лекции по ресурсо и энерго сбережению. Лекции - Проблемы энерго и ресурсо сбережения в теплотехнике. Энергия, виды энергии, роль энергии в человеческом обществе
 Скачать 31.25 Kb.
|
|
Энергия, виды энергии, роль энергии в человеческом обществе Механическая энергия — проявляется при взаимодействии, движении отдельных тел или частиц. К ней относят энергию движения или вращения тела, энергию деформации при сгибании, растяжении, закручивании, сжатии упругих тел (пружин). Эта энергия наиболее широко используется в различных машинах— транспортных и технологических. Тепловая энергия — энергия неупорядоченного (хаотического) вижения и взаимодействия молекул веществ. Тепловая энергия, получаемая чаще всего при сжигании различных видов топлива, широко применяется для отопления, проведения многочисленных технологических процессов (нагревания, плавления, сушки, выпаривания, перегонки и т.д.). Электрическая энергия — энергия движущихся по электрической цепи электронов (электрического тока). Химическая энергия — это энергия, "запасенная" в атомах веществ, которая высвобождается или поглощается при химических реакциях между веществами. Выделим также магнитную, электромагнитную, ядерную и гравитационную энергии. Таблица соответствия видов и кол-ва энергий Различают невозобновляемые и возобновляемые виды энергии и, соответственно, невозобновляемые и возобновляемые энергоресурсы. График энергоресурсов Качество энергии, эксергия С понятием «качество энергии» непосредственно связано существо понятия «энергосбережение». С точки зрения 1 закона термодинамики, «энергосбережение» внутренне противоречиво. Сохранять энергию нет необходимости, это делает природа в соответствии с законом сохранения энергии. Сохранять нужно работоспособность энергии или эксергию, которая является мерилом качества – энергетической эффективности каждого вида энергии. Итак, качество различных видов энергии оценивается эксергией – величиной, определяющей максимальную способность материи к совершению работы в таком процессе, конечное состояние которого определяется условиями термодинамического равновесия с окружающей средой. С точки зрения современной науки, тепловая энергия есть не что иное, как сумма энергий мельчайших частиц (атомов, молекул, электронов), находящихся в состоянии неупорядоченного движения. Порядок просто превратить в хаос, что и происходит при превращенииэлектрической или механической энергии в тепловую. Упорядочить хаос гораздо труднее, на это нужно затратить энергию. Вот почему тепловая энергия не всегда, но в любом случае не полностью превращается в другие виды энергии. Указанные отличительные особенности тепловой энергии, условия ее превращения в другие виды энергии определяются II законом (началом) термодинамики. Прогноз развития энергетики мира Энергопереход не связан с какой-либо одной технологической революцией – накопившаяся критическая масса из целого комплекса технологических инноваций как на стороне производства, так и на стороне потребления энергии ведет к постепенной глубокой трансформации всего энергетического сектора.Š Быстрое развитие ВИЭ позволит им уже к 2040 г. обеспечивать 35-50 % мирового производства электроэнергии и 19-25 % всего энергопотребления. Из ископаемых топлив только газ сможет нарастить свою долю в мировом энергобалансе с 22 % до 24-26 %. Уголь снизит свою долю с 28 % до 19-23 %. К новым формам первичной энергии в первую очередь относятся: солнечная и геотермальная энергия, приливная, энергия ветра и энергия волн. В отличие от ископаемых топлив эти формы энергии не ограничены геологически накопленными запасами. Это означает, что их использование и потребление не ведет к неизбежному исчерпанию запасов. Š Мир так и не дождется широко анонсированных пиков производства ископаемых топлив из-за исчерпания запасов. Пики приходят, но причиной становятся ограничения вовсе не на стороне добычи, а на стороне спроса. Вслед за угольным пиком уже приближается пик потребления нефти. Š От 870 до 1800 млн т нефтяного эквивалента потенциального потребления потеряет нефтяной рынок из-за роста эффективности транспортных средств и распространения транспорта на альтернативных источниках энергии. Главной альтернативой становится электротранспорт. Опасения (или мечты) о высоких ценах на нефть, газ и уголь остаются в прошлом. Мир вошел в эпоху широкой технологической и межтопливной конкуренции. Для всех сфер потребления появляется много перспективных конкурирующих между собой решений, готовых при росте цен доминирующего топлива оперативно предложить альтернативу и отвоевать рынок. Š Электромобили сжимают нефтяной рынок, но дают новый импульс спросу на электроэнергию. Это открывает дополнительные возможности для источников её производства. Š Электроэнергетика стремительно