энергоаудит. 1. Актуальность энергосбережения
 Скачать 1.89 Mb.
|
|
Гипертермальный. Температурный градиент – более 80 °С/км. Эти районы расположены в тектонической зоне, вблизи границ континентальных плит. Почти все из существующих ГеоТЭС размещены именно в таких районах. 2. Полутермальный. Температурный градиент – примерно от 40 до 80 °С/км. Подобные районы связаны главным образом с аномалиями, лежа- щими в стороне от границ платформ. Извлечение тепла производится из ес- тественных водоносных пластов или из раздробленных сухих пород. 3. Нормальный. Температурный градиент – менее 40 °С/км. Такие рай- оны наиболее распространены, именно здесь тепловые потоки составляют примерно 0,06 Вт/м2. Маловероятно, чтобы в таких районах даже в будущем стало экономически выгодно извлекать тепло из недр. В каждом из перечисленных классов, в принципе, можно получить те- пло за счет: естественной гидротермальной циркуляции, при которой вода проникает в глубоко залегающие породы, где превращается в сухой пар, пароводяную смесь или просто нагревается до достаточно высокой температуры. Соответствующие выходы наблюдаются в природных условиях (гейзеры); искусственного перегрева, связанного с охлаждением полурасплавленной магмы, застывшей в виде лавы; охлаждения сухих скальных пород, обладающих достаточно низкой теплопроводностью. Создание искусственных разрывов в породах позволяет прокачивать через них воду, отбирая тепло. 26 мини ГЭС Использование энергии небольших водотоков с помощью малых гидроэлектростанций (микро-ГЭС) – одно из наиболее эффективных направлений развития альтернативной энергии. Преимущества микро- и мини-ГЭС: отсутствует нарушение природного ландшафта и окружающей среды в процессе строительства и на этапе эксплуатации; отсутствует отрицательное влияние на качество воды: она не теряет первоначальных природных свойств и может использоваться для водоснабжения населения; практически отсутствует зависимость от погодных условий; обеспечивается подача потребителю дешевой электроэнергии в любое время года; отсутствуют проблемы, характерные крупной гидроэнергетике (строительство сложных и дорогостоящих гидросооружений, затопление местности и т.п.). Источники энергии для малой гидроэнергетики являются: небольшие реки, ручьи, естественные перепады высот на озерных водосбросах и на оросительных каналах ирригационных систем, технологические водотоки (промышленные и канализационные сбросы), перепады высот питьевых трубопроводов, систем водоподготовки и других трубопроводов, предназначенных для перекачки различных видов жидких продуктов. 27 Биоэнергетика Биоэнергетика — производство энергии из биотоплива различных видов.. Биоэнергетикой считается производство энергии как из твердых видов биотоплива (щепа, гранулы (пеллеты) из древесины, лузги, соломы и т. п., брикеты), так и В России понятие «биоэнергетика» в энергетическом смысле стали использовать с появлением первых биотопливных предприятий, ориентированных на экспорт биотоплива в Европейский Союз. Именно там биотопливо используется на тепло-электростанциях для получения тепла и электричества. В России существует несколько проектов производства тепла и электричества из биотоплива (ТЭС), однако мощности этих энергоустановок невелики и не сравнимы с мощностями атомной индустрии. В теплоэнергетике биотопливо получает все большее и большее развитие. Ряд областей [1] наращивают объемы производства биотоплива и переводят котельные на биотопливо. Например, Вологодская область намерена полностью использовать биотопливо в котельных региона в ближайшее время. Здесь также есть проекты по биоэнергетике для получения тепла и электричества. 28. Энергия морей и океанов Около 70 % поверхности нашей планеты занимает Мировой океан, и приблизительно такое же количество энергии солнечного излучения, которое попадает на планету, воспринимается его поверхностью. Вода имеет около 94% поглощательной способности, а потому запасы энергии Мирового океана поистине колоссальны. Если нет перемешивания, то более 98,8 % этой энергии воспринимается слоем, имеющим толщину — 10 мм. В результате перемешивания течениями и волнами влияние солнечной радиации достигает глубин 50 — 100 м. В зоне экватора температура поверхности воды океанов приближается к 28 С. На глубине около 500 м температура воды не превышает 2-5 С. Поэтому энергия, за счет разницы температур, огромна. Энергия течений океанов и морей может дать дополнительно половину величины энергии «температур», таким же порядком обладает энергия волн отливов и приливов. Хотя на сегодняшний день, поисковые работы по применению энергии океанов и морей имеют многообещающие перспективы и все более широкие масштабы, мы до сих пор умеем извлекать только малую долю имеющихся возможностей, да и то за счет больших