыто электричество, энергия падающей воды (гидроэнергия) могла применяться лишь для приведения в движение механических устройств. Прядильные машины, мельницы и лесопилки на мануфактурных производствах приводились в движение энергией падающей воды. Гидроэнергия не имела другого применения до тех пор, пока не был найден способ преобразовывать ее в электричество, что сделало возможным использовать ее для приведения в движение машин, находящихся далеко от места падения воды. Сходным образом энергию деления урана невозможно использовать в сколько-нибудь крупных масштабах иным путем, чем превратив ее в электричество. И, как в случае с гидроэнергией, электричество, полученное от деления ядер урана, можно использовать не только для приведения в движение различных механизмов, но и получения тепла для обогрева домов (правда, это малоэффективно), нагревания воды и многих других целей.

В отличие от падающей воды ископаемые виды топлива применялись лишь для отопления и освещения, но не для приведения в движение различных механизмов. Дрова и уголь, а нередко и высушенный торф сжигались для обогрева жилых домов и общественных зданий, а уголь применялся и как источник тепла, необходимого при выплавке железа. Угольное масло, получаемое путем перегонки угля, заливалось в лампы. И только с изобретением парового двигателя в XVIII в. был по-настоящему раскрыт потенциал ископаемого топлива для приведения в действие разнообразных машин и механизмов. В первые десятилетия XIX в. уже использовались локомобили с паровыми двигателями, работавшие на угле. А в первые десятилетия XX в. уголь сжигался в топках котлов электростанций для производства электроэнергии, хотя такой процесс получения энергии был в то время не слишком эффективен.

1. Классификация энергии

На практике чаще всего выделяют несколько более или менее однородных форм энергии: механическую, химическую, тепловую, ядерную, световую (или лучистую) и электрическую. Механическая кинетическая энергия присуща движущимся предметам. Ею обладают такие природные явления, как течение рек, ветер, морские приливы.

Механической потенциальной энергией обладают предметы и объекты, расположенные выше уровня поверхности (т.е. такие, которым есть, куда падать). К этому виду можно отнести водные массивы, расположенные в горах или накопленные в водохранилищах (см. слайд 1).

* Химическая энергия содержится в топливе и пище и предназначена для превращения в другие формы.

* Тепловой энергией обладают хорошо нагретые предметы. Этот вид, энергии широко используется в производстве и в быту. Источники тепла могут быть найдены и в природе - это термальные источники, использовавшиеся еще древними римлянами.

* Ядерная энергия, или энергия атома, - это то, что удерживает ядра атомов, оставляя их такими, как они есть.

* Лучистая энергия, называемая также электромагнитным излучением, не только "оживляет" наши приемники и телевизоры, делает возможным беспроволочную связь, но и, в виде солнечного излучения, является главным источником энергии, движения и жизни на Земле.

Электроэнергия как правило генерируется на электрических станциях (хотя ее можно получить при помощи аккумуляторов, электрических батареек, разряда молнии или удара электрического ската). Ее роль в экономике и обществе трудно переоценить. Именно она представляет собой основу всей современной жизни.

Энергия, обеспечивающая конечные процессы производства нематериальной сферы представляет собой конечную энергию. Все такие процессы можно разделить на несколько агрегированных групп, так как:

Освещение и передача информации;

Электрофизические процессы;

Механические процессы, как стационарного (например, кузнечный пресс, металлорежущий станок и пр.), так и мобильного (например, транспорт) характера;

Тепловые процессы высокого, среднего и низкого потенциала.

Если количество конечной энергии нельзя непосредственно измерить, можно лишь вычислить, используя теоретические данные об энергоемкости отдельных процессов, то количество так называемой подведенной энергии можно определить, используя, например, счетные устройства. Подведенная энергия - это та энергия, которая обеспечивает работу конечных энергетических установок и содержится в энергоносителях - физических субстанциях, содержащих потенциальную энергию и достаточно легко преобразуемых в конечные виды. В качестве таких энергоносителей могут выступать разные факторы - различные виды топлива и электроэнергия.

2. Классификация энергоресурсов

Основой энергетического хозяйства общества, источником и энергоносителей, и, следовательно, собственно энергии являются энергоресурсы, что, очевидно означает краткое название энергетических ресурсов. Энергетический ресурс- это носитель энергии, который используется в настоящее время или может быть использован в перспективе.

Все энергоресурсы делятся на первичные и вторичные. Первичные ресурсы есть результат природных процессов. Первичный энергоресурс- это энергоресурс, который не был подвергнут никакой переработке. Это энергия, которая содержится в природных источниках и может быть преобразована во вторичную (электрическую, тепловую, механическую) энергию.

К первичным энергоресурсам относится природное топливо, а также энергия солнца, ветра, водных ресурсов, биомассы и др.

Энергоресурсы можно также разделить на топливные и нетопливные. Первичные энергоресурсы могут быть возобновляемые и невозобновляемые.

Возобновляемые природные ресурсы это такие объекты, о восстановлении запаса которых заботится сама природа. Многие из них практически не зависят от того, в какой мере общество вовлекает их в хозяйственный оборот: солнечная энергия, гидроресурсы, ветер. Есть и другие - такие, использование которых ведет к уменьшению их запаса в краткосрочном и даже достаточно длительном времени. Пример - биомасса. Они, однако, могут рассматриваться как возобновляемые в длительной перспективе .

Невозобновляемые энергоресурсы это такие ресурсы, запас которых принципиально исчерпаем, - минеральное топливо, уран.

Если коротковолновое излучение связано с прямым отражением солнечной радиации, то длинноволновое излучение является результатом природных процессов и техногенной деятельности человека.

Вторичный энергоресурс (ВЭР) (внутренний энергоресурс) - это энергоресурс, получаемый в виде побочного продукта основного производства или являющийся таким продуктом (отходы производства). Это энергетический потенциал отходов продукции, побочных и промежуточных отходов, образующихся в технологических установках (системах), который не используется в самой установке, но может быть частично или полностью использован для энергоснабжения других установок. К вторичным энергетическим ресурсам относятся все переработанные иные или преобразованные виды топлива, а также побочная энергия производственных процессов или процессов в сфере потребления может быть утилизирована и использована вторично. Эта категория включает продукты нефтепереработки, облагороженное топливо, а также отработанный пар, отходы тепла, горячие газы. Следуя этой логике, ко вторичным энергоресурсам следует отнести также сберегаемую энергию.

3. Классификация вторичных энергоресурсов

Технологический агрегат или установка, являющаяся источником отходов энергии, которую можно использовать как полезную, называется агрегатом- источником или установкой-источником ВЭР.

Энергетический потенциал отходов и продукции классифицируется по запасу энергии в виде химически связанной теплоты (горючие ВЭР), физической теплоты (тепловые ВЭР), потенциальной энергии избыточного давления (ВЭР избыточного давления).

Горючие ВЭР.К горючим ВЭР относятся образующиеся в процессе производства основной продукции газообразные, твёрдые или жидкие отходы, которые обладают химической энергией и могут быть использованы в качестве топлива.

Источником горючих ВЭР являются лесная и деревообрабатывающая промышленность, химическая промышленность, сельское и коммунальное хозяйство.

В настоящее время большое внимание уделяется утилизации твердых древесных отходов, отходов сельскохозяйственного производства и т. п. В лесной и деревообрабатывающей промышленности приблизительно половина заготавливаемой древесины идет в отходы. Одной из первостепенных задач является их утилизация путем сжигания с целью получения теплоты.

Тепловые ВЭР. К тепловым ВЭР относится физическая теплота отходящих газов котельных установок и промышленных печей, основной или промежуточной продукции, других отходов основного производства, а также рабочих тел, пара и горячей воды, отработавших в технологических и энергетических агрегатов.

Для утилизации тепловых ВЭР используют теплообменники, котлы-утилизаторы или тепловые агенты.

Тепловые ВЭР делятся на высокотемпературные (с температурой носителя выше 500°С), среднетемпературные (при температурах от 150 до 500°С) и низкотемпературные (при температурах ниже 150 °С).

ВЭР избыточного давления. ВЭР избыточного давления могут быть использованы для производства механической работы, теплоты или холода. В первом случае для преобразования используется турбина, сопряженная на одном валу с электрическим генератором. Во втором случае энергия избыточного давления может быть также преобразована в теплоту или холод.

С техногенной деятельностью человека в первую очередь связано преобразование в тепловую энергию химической энергии органического топлива и ядерной энергии. Данные технологии преобразования первичной энергии называются традиционными технологиями.

В меньшей степени техногенная деятельность человека связана с прямым использованием солнечной энергии и использованием продуктов её конверсии. Соответственно данные технологии преобразования первичной энергии называются нетрадиционными технологиями.

Вместе с тем основной ресурс традиционных технологий преобразования первичной энергии - органическое (твёрдое, жидкое, газообразное) ископаемое топливо - ограниченный (истощаемый) энергоресурс и возможности его использования не бесконечны во времени.

В связи с этим можно более оправданным является разделение первичного энергоресурса на возобновляемыйиневозобновляемый.

Возобновляемый источник энергии - это источники на основе постоянно существующих или периодически возникающих в окружающей среде потоков энергии. Возобновляемая энергия не является следствием целенаправленной деятельности человека, и это является её отличительным признаком.

Невозобновляемые источники энергии - это природные запасы веществ и материалов, которые могут быть использованы человеком для производства энергии. Примером могут служить ядерное топливо, уголь, нефть, газ. Энергия невозобновляемых источников в отличии от возобновляемых находится в природе в связанном состоянии и высвобождается в результате целенаправленных действий человека.

К нетрадиционным и возобновляемым источникам энергии относятся: солнечная, ветровая, геотермальная, энергия морских волн, приливов и океана, энергия биомассы, древесины, древесного угля, торфа, тяглового скота, сланцев, битуминозных песчаников и гидроэнергия больших и малых водотоков.

Хотя эти источники могут в совокупности обеспечить не более 5% всей расчетной экономии расхода топлива, их применение очень важно по нескольким причинам:

· во-первых, работы по их использованию будут способствовать развитию собственных технологий и оборудования, которые в последствии могут стать предметом экспорта;

· во-вторых, эти источники, как правило, являются экологически чистыми;

· в-третьих, их применение само по себе обеспечивает воспитание у людей психологии энергосбережения и энергоэффективности, что будет способствовать переходу от расточительной к рациональной экономии.

4. Технологии использования ВЭР

Использование ВЭР является важнейшим направлением экономии энергии на промышленном предприятии.

Под агрегатом-источником ВЭР следует понимать агрегат, в котором образуется и получает потенциал носитель ВЭР (технологические печи, реакторы, холодильники, пароиспользующие установки и т. п.) (см. слайд 7).

Вторичные энергетические ресурсы могут использоваться непосредственно без изменения вида энергоносителя для удовлетворения потребности в топливе и теплоте, либо с изменением энергоносителя путем выработки тепловой энергии, электроэнергии, холода или механической работы в утилизационных установках.

Принципиальная схема использования энергетических ресурсов и распределения энергетических потоков при утилизации ВЭР показана на слайде 8. На схеме указаны названия отдельных потоков и даны сечения, по которым определяются количественные значения этих показателей, причем наименования справа относятся только к правому потоку, а наименования слева - к обоим потокам.

При утилизации ВЭР следует различать следующие термины и понятия:

Выход ВЭР - количество ВЭР, образующихся в процессе производства в данном технологическом агрегате за единицу времени.

Выработка за счет ВЭР - количество теплоты, холода, электроэнергии или механической работы, получаемых за счет ВЭР в утилизационных установках.

Различают возможную, экономически целесообразную, планируемую и фактическую выработку.

Возможная выработка - максимальное количество теплоты, холода, электроэнергии или механической работы, которые могут быть практически получены за счет данного вида ВЭР с учетом режимов работы агрегата-источника ВЭР и утилизационной установки. Экономически целесообразная выработка - максимальное количество теплоты, холода, электроэнергии или механической работы, целесообразность получения которых в утилизационной установке (в течение рассматриваемого периода) подтверждается экономическими расчетами.

Для проектируемых установок экономически целесообразная выработка - такое количество теплоты, холода, электроэнергии или механической работы, получение которого за счет ВЭР и использование потребителями дает наибольший экономический эффект. Поскольку параметры утилизационных установок выбирают из условия их наибольшей эффективности, то возможная выработка тепловой энергии в данной утилизационной установке экономически целесообразна.