и довольно медленно окупаемых затрат. Наиболее эффективным и очевидным способом применения этих видов энергии есть строительство приливных электростанций. Уже имеется несколько реализованных проектов, которые успешно работают на сегодняшний день, в том числе и в нашей стране. Большой интерес вызывают проекты, в которых для генерации электроэнергии в паротурбинном замкнутом цикле с рабочими легкоиспаряющимися телами (фреон, пропан) применяют разность температур воды на дне океанов и морей и их поверхности. Большие перспективы сулят гидротурбины на таких стабильных и мощных течениях, как Гольфстрим. Оригинальной идеей в плане альтернативной энергии, оказалось выращивание в океанах быстрорастущих водорослей, которые затем перерабатывают в метан, что является заменой природного газа. По приблизительным расчетам один гектар указанных плантаций может обеспечить энергией одного человека. В принципе все зависит не от методов «добычи» энергии из океанов и морей, а от затрат на реализацию таких процессов, которые, по сути, и определяет, когда научные разработки будут реально задействованы. 29 Перспективы использования нетрадиционных источников энергии На возобновляемые (альтернативные) источники энергии приходится всего около 5 % мировой выработки электроэнергии в 2010г.(без ГЭС)[6]. Речь идет прежде всего о геотермальных электростанциях (ГеоТЭС), которые вырабатывают немалую часть электроэнергии в странах Центральной Америки, на Филиппинах, в Исландии; Исландия также являет собой пример страны, где термальные воды широко используются для обогрева, отопления. Приливные электростанции (ПЭС) пока имеются лишь в нескольких странах — Франции, Великобритании, Канаде, России, Индии, Китае. Солнечные электростанции (СЭС) работают более чем в 30 странах. В последнее время многие страны расширяют использование ветроэнергетических установок (ВЭУ). Больше всего их в странах Западной Европы (Дания, ФРГ, Великобритания, Нидерланды), в США, в Индии, Китае. Дания получает 25 % энергии из ветра[7] В качестве топлива в Бразилии и других странах все чаще используют этиловый спирт. Перспективы использования возобновляемых источников энергии связаны с их экологической чистотой, низкой стоимостью эксплуатации и ожидаемым топливным дефицитом в традиционной энергетике. По оценкам Европейской комиссии к 2020 году в странах Евросоюза в индустрии возобновляемой энергетики будет создано 2,8 миллионов рабочих мест. Индустрия возобновляемой энергетики будет создавать 1,1 % ВВП[8]. Россия может получать 10 % энергии из ветра[7] По сравнению с США и странами ЕС использование возобновляемых источников энергии (ВИЭ) в России находится на низком уровне. Сложившуюся ситуацию можно объяснить доступностью традиционных ископаемых энергоносителей, а также слабой озабоченностью экологической обстановкой в стране властей, бизнеса и населения. Один из основных барьеров для строительства крупных электростанций на ВИЭ — отсутствие положения о стимулирующем тарифе, по которому государство покупало бы электроэнергию, производимую на основе ВИЭ 30. Коммерческие потери электроэнергии в электрических сетях. Потери электроэнергии в электрических сетях — важнейший показатель экономичности их работы, наглядный индикатор состояния системы учета электроэнергии, эффективности энергосбытовой деятельности энергоснабжающих организаций. Потери электроэнергии на уровне 10 % можно считать максимально допустимыми с точки зрения физики передачи электроэнергии по сетям ряд негативных тенденций, отрицательно влияющих на уровень потерь в сетях: устаревшее оборудование, физический и моральный износ средств учета электроэнергии, несоответствие установленного оборудования передаваемой мощности. В идеальном случае коммерческие потери электроэнергии в электрической сети, должны быть равны нулю. Очевидно, однако, что в реальных условиях отпуск в сеть, полезный отпуск и технические потери определяются с погрешностями. Разности этих погрешностей фактически и являются структурными составляющими коммерческих потерь К основным составляющим погрешностей измерений отпущенной в сеть и полезно отпущенной электроэнергии относятся: погрешности измерений электроэнергии в нормальных условиях работы измерительных комплексов ИК, определяемые классами точности ТТ, ТН и счетчик электроэнергии СЭ; дополнительные погрешности измерений электроэнергии в реальных условиях эксплуатации ИК, обусловленные: заниженным против нормативного коэффициентом мощности нагрузки ; . влиянием на СЭ магнитных и электромагнитных полей различной частоты; недогрузкой и перегрузкой ТТ, ТН и СЭ; несимметрией и уровнем подведенного к ИК напряжения; работой СЭ в неотапливаемых помещениях с недопустимо низкой температурой и т.п.; недостаточной чувствительностью СЭ при их малых нагрузках, особенно в ночные часы; систематические погрешности, обусловленные сверхнормативными сроками службы ИК. погрешности, связанные с неправильными схемами подключения электросчетчиков, ТТ и ТН, в частности, нарушениями фазировки подключения счетчиков; погрешности, обусловленные неисправными приборами учета электроэнергии; погрешности снятия показаний электросчетчиков из-за: ошибок или умышленных искажений записей показаний; неодновременности или невыполнения установленных сроков снятия показаний счетчиков, нарушения графиков обхода счетчиков; ошибок в определении коэффициентов пересчета показаний счетчиков в электроэнергию. Коммерческие потери, обусловленные занижением полезного отпуска из-за недостатков энергосбытовой деятельности. Эти потери включают две составляющие: потери при выставлении счетов и потери от хищений электроэнергии 31. Распределение небаланса в электрических сетях. Для определения величины небаланса электрической энергии по сетям необходимы следующие исходные данные: схема электрической сети 6(10)-0,38 кВ; паспортные данные участков сети и распределительных трансформаторов; классы точности приборов измерительных комплексов и показания счетчиков электроэнергии, установленных: - на головных участках линий 6(10) кВ; - на стороне 0,4 кВ распределительных трансформаторов 6(10)/0,4 кВ (если такой учет есть); - на головных участках линий 0,38 кВ (если такой учет есть); - у абонентов, подключенных к сети 6(10) и 0,38 кВ. Так как большая часть потребителей электроэнергии присоединены к электрической сети 0,38 кВ, балансы электрической энергии необходимо рассчитывать в сети данной ступени напряжения. Вариант 1 Порядок расчета при известном отпуске электроэнергии в сеть 0,38 кВ следующий: Выполняется привязка абонентов к узлам схемы электрической сети 0,38 кВ. Выполняется поэлементный расчет технических потерь в участках линии 0,38 кВ с учетом несимметричности режимных параметров и неполнофазности участков. Определяется рассчитанное потребление электроэнергии по каждому присоединенному абоненту к сети. Рассчитывается фактический небаланс электрической энергии, равный разности между рассчитанным и фактическим потреблением абонентов. Определяется допустимый небаланс электрической энергии по методике [1] в соответствии с классами точности приборов, фактической загрузкой ТТ и электроэнергией, учтенной каждым отдельным измерительным комплексом. Определяется количество неучтенной электроэнергии (коммерческие потери) равное разности фактического и допустимого небаланса. Такой вариант расчета самый простой, но на сегодняшний день в виду отсутствия счетчиков электроэнергии по отпуску в сеть 0,38 кВ, практически не используемый. Более сложный, но при этом наиболее вероятный и актуальный для определения коммерческих потерь — вариант совместного расчета коммерческих потерь в электрической сети 6 (10) и 0,38 кВ. Вариант 2 при неизвестном отпуске электроэнергии в сеть 0,38 кВ следующий: Выполняется привязка абонентов к узлам схемы электрической сети 0,38 кВ. Выполняется поэлементный расчет технических потерь в элементах (линиях, кабелях, трансформаторах) фидера 6(10) кВ. Если известна информация о нагрузках распределительных трансформаторов (коэффициент загрузки, измеренные мощность или ток), то расчет выполняется с учетом заданных нагрузок. Если такой информации нет, то принимается, что все трансформаторы загружены равномерно. Определяется расчетный отпуск электроэнергии в сеть 0,38 кВ по каждому трансформатору. Выполняется поэлементный расчет технических потерь с учетом несимметричности режимных параметров и неполнофазности в участках всех линий 0,38 кВ, отходящих от каждого распределительного трансформатора по рассчитанному отпуску в сеть. Определяется рассчитанное потребление электроэнергии по каждому абоненту. Рассчитывается фактический небаланс электрической энергии, равный разности между рассчитанным и фактическим потреблением абонентов. Определяется допустимый небаланс электрической энергии по методике [1] в соответствии с классами точности приборов, фактической загрузкой ТТ и электроэнергией, учтенной каждым отдельным измерительным комплексом. Определяется количество неучтенной электроэнергии (коммерческие потери) равное разности фактического и допустимого небаланса. 