Планируемая выработка - количество теплоты, холода, электроэнергии или механической работы, которое предполагается получить за счет ВЭР при осуществлении плана развития данного производства, предприятия, отрасли в рассматриваемый период с учетом ввода новых, модернизации действующих и вывода устаревших утилизационных установок.

Фактическая выработка - фактически полученное количество теплоты, холода, электроэнергии или механической работы на действующих утилизационных установках за отчетный период.

Коэффициент выработки за счет ВЭР - отношение фактической (планируемой) выработки к экономически целесообразной (возможной).

Коэффициент выработки может определяться для одного агрегата-источника ВЭР, для группы однотипных агрегатов, для цеха, предприятия, отрасли по каждому виду ВЭР.

Использование ВЭР - количество используемой у потребителей энергии, вырабатываемой за счет ВЭР в утилизационных установках, а также топлива и теплоты, получаемых непосредственно как ВЭР.

Использование ВЭР так же, как и выработка за счет ВЭР, может быть возможное, экономически целесообразное, планируемое и фактическое (см. рис.).

При определении возможного и экономически целесообразного использования ВЭР учитывают наличие технически разработанных и проверенных методов и конструкций по утилизации ВЭР, наличие места для размещения утилизационных установок, наличие потребителей энергии и пр.

При использовании ВЭР с преобразованием энергоносителя в утилизационной установке возможное использование ВЭР равнозначно возможной выработке за счет ВЭР и численно равно ей.

Экономия топлива за счет ВЭР - количество первичного топлива, которое экономится за счет использования вторичных энергетических ресурсов. Экономия топлива, соответственно использованию ВЭР, также может быть возможная, экономически целесообразная, планируемая и фактическая. По величине экономии топлива осуществляют суммирование различных видов ВЭР.

Коэффициент утилизации ВЭР - отношение фактической (планируемой) экономии топлива за счет ВЭР к экономически целесообразной (возможной). Коэффициент утилизации может определяться для одного агрегата-источника ВЭР или для группы агрегатов, для предприятия, отрасли по каждому виду ВЭР и суммарно - для всех видов ВЭР.

5. Утилизация вторичных (побочных) энергоресурсов

Если в каком-либо производстве не удаётся полностью использовать всю энергию, нужно попытаться не сбрасывать её в окружающую среду, а продать эти ненужные вторичные (побочные) для данного производства энергоресурсы другим потребителям, либо организовать у себя специальное производство, потребляющее эту энергию. Такой подход не даёт экономии топлива в самом технологическом процесс, но может существенно улучшить экономические показатели производства за счёт средств, полученных от реализации ВЭР.

Выработка энергоносителей (водяного пара, горячей или охлаждённой воды, электроэнергии, механической работы) за счёт снижения энергетического потенциала носителя ВЭХР осуществляется в утилизационной установке.

Главная трудность при решении проблемы утилизации ВЭР обычно состоит в поисках потребителя. Приходится анализировать уже не только своё производство, но и в первую очередь сопутствующие, а иногда и совершенно не связанные. Нередко для утилизации ВЭР создают тепличные хозяйства, рыбоводные пруды и т.д. Способ утилизации ВЭР выбирают в зависимости от требований потребителя в виде вторичной энергии.

Если на производстве имеются горючие отходы - топливные ВЭР, то использовать их обычно не представляет труда. В крайнем случае, если не удастся сжечь топливные ВЭР в обычных топках, создают специальные, например топки с кипящим слоем для сжигания высокозольных твёрдых остатков углеобогатительных фабрик.

За счёт ВЭР избыточного давления в расширительных турбинах обычно получают электроэнергию. Наибольшую долю составляют тепловые ВЭР. Часто, говоря о ВЭР, только их и имеют в виду.

Тепловые ВЭР газовых потоков с высокой температурой (> 400 °С) и средней (100-400 °С) обычно используют для производства пара или подогрева воды с помощью паровых или водогрейных котлов-утилизаторов. Водогрейные котлы-утилизаторы предназначены для подогрева воды, идущей на теплофикацию жилых и общественных зданий. Конструктивно они представляют собой систему труб, через которые просачивается сетевая вода, поэтому нередко водогрейные котлы-утилизаторы называют утилизационными экономайзерами.

Широкое распространение в настоящее время получили системы испарительного охлаждения элементов высокотемпературных печей. В печах многие элементы приходится делать из металла - прежде всего это несущие и поддерживающие балки, на них ложится большая нагрузка, которую не выдержат огнеупорные материалы. Практически невозможно делать из огнеупоров и подвижные элементы, особенно те, которые должны герметично закрываться, например завалочные окна, шиберы, перекрывающие походное сечение газоходов и т.д. Но металлы могут работать только при умеренных температурах до 400-600 °С, а температура в печи намного выше. Поэтому металлические элементы печей делают полыми и внутри них циркулирует охлаждающая вода. Для исключения образования накипи и загрязнений внутри охлаждаемых элементов вода должна быть специально подготовленной. Кроме того, эту воду нужно охлаждать или сбрасывать. И в том и в другом случае происходит загрязнение окружающей среды.

Все эти недостатки исключаются, если в охлаждаемые элементы печи подают воду из контура циркуляции парового котла-утилизатора. Охлаждаемые элементы печи здесь выполняют роль испарительной поверхности, в которой теплота уже не сбрасывается в окружающую среду, а идёт на выработку пара. Питание котлов осуществляется химически очищенной водой, поэтому накипи и загрязнений внутри охлаждаемых элементов не образуется и срок их службы в 1,5-3 раза больше, чем при охлаждении проточной водой.

Система испарительного охлаждения может работать и как самостоятельный паровой котёл, но мощность его будет слишком малой. При комплексном подходе к утилизации теплоты от газов и охлаждаемых элементов конструкции печи значительно сокращаются затраты на вспомогательное оборудование, коммуникации, обслуживание и т. д.

В ряде случаев удаётся использовать теплоту раскаленных твердых продуктов. На многих металлургических комбинатах сейчас работают установки охлаждения (технологи говорят “сухого тушения”) кокса (УСТК) (рисунок 1), в которых охлаждается кокс с температурой свыше 1000°С, выгружаемый из коксовых батарей. Особая сложность этой установки состоит в том, что кокс - горючий материал. Поэтому для его охлаждения используют инертный азот, а всю установку герметизируют, по возможности предотвращая утечки азота.