32 Мероприятия по снижению потерь электрической энергии в распределительных сетях Оптимизация схемных режимов По результатам электрических расчетов и данных полученных техническим аудитом, характеризующих физическое состояние электротехнического оборудования сетей, определяются объемы работ по его замене, по реконструкции и развитию электрических распределительных сетей, необходимых для приведения их к состоянию, при котором обеспечиваются оптимальные электрические потери, а также адаптация сетей к растущим электрическим нагрузкам. Перевод электрической сети (участков сети) на более высокий класс напряжения Перевод сети на более высокий класс напряжения должен рассматриваться одновременно с режимами работы нейтрали (глухозаземленная или эффективно заземленная через резистор), с такими режимами работы нейтрали имеют меньшие потери электроэнергии за счет отсутствия дополнительного оборудования, необходимого для компенсации больших емкостных токов. Компенсация реактивной мощности При разработке схем развития сетей на стадии определения баланса активной и реактивной мощностей в узлах распределения потоков на расчетный период определяется дефицит реактивной мощности. На основании расчетных данных в схеме решаются вопросы необходимого количества устройств компенсации реактивной мощности, а также места их размещения. Приоритетным является размещение компенсирующих устройств непосредственно у потребителя, так как это коренным образом влияет на потери электроэнергии в сети и на ее качество у потребителя. Батарея статистических конденсаторов в данном варианте установки является одновременно и элементом регулирования напряжения. Регулирование напряжения в линиях электропередачи На протяженных фидерах — в целях снижения потерь электроэнергии и обеспечения надлежащего уровня напряжения, в качестве регуляторов напряжения необходимо устанавливать конденсаторные батареи с автоматическим регулированием или вольтодобавочные трансформаторы, также с автоматическим регулированием напряжения. Применение современного электротехнического оборудования, отвечающего требованиям энергосбережения Снижение расхода электроэнергии на «собственные нужды» электроустановок Внедрение автоматизации и дистанционного управления электрическими распределительными сетями напряжением 6-20 кВ 33 Невозобновляемые источники энергии и окружающая среда 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 отличие от возобновляемых находится в природе в связанном состоянии и высвобождается в результате целенаправленных действий человека. Вместо не совсем удобного термина «невозобновляемый» мы часто будем использовать термин «истощаемый». Уголь, нефть, природный газ, торф, горючие сланцы и дрова – это запасы лучистой энергии Солнца, извлеченные и преобразованные растениями. В процессе реакции фотосинтеза из неорганических элементов окружающей среды – воды Н2О и углекислого газа СО2 – под воздействием солнечного света в растениях образуется органическое вещество, основным элементом которого является углерод С. В определенную геологическую эпоху на протяжении миллионов лет из отмерших растений под воздействием давления и температурного режима, которые, в свою очередь, являются результатом конкретного количества энергии Солнца, падающего на Землю, и образовались органические энергетические ресурсы, основу которых составляет углерод, ранее накопленный в растениях. Энергия воды также получается за счет солнечной энергии, испаряющей воду и поднимающей пар в высокие слои атмосферы. Ветер возникает за счет различной температуры нагревания Солнцем разных точек нашей планеты. Кроме того, непосредственно излучение Солнца, приходящееся на поверхность Земли, обладает огромным потенциалом энергии. По оценкам специалистов, запасов ископаемых энергоресурсов хватит еще на 40-100 лет. С каждым годом их добывают во все более труднодоступных местах. Поэтому их добыча становится дороже и экономическая эффективность исполь-зования ископаемого топлива стремительно снижается. Кроме этого, при сжигании ископаемого топлива в атмосферу выбрасывается мно-жество вредных соединений. Эти загрязнения отрицательно влияют на здоровье человека и других организмов, а также усиливают парниковый эффект в атмосфере и вносят дополнительный вклад в изменение климата на Земле. Такие газы называют парниковыми газами. Разработка и потребление невозобновляемых энергетических ресурсов оказывают значительное и преимущественно отрицательное воздействие на окружающую среду. В качестве таких отрицательных факторов можно упомянуть стоимость разработки и добычи таких ресурсов, в которую, например, входит стоимость приборов обнаружения газообразных выделений, стоимость рекультивации горных выработок, затраты на установку устройств защиты от подземных вод, затраты на очистку сточных вод и захоронение отходов. Однако здесь еще не указаны другие экономические издержки, связанные, в частности, с загрязнением воздуха и воды, истощением ресурсов, возможным влиянием на глобальные изменения климата. Повышение эффективности использования таких ресурсов меньше влияют на экологические последствия, чем многочисленные аспекты поставки этих ресурсов. В этой связи следует отметить, что использование возобновляемых энергетических ресурсов в основном оказывает значительно меньшее воздействие, чем применение ископаемых ресурсов. Все новые решения по энергетическим ресурсам, основанные как на регулирующих предписаниях, так и на тенденциях, складывающихся на свободном рынке, должны учитывать влияние на окружающую среду, в том числе на стороне потребления, новых и существующих ресурсов, включая и возобновляемые ресурсы. Снижение вредного воздействия энергетических процессов на окружающую среду Снижение выбросов окислов серы на теплоэлектростанциях. Одним из главнейших токсичных компонентов, содержащихся в органических топ- ливах и оказывающих существенное влияние на окружающую среду в районе расположения ТЭЦ, является сера. Различные топлива существенно отлича- ются по содержанию серы. В России вопросы снижения выбросов окислов серы являются весьма актуальными Уменьшение выбросов сернистых соединений в атмосферу может идти по трем направлениям: 1) очистка нефтяного топлива от серы на нефтеперерабатывающих заводах; 2) переработка топлива на ТЭС до его сжигания с целью получения малосернистого газа; 3) очистка дымовых газов от окислов серы. Сера содержится в нефти в основном в виде сложных полигетероцик- лических соединений. Эти соединения малоактивны и обладают высокой термостабильностью, в связи с чем их трудно разрушить воздействием ки- слот или щелочей. Поэтому для выделения серы топливо до сжигания либо подвергается воздействию высоких температур, либо этот процесс сочетается с воздействием химических веществ. При переработке нефти на нефтеперерабатывающих заводах в легкие фракции переходит небольшое количество серы, а подавляющая часть серни- стых соединений (70–90 %) концентрируется в высококипящих фракциях и остаточных продуктах, входящих в состав мазута. Удаление серы из нефтяных топлив можно осуществить гидроочисткой. При этом происходит взаимодействие водорода с сероорганическими соеди- нениями и образуется сероводород H2S, который затем улавливается и может использоваться для получения серы и ее соединений. Процесс протекает при температуре 300–450 °С и давлении до 10 МПа в присутствии катализаторов – окислов молибдена, кобальта и никеля. Гидроочистка фракций нефти в настоящее время достаточно хорошо разработана и экономически эффективна. Процесс гидроочистки остаточных нефтепродуктов осложнен тем, что присутствующие в них металлоорганиче- ские соединения отравляют дорогостоящие катализаторы и уменьшают дли- тельность работы очистительной аппаратуры в связи с необходимостью час- той замены катализатора. К тому же при очистке остаточных продуктов рез- ко возрастает расход водорода. Количество водорода, получаемого как побочный продукт при нефтепереработке, становится недостаточным, и воз- никает необходимость в сооружении специальных дорогих установок для его генерации. Все это ведет к существенному удорожанию процесса обессери- вания. 34. Переработка сернистых топлив перед сжиганием на ТЭС. Удаление серы из твердого топлива. Сера в твердом топливе содержится в трех формах: в виде включений колчедана FeS2, серы, входящей в состав молекул органической массы топлива, и сульфатной (в сернокислых солях кальция и щелочных металлов). В результате простейшего обогащения угля можно удалить только колчеданную серу, используя большую ее плотность (около 5 т/м3) по сравнению с остальной массой угля (около 2 т/м3). Отделение колчедана дает ощутимый эффект, если колчеданная сера составляет значительную величину от общей серы и вкрапления колчедана достаточно крупны. Так, для подмосковного бурого угля даже при сухом методе обогащения из угля-дробленки удается удалить 25–30% серы. Отсепарированный колчедан может быть использован для получения серной кислоты. Для отделения от угля колчеданной и органической серы может быть применено гидротермическое обессеривание углей, заключающееся в обработке измельченного топлива в автоклавах при давлении 1,75 МПа и температуре около 300°С щелочными растворами, содержащими гидраты окисей натрия и калия. При этом получается yголь с весьма малым содержанием серы, который отделяется от жидкости центрифугированием и затем сушится. Жидкость, содержащая сульфиды натрия и калия, регенерируется в результате обработки углекислотой, а из получающегося при этом сероводорода извлекается элементарная сера. Связывание серы в кипящем слое. Топливо может сжигаться в кипящем слое частиц размолотого известняка, в которые погружены для интенсивного охлаждения поверхности нагрева котла. Подобный способ сжигания может использоваться для жидкого, твердого и газового топлив, содержащих серу. При температуре около 900°С происходит диссоциация СаСОз на СО2 и СаО, а в реакцию с серой вступает СаО, образуя в конечном итоге CaSO4 – сульфат кальция. Очистка топлива от серы при этом может составлять около 90%. |