Рисунок 1 - Установка охлаждения кокса.

Раскаленный кокс в специальных вагонах быстро (поскольку на воздухе он горит) транспортируется от коксовой батареи и загружается в герметичную камеру 1, затем поступает в камеры тушения 2, в которой он снизу вверх продувается инертным газом. За счёт постепенной выгрузки снизу кокс плотным слоем движется сверху вниз противотоком к охлаждающему газу. В результате кокс охлаждается от 1000-1050°С до 200-250°С, а газ нагревается от 180-200 °С до 750-800°С. Через специальные отверстия 3 и пылеосадительную камеру 4 газы попадают в котёл утилизатор 5. В нем за счет охлаждения 1 тонны кокса получают примерно 0,5 тонну пара достаточно высоких параметров p=(3,9 ё4,0) МПа и °С =(440ё450) °С. После котла-утилизатора охлажденный газ ещё раз очищают от пыли в циклоне 6 и вентилятором 7 вновь направляют в камеру тушения под специальный рассекатель для равномерного распределения по сечению камеры.

Сухой способ охлаждения по сравнению с традиционным, когда раскалённый горящий кокс действительно “тушат”, поливая водой, позволяет не только получить дополнительную энергию (утилизировать ВЭР), но и повышает качество кокса, уменьшает его потери за счёт выгорания в процессе тушения, исключает расход воды, а главное - позволяет избежать загрязнения атмосферы паром и коксовой пылью.

Аналогичные схемы утилизации теплоты других твёрдых веществ можно использовать только при достаточно большой производительности, иначе это будет экономически невыгодно по причинам, указанным выше. Производительность УСТК по коксу составляет 50-56 т/ч .

Наиболее сложно найти применение низкопотенциальным тепловым ВЭР (t<100°С). В последнее время их все шире используют для отопления и кондиционирования промышленных и жилых зданий, применяют тепловые насосы для повышения температурного потенциала или для получения холода. Непосредственно используют такие ВЭР только на отопление близко расположенных теплиц или рыбоводных хозяйств.

6. Пути экономии энергии

Общество стоит перед необходимостью поиска альтернативных источников энергии. Поиск и освоение новых источников энергии - одна из глобальных проблем современности. При многообразии представлений об энергетике будущего доминирует тенденция всемирной экономии ископаемого топлива с учетом его неизбежного удорожания, дефицита и экономических трудностей добычи и использования.

Мировая энергетическая система, основанная на высокоэффективном использовании возобновляемых источников энергии, должна быть не только менее централизованной, но и менее уязвимой при различных экономических потрясениях.

По прогнозу к 2020 г. эти источники заменят около 2,5 млрд. т топлива, их доля в производстве электроэнергии и теплоты составит 8%.

На земную поверхность в течение года поступает солнечное излучение, эквивалентное 178 тыс. ГВт лет (что примерно в 15 тыс. раз больше энергии, потребляемой человечеством). Однако 30 % этой энергии отражается обратно в космическое пространство, 50 % -- поглощается, 20 % -- идет на поддержание геологического цикла, 0,06 % -- расходуется на фотосинтез. Из всей получаемой человечеством энергии 18 % приходится на восстанавливаемые источники (включая электроэнергию), а удельное количество на единицу площади земли зависит от географического местоположения и времени года, причем количество, которое может быть преобразовано в электроэнергию, зависит от эффективности технологии по ее восприятию и преобразованию.

Многообещающим направлением представляется выращивание растений, идущих в переработку для производства энергии, на маргинальных землях, не задействованных в производстве продуктов питания. Сегодня на дрова и древесный уголь приходится 12% мирового производства энергии. В перспективе использование энергии биомассы увеличится. Уже разработана технология получения этанола из древесины, который будет стоить 2,8 дол. за 1 л и снизит потребность в бензине.

Устойчивое развитие экономики зависит, в том числе, и от сокращения отходов. По оценкам специалистов, их можно легко уменьшить - в промышленности более чем на 1/3 за счет перестройки производственных процессов. Другое важное направление уменьшения количества отходов состоит и упрощении упаковки продовольственных товаров: переход от многослойной упаковки товаров к однослойной; замена различных по размеру и форме емкостей из-под напитков на ряд стандартных многоразового пользования. Реализация этих мер позволит сэкономить большое количество энергии и материалов.

Политика энергосбережения является выгодной и с экономической, и с природоохранной точек зрения. Ведь чем меньше сжигается топлива, тем меньше загрязнение среды. К тому же экономия, полученная при отказе от строительства новых электростанций, облегчит финансирование установки скрубберов и других очистных сооружений на уже действующих объектах.

На пути экономии энергии и перехода к возобновляемым источникам энергии стоит ряд серьезных препятствий. Вот некоторые их них:

· мощные, разветвленные концерны сделали огромные капиталовложения в традиционную энергетическую технику;

· энергетика, в том числе в ФРГ и Франции, имеет большие избыточные мощности, следствием чего является "подавление" альтернативных источников энергии;

· производящие энергию предприятия хотят продавать ее во все возрастающих количествах, поэтому они не заинтересованы в экономии;

· законодательство, стимулирующее развитие энергетики, основанное на законах пятидесятилетней давности, а также современные законы о налогах и субсидиях все еще ориентируют на рост энергопотребления, на монополизацию ископаемых и ядерных энергоносителей;

· государственная бюрократия и компетентные научные организации в результате длительной привычки ориентированы на развитие техники, обеспечивающей преобразование ископаемого и ядерного топлива;

· мощное и успешно действующее угольное лобби в интересах сохранения "статус-кво" и рабочих мест требует гарантировать в долгосрочном плане высокий сбыт каменного угля, прикрываясь национальными интересами;

· привычный для цивилизации способ промышленного производства и потребления (отношение к природе как к работающей «а человека машине, безудержное повышение материального потребления и т.д.);

· отсутствие политической воли как решающей предпосылки для развития новой энергетической политики и эффективной защиты окружающей среды (по-прежнему решающей является догма "экономический рост", а вопросы защиты окружающей среды и экономии энергии обсуждаются символически).

В России накоплен определенный опыт в области нетрадиционной энергетики. Уже разработаны проекты и осуществляется строительство геотермальных электростанций, мощность которых составит к 2020 г. 250 мегаватт, в ветроустановок - 200 мегаватт. Многие российские установки не имеют аналогов в мировой практике. В первую очередь, это ветроустановки с повышенным сроком службы, применением специальных зеркал и комплексное оборудование для геотермальных электростанций.

Следует отметить, что одновременно с использованием новых видов энергии возникает новый тип экологических последствий, который затрагивает природные процессы. Так, загрязнение окружающей среды, связанное с возведением солнечных электростанций, носит вполне традиционный характер. Оно является результатом хозяйственной деятельности по добыче руды и другого сырья, а также их переработки в сталь, медь, стекло и т.д. Строительство ветроустановок создает шумовое загрязнение окружающей среды, производимое лопастями пропеллеров, вызывает помехи для воздушного сообщения и для. распространения радио- и телеволн: в местах работы ветроустановок значительно ослабевает сила воздушных потоков, что может оказать влияние на климат, а также ограничть "проветривание" близлежащих промышленных районов. К возобновляемой энергии, уже применяемой на практике, относится также геотермальная. Отрицательными экологическими последствиями ее использования являются: возможность пробуждения сейсмической активности в районах электростанций; опасность локального оседания грунтов; сильный шум, вызванный расширением газов на поверхности земли; эмиссия отравляющих газов.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Энергетические проблемы сегодня один из актуальнейших вопросов международной политики и одна из тем саммита «Большой восьмерки» 2006 года в России. При всей сложности международных переговоров в данной сфере, вызванной объективным несовпадением интересов потребителей и поставщиков энергоносителей, необходимость ведения постоянного диалога очевидна всем сторонам. Экологический вызов, прежде всего в виде исчерпания природных ресурсов, чрезмерного загрязнения окружающей среды и изменения климата предопределит результат переговоров, пусть даже в настоящий момент общая картина будущего глобальной энергетики с трудом просматривается за узкогрупповыми и национальными политическими интересами. энергия вторичный невозобновляемый

Даже не рассматривая здесь подробно проблему глобального изменения климата, ясно, что есть множество других факторов, которые переводят проблему энергетической безопасности в плоскость необходимости смены «сырьевой парадигмы» - постепенного отхода от потребления невозобновляемых ископаемых видов энергоресурсов. Не так далек момент, когда энергетические затраты на добычу, транспортировку и потребление ископаемого топлива превысят энергетический же эффект от использования энергоносителей. Не могут бесконечно продолжать свой рост и цены на ископаемое топливо. Налицо масса объективных факторов, связанных с освоением новых месторождений: удаленность, климатические условия, трудности добычи и др. Кроме того, возрастают масштабы отрицательных экологических последствий, связанные с освоением новых месторождений природных ресурсов.

На фоне неизбежного увеличения затрат на добычу и транспортировку ископаемого топлива в мире Россия может оказаться одной из первых из стран, где рентабельность добычи и использования ископаемых энергоносителей станет критически низкой. Поэтому Россия нуждается сегодня в разработке собственной политики энергобезопасности, которая может идти в одном направлении с политикой других стран «Большой восьмерки».

Глобальная энергетическая политика, имеющая в своей основе только декларации и договоренности добровольного порядка, вряд ли сможет стать реальным фактором снижения энергопотребления на уровне предприятий и государств. Рано или поздно потребуется выработка экономических механизмов, стимулирующих снижение энергопотребления. При этом движущие мотивы стран - производителей и потребителей энергоресурсов различны. Для стран-экспортеров затраты на энергоэффективность могут быть менее рентабельны, так как низкие внутренние тарифы на энергоносители определяются во многом социальными и экономическими интересами. В такой ситуации возможно использовать международные механизмы выравнивания затрат и выгод. Достаточно очевидны первоочередные практические действия в развитии глобальной энергетической политики: это работа по внедрению более эффективных методов использования ископаемого топлива и международная инвентаризация возможностей развития альтернативных источников энергии. Для придания политического веса целесообразно решить вопрос о создании при Организации Объединенных Наций Международного агентства по возобновляемой энергетике.

Международное сотрудничество обеспечивается сложным, многоуровневым механизмом межгосударственного, научного, делового, информационного взаимодействия. Одним из достаточно новых и эффективных его компонентов являются международные партнерства и инициативы. Организуемые на самом разном уровне - от частного, коммерческого или научного до межгосударственного, партнерства и инициативы исполняют роль органа для работы с информацией, организации переговорного процесса, обеспечения взаимодействия экспертов и лиц, принимающих решения. Они призваны поддерживать политический диалог в целях достижения общего решения.

В энергетической области существует широкое поле для организации совместной работы в форме партнерств, инициатив и сетевых организаций. Наиболее эффективными областями приложения их усилий являются:

Информирование участников энергетического рынка путем распространения объективной и достоверной информации о состоянии, прогнозах и перспективах глобального рынка энергоносителей. Это позволит вырабатывать более правильную политику всем участникам рынка, снизит риск непредсказуемых колебаний, вызванных субъективными факторами.

Раскрытие информации на взаимной (паритетной) основе, борьба с закрытостью информации, порождающей спекуляцию, коррупцию и другие неблаговидные явления.

Пропаганда и внедрение экологически чистой энергетики путем создания сетей экспертов, банков данных, обучения специалистов, обмена опытом и лучшими примерами, демонстрация возможностей рентабельного использования возобновляемых источников энергии, способствование повышению энергоэффективности.

Подготовка переворота в сознании, в понимании истинной цены энергоресурсов, включающей экологическую составляющую, с учетом интересов живущего и последующих поколений. Создание моды, спроса на использование энергии из возобновляемых и экологически чистых источников энергии.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

1. Баскаков, А.П. Теплотехника. 2-е издание, переработанное./ Баксаков А.П. - Москва, «Энергоатомиздат», 2005, 209 с.

2. Агеев, В.А. Нетрадиционные и возобновляемые источники энергии./ В.А. Агеев - Москва, «Энергоиздат», 2006, 163 с.

3. Сибикин, Ю.Д. Технология энергосбережения./ Ю.Д. Сибикин, М.Ю. Сибикин - Москва, «ФОРУМ-ИНФРА-М»2006, 262с.

4. Плюто, М.В. Рациональное использование электрической и тепловой энергии./ М.В.Плюто, Р.В. Клавсуть. - Минск, «Полымя», 1993,118 с.

Размещено на Allbest.ru

Подобные документы

Источники энергии в Мировом океане. Основные формы энергии морей и океанов. Особенности энергии волн, приливно-отливных движений воды, течений. Использование температурного градиента, ресурсы тепловой энергии океана. Соленая энергия морей и океанов.

реферат , добавлен 10.07.2011


Причины перехода на возобновляемые источники энергии. Возможные источники энергии. Энергия воды. Солнечная энергия. Энергия ветра. Другие источники энергии (биомасса).

реферат , добавлен 21.12.2002


Анализ возможности применения энергии солнца и ветра как совместно с традиционным источником энергии, так и автономного энергоснабжения совместного использования энергии солнца и ветра. Сравнение по более экономному использованию энергии ветра и солнца.

контрольная работа , добавлен 03.11.2013


Природные ресурсы, их рациональное использование и воспроизводство. Экономическое регулирование охраны окружающей среды. Основные виды используемой человеком энергии. Энергия термоядерного синтеза, способы ее получения. Альтернативные источники энергии.

контрольная работа , добавлен 30.04.2009


Нетрадиционные и возобновляемые источники энергии (солнечная, ветровая и геотермальная энергию, энергию морских приливов и волн). Их плюсы и минусы. Как может осуществляться альтернативное использование солнечной энергии при эксплуатации зданий.

реферат , добавлен 26.12.2010


Использование ветра и ветряных установок. Сооружение гигантских ветроэнергетических установок для получения энергии. Способы преобразования солнечных лучей в электрический ток. Использование и получение энергии приливных и отливных морских течений.

реферат , добавлен 09.11.2008


Источники радиоактивного загрязнения. Экологические проблемы тепловой энергетики и гидроэнергетики. Приливные электростанции и их экологическая оценка. История использования энергии ветра. Экологическая оценка использования лучистой энергии Солнца.

реферат , добавлен 02.12.2014


Понятие геотермальной энергии как энергии внутренних областей Земли. Перспективы использования геотермальных источников энергии, характеристика их преимуществ. Развитие и совершенствование геотермальных технологий. Экологические фонды: назначение, виды.

реферат , добавлен 15.01.2014


Вклад теплоэнергетики в загрязнение атмосферы. Использование теплонасосной установки как альтернативного экологически чистого источника энергии в системах теплоснабжения жилых, общественных и производственных зданий. Применение нетрадиционной энергетики.

реферат , добавлен 26.09.2016


Дом как важнейший символ земного существования. Формирование массового движения в защиту природы. Основные виды экологических домов. Проекты энергоэффективных домов. Возобновляемые источники энергии. Фотоэлектрические преобразователи солнечной энергии.

Все материальные ресурсы, используемые в народнохозяйственном комплексе в качестве предметов труда, условно подразделяются на сырьевые и топливно-энергетические. Энергетическим ресурсом называют любой источник энергии, естественный или искусственно активированный. Энергетические ресурсы - носители энергии, которые используются в настоящее время или могут быть полезно использованы в перспективе. Различают потенциальные и реальные топливно-энергетические ресурсы (ТЭР).

Потенциальные ТЭР - это объем запасов всех видов топлива и энергии, которыми располагает тот или иной экономический район, страна в целом.

Реальные ТЭР в широком смысле - это совокупность всех видов энергии, используемых в экономике страны.

Основу классификации энергоресурсов составляет их деление по источникам получения на:

1) природные ТЭР (природное топливо) - уголь, сланец, торф, газ природный и полезный, газ подземной газификации, дрова; природная механическая энергия воды, ветра, атомная энергия; топливо природных источников - солнца, подземного пара и термальных вод;

2) первичные - продукты переработки топлива - кокс, брикеты, нефтепродукты, искусственные газы, обогащенный уголь, его отсевы и т.д.;

3) вторичные энергетические ресурсы, получаемые в основном технологическом процессе - топливные отходы, горючие и горячие газы, отработанный газ, физическое тепло продуктов производства и т.д.

По способам использования первичные энергетические ресурсы подразделяют на топливные и нетопливные; по признаку сохранения запасов - на возобновляемые и невозобновляемые; ископаемые (в земной коре) и неископаемые. - участвующие в постоянном обороте и потоке энергии (солнечная, космическая энергия и т.д.), депонированные энергетические ресурсы (нефть, газ и т.д.) и искусственно активированные источники энергии (атомная и термоядерная энергии).

В экономике природопользования различают валовой, технический и экономический энергетические ресурсы.

Валовой (теоретический) ресурс представляет суммарную энергию, заключенную в данном виде энергоресурса. Технический ресурс - это энергия, которая может быть получена из данного вида энергоресурса при существующем развитии науки и техники. Экономический ресурс - энергия, получение которой из данного вида ресурса экономически выгодно при существующем соотношении цен на оборудование, материалы и рабочую силу. Он составляет некоторую долю от технического и тоже увеличивается по мере развития энергетики.

Основными топливными ресурсами, главными составляющими топливного баланса являются нефть, газ и уголь. За последние десятилетия топливный баланс подвергся коренной реконструкции – из угольного он превратился в нефтегазовый и даже – в газонефтяной. Но в настоящее время по оценкам специалистов, мировые ресурсы угля, нефти, газа существенно сокращаются. Поэтому все активнее обсуждаются вопросы использования новых, нетрадиционных, альтернативных видов энергии. Так, существуют предложения по использованию энергии разложения атомных частиц, искусственных смерчей и даже энергии молнии.

Современный подход к энергетическим ресурсам основан применениям ресурсосберегаемых технологий:

Энергия (Q) солнца (солнечн. батареи);- энергия ветра (ветросиловые установки);- Q течения рек- Q морских приливов и отливов- Q гейзеров- биотехнологии,- блочные газотрубинные электростанции - газовые электроустановки (газотрубинный двигатель)- паровые установки,- бензино-газовые электростанции,- Q за счёт применения вторичного сырья.

Газотрубинные теплоэлектростанции по сравнению с существующими паротрубинным установками имеют удельный расход топлива ≈ в 2 раза меньше, т.е. снижается себестоимость тепловой энергии, потери в сетях (ближе к потребителям), ухудшается экология, снижается капитальные затраты.

Одним из наиболее необычных видов использования отходов человеческой деятельности является получение электроэнергии из мусора.

Кроме замены традиционных источников энергии альтернативными, существуют проекты по созданию экологически чистых и сбалансированных городов и деревень будущего. Основой для их создания будут служить применение экономичных материалов, а также оптимальный режим использования энергии, который смогут поддерживать с помощью компьютерных программ.

В учебном пособии излагаются общие вопросы энергетики, характеризующие структуру топливно-энергетического комплекса и основные показатели единой энергетической системы России. Дана общая характеристика тепловых, атомных и гидравлических электростанций, электрических и тепловых сетей, потребителей электроэнергии, приведены типовые графики электрических и тепловых нагрузок энергосистем и условия обеспечения балансов мощности и энергии. Рассмотрены виды и характеристики углеводородных топлив как невозобновляемых источников энергии. Рассмотрены теоретические основы преобразования энергии в тепловых двигателях и их термодинамические циклы. Приведены тепловые, технологические и компоновочные схемы тепловых и атомных электростанций, рассмотрено их основное и вспомогательное оборудование. Дана общая характеристика гидроэнергетических установок и рассмотрены процессы преобразования гидроэнергии в электрическую энергию на различных типах гидроэнергоустановок. Рассмотрены природоохранные проблемы гидроэнергетики и их учет при проектировании гидроэлектростанций, а также проблемы и перспективы использования традиционных и нетрадиционных, возобновляемых и невозобновляемых источников энергии.

Учебное пособие предназначено для студентов, обучающихся по специальности 140211 “Электроснабжение”.

Используемая аббревиатура

АКЭС – атомная конденсационная электростанция;

АСКУЭ – автоматизированная система коммерческого учета электроэнергии;

АТЭЦ – атомная теплоэлектроцентраль;

ВЛ – воздушная линия (электропередачи);

ВолЭС – волновая энергетическая станция;

ГиТЭС – гидротермальная электростанция;

ГАЭС – гидравлическая аккумулирующая электростанция;

ГВС – горячее водоснабжение;

ГПП – главная понизительная подстанция;

ГеоЭС – геотермальная электростанция;

ГЭС – гидравлическая электростанция;

ГРЭС – государственная районная электростанция;

ЕЭС – единая энергосистема;

КЛ – кабельная линия (электропередачи);

КЭС – конденсационная электростанция;

ЛЭП – линия электропередачи;

ОЭС – объединенная энергосистема;

ПЭС – приливная электростанция;

РЗАиТ – релейная защита, автоматика и телемеханика;

РП – распределительный пункт (подстанция);

РЭС – районная энергосистема;

СКЭС – солнечная космическая электростанция;

СЭС – солнечная электростанция;

ТВЭЛ – тепловыделяющий элемент;

ТП – трансформаторная подстанция;

ТЭК – топливно-энергетический комплекс;

ТЭС – тепловая электростанция;

ТЭЦ – теплофикационная электроцентраль (теплоэлектроцентраль);

ФОРЭМ – фондовый оптовый рынок энергии и мощности;

НОРЭМ – новый фондовый оптовый рынок энергии и мощности;

ЭС – электростанция;

ЭСМТ – электростанция морских течений.

Введение

Научно-технический прогресс немыслим без развития энергетики и электрификации производств. Для повы­шения производительности труда первостепенное значение имеет автоматизация про­изводственных процессов, базирующаяся, прежде всего, на применении электрической энергии. Основными потребителями электроэнергии в производстве продукции являются электрические машины, мощность которых варьируется от единиц ватт до десятков мегаватт, причем рост планетарного населения, с одной стороны, и рост материальных потребностей, с другой, неизбежно ведут к наращиванию потребляемой электроэнергии с каждым годом.

Для производства электрической энергии применяются различные электростанции, базирующиеся на сжигании природных энергетических ресурсов. Вместе с тем, запасы тради­ционных природных топлив (нефти, угля, газа и др.) не бесконечны. Ограничены запасы и ядерного топлива - урана и тория, из которого с помощью реакторов можно получать плутоний. Поэтому на сегодняшний день важно не только развивать добычу экономически выгодных источников энергии, но и рационально использовать имеющиеся природные ресурсы для производства электроэнергии без существенного ущерба окружающей среде. Отсюда – широчайший комплекс проблем технико-экономического, экологического и социального характера в области энергетики.

Учебная дисциплина “Общая энергетика” рассматривает общие вопросы формирования и функционирования топливно-энергетического комплекса (ТЭК) страны, основу которого составляют районные энергетические системы (РЭС), объединенные в единую энергетическую систему (ЕЭС) России.

Энергетическая система представляет собой совокупность электрических станций, электрических и тепловых сетей и узлов потребления, объединенных процессом производства, передачи и распределения электроэнергии и тепловой энергии по потребителям.

Электроэнергетика - ведущая часть энергетики, обеспечивающая электрификацию страны на основе рационального производства и распределения электрической энергии. Электроэнергетика имеет важнейшее значение в хозяйстве любой страны, что объясняется таки­ми преимуществами электрической энергии перед энергией других видов, как относительная легкость передачи ее на большие расстояния, распределе­ния между потребителями, а также преобразования в другие виды энер­гии (механическую, тепловую, химическую, световую и др.).

В силу специфики своего производства электроэнергетика занимает особое положение. В электроэнергетике хи­мическая энергия, запасенная в топливе, энергия падения воды, солнеч­ная, ветровая и другие виды энергии проходят путь последовательного преоб­разования в тепловую, механическую и, наконец, в электри­ческую энергию. В основе такого преобразования лежат термодинамические циклы тепловых двигателей. Промежуточным продук­том в этом процессе преобразования энергии, получившим широкое потребительское значение, является тепловая энергия.

Важнейшими вопросами энергетики и электроэнергетики , нашедшими отражение в учебных дисциплинах специальности, являются:

Электропитающие системы и электрические сети;

Системы электроснабжения;

Релейная защита, автоматика и телемеханика (РЗАиТ) систем электроснабжения;

Переходные процессы в электроэнергетике;

Электромагнитная совместимость в электроэнергетике;

Надежность электроснабжения;

Информационные системы в управлении электроснабжением;

Энергосбережение и энергоаудит.

1. Общие вопросы энергетики

1.1. Энергетические ресурсы земли и их использование

Уровень материальной, а, в конечном счете, и духовной культуры людей находятся в прямой зависимости от количества энергии, имеющейся в их распоряжении. Самоограничение в использовании энергии тепла и электроэнергии входит в противоречие с естественным желанием человека жить комфортно в современном цивилизованном обществе. При этом население земли и потребности людей непрерывно растут. Структура мирового энергохозяйства к сегодняшнему дню такова, что практически 80% произведенной энергии на земле производится путем сжигания органического топлива. При этом попытки решить энергетические проблемы сегодняшнего дня увеличением числа тепловых электростанций обречены на провал в силу целого ряда причин, обусловленных как ограниченными ресурсами традиционных органических топлив и, как следствие, неизбежным ростом цен на них, так и возросшими требованиями к защите окружающей среды. Отсюда – стремление выработки национальных энергетических программ ведущими промышленными странами, обеспечивающими оптимизацию внутреннего энергетического баланса. При этом со стороны наиболее развитых в экономическом плане стран неизбежно стремление контроля мировых энергоресурсов и распространение влияния над их добычей и распределением.

Сама по себе энергия представляет собой ничто иное, как способность совершать ту или иную работу. Огромное количество энергии содержится в ископаемом топливе, деревьях, растениях, воздухе, воде, солнце, в самих людях и животных, однако процесс преобразования ее в полезную работу может быть как технически, так и экономически малоэффективным. При этом среди источников энергии различают возобновляемые и невозобновляемые природой, традиционные и нетрадиционные.

К возобновляемым источникам энергии условно относят источники энергии, которые в обозримом будущем, исчисляемым тысячелетиями, неиссякнут. К таким источникам энергии относят энергию рек, морей и океанов, солнечную, ветровую, геотермальную энергию, биоэнергию и др.

К невозобновляемым источникам энергии относят источники энергии, которые после преобразования их в иной вид энергии теряют возможность последующего использования. К таким источникам энергии относят ископаемые органические виды топлив (торф, уголь, горючие сланцы, нефть и продукты ее переработки, природный и искусственный газ, ядерное топливо и др.).

К традиционным источникам энергии относят источники энергии, которые используются для выработки электрической и тепловой энергии в традиционных энергетических установках – котельных установках, тепловых, атомных и гидравлических электростанциях. К таким источникам энергии относят торф, уголь, газ, мазут, ядерное топливо, а также возобновляемый природой источник энергии - гидравлическая энергия рек.

К нетрадиционным источникам энергии относят источники энергии, которые не являются общепринятыми для выработки электрической и тепловой энергии в традиционных энергетических установках. К таким источникам энергии относят энергию ветра, солнца, земли, морей и океанов и др. К нетрадиционной энергетике относят также водородную энергетику, биоэнергетику, энергетику вторичных ресурсов.

Потребление энергии – важный показатель жизненного уровня. К настоящему времени в России и Европейских странах производство электроэнергии на душу населения достигло в среднем 6-7 тысяч кВт∙ч, а в США и Канаде вдвое больше. При этом наблюдается ежегодный рост удельного энергопотребления в развитых странах.

Учитывая результаты прогнозов по запасам нефти и природного газа, которых хватит на 50-70 лет, и запасов угля, которых хватит на 600-1000 лет, можно считать, что на данном этапе развития науки и техники тепловые электростанции будут еще долгое время преобладать над остальными нетрадиционными источниками энергии. Из мировых запасов нефти, объем которых оценивают в 2 триллиона баррелей, около 900 миллиардов уже использовано. Поскольку уже началось существенное удорожание нефти и природного газа, следует ожидать, что тепловые электростанции, работающие на мазуте и газе, к концу 21-го века будут вытеснены станциями на угле. Пока же наблюдается сокращение добычи угля, что связано не столько с относительно низкой его калорийностью, сколько с проблемами добычи и транспортировки, а также ухудшения экологии за счет вредных выбросов в атмосферу при сжигании этого топлива в котельных установках.

На этом фоне экологически чистыми и практически неисчерпаемыми в обозримом будущем являются речные гидроресурсы, однако в Западной Европе они уже в значительной мере задействованы и возможности строительства новых гидроэлектростанций весьма проблематичны, поскольку создание гидростатического напора на равнинных реках приведет к неизбежному затоплению значительных территорий. Кроме того сооружение ГЭС сопряжено со значительными капитальными затратами и, соответственно, длительными сроками окупаемости. Вместе с тем, неиспользованных запасов гидроэнергии в ряде регионов планеты, в частности в Сибири, вполне достаточно, чтобы гидроресурсы рассматривать как традиционную альтернативу использованию органических невозобновляемых ресурсов.

Что касается запасов ядерного топлива, то по прогнозам специалистов его запасов хватит не менее чем на 1000 лет при условии интенсивного развития реакторов-размножителей. Запасы урана и тория, если их сравнивать с запасами угля, не столь уж и велики, однако на единицу веса они содержат в себе энергии в миллионы раз больше, чем уголь. Из 1 кг урана можно получить столько же теплоты, сколько при сжигании примерно 3000 тонн каменного угля. Некоторые ученые и экологи в конце 1990-х годов говорили о скором запрещении государствами Западной Европы атомных электростанций, но, исходя из современных анализов сырьевого рынка и потребностей общества в электроэнергии, эти утверждения выглядят неуместными.

Учитывая естественное истощение ископаемых топлив, все больше говорят о необходимости в 21-м веке начала нового этапа развития земной энергетики, характеризуемого «щадящим» использованием невозобновляемых энергоресурсов. При этом необходимо учитывать, что нефть и газ нужны не только энергетике, но и химии, и транспорту, и сельскому хозяйству. Несомненно, что в будущем параллельно с линией интенсивного развития энергетики получит развитие и линия экстенсивного развития, характеризующаяся рассредоточением по центрам потребления экологически чистых источников энергии не слишком большой мощности, но с высоким КПД, удобных и надежных в эксплуатации. Яркий пример тому – интенсивное развитие нетрадиционной энергетики, в частности электрохимической и водородной энергетики, солнечной и ветровой энергетики, геотермальной и малой гидроэнергетики и др. Более подробно вопросы нетрадиционной энергетики рассмотрены в главе 5 настоящего пособия.