преображается. Быстро развивается децентрализованная генерация, потребители из пассивных превращаются в активных игроков системы, идет энергичный поиск решений в области накопления электроэнергии и начинается трансформация электроэнергетических рынков. Š Бюджетные поступления России от экспорта энергоресурсов неизбежно будут снижаться. Рост экспорта газа частично компенсирует снижение объемов вывоза жидких углеводородов. Но переход на более сложные условия добычи углеводородов неизбежно приведет к необходимости расширения льгот и снижения налоговой нагрузки, следствием чего станет уменьшение выплат в бюджет. Š Трансформация энергетики и снижение бюджетных поступлений от экспорта ведут к уменьшению вклада нефтегазового сектора, являющегося важнейшей составляющей экономики России. Но именно ТЭК и происходящие в нём преобразования могут дать стране новый импульс для развития и роста ВВП за счет реализации огромного потенциала энергосбережения и создания дополнительного спроса на промышленную продукцию для модернизации ТЭК. Для этого нужна решительная экономическая и энергетическая политика адаптации страны к Энергопереходу. Но имеющееся окно возможностей ограничивается буквально 7-10 годами. Технологические направления, которые изменят мировую энергетику 1. Повышение энергоэффективности использования энергоресурсов 2. Электрификация 3. Удешевление производства электроэнергии и тепла на основе НВИЭ 4. Технологии накопления и хранения энергии 5. Водородная энергетика 6. Повышение управляемости - внедрение цифровых и интеллектуальных систем в электроэнергетике 7. Децентрализация Топливо-энергетический баланс России Высокая энергоемкость российской экономики обусловлена целым рядом факторов, главными среди которых были крайне слабый учет, контроль и регулирование расходования энергетических ресурсов во всех сферах, искусственно заниженные тарифы на электроэнергию и цены на другие энергоносители, отсутствие заинтересованности энергопотребителей в рациональном использовании и экономном расходовании энергоресурсов, практически полное отсутствие национального производства энергоэффективного оборудования, преобладание монопольной системы энергоснабжения и ряд других. Тенденции Актуальность и потенциал энергосбережения в России Энергосбережение – это уменьшение потребления топлива, тепловой и электрической энергии за счет их наиболее полного и рационального использования во всех сферах деятельности человека. Экономия энергии неразрывно связана не только с состоянием окружающей среды, но и со сбережением ресурсов. На добычу руды и выплавку металла, на производство бумаги, ткани, пищевых продуктов требуется значительное количество топлива, тепловой и электрической энергии. Важнейшим ресурсом, который можно и нужно экономить, является вода. Экономия ресурсов во всех отраслях хозяйственной деятельности влечет за собой существенную экономию первичного топлива. Энергосбережение - это не только техническая проблема. Она имеет и социальную и воспитательную сторону. Следует помнить, что впустую тратить энергию, питьевую воду, металл, другие ресурсы не менее аморально, чем выбрасывать хлеб. Их выработка требует не меньше труда, а холод и отсутствие света не менее страшны для человека, чем голод. Энергосбережение имеет важное значение для развития мировой экономики и в особенности для развития экономики нашей страны. Это обусловлено следующими основными причинами: 1. Постепенное истощение запасов, усложнение добычи и увеличение стоимости природного органического топлива, которое в настоящее время трудно заменить другими, в т.ч. возобновляемыми источниками энергии. 2. Усложнение экологической ситуации, связанное с увеличением выбросов токсичных и канцерогенных продуктов сгорания, а также веществ, разрушающих озоновый слой атмосферы. Для России вопросы особенно актуальны: 1. По климатическим условиям затраты топлива как на обеспечение населения теплом, так и на выпуск продукции в России наиболее высоки. Россия - самая холодная в мире страна, как по длительности отопительного сезона, так и доле населения, проживающей в областях, где наблюдается отрицательная среднегодовая температура. Обогрев, снабжение горячей водой и теплым вентиляционным воздухом каждого жителя России требуют больших затрат топлива, чем Канаде и Скандинавии. Больше энергии требует обогрев общественных зданий и промышленных предприятий. Воздух, направляемый на сжигание топлива и вода идущая на подпитку систем теплоснабжения, добываемое в холодное время года природное топливо и сырьевые ресурсы имеют более низкую температуру, чем в других странах. Большими непроизводительными затратами энергии сопровождается транспортировка теплоносителей по тепловым сетям. 2. По сравнению со странами западной Европы и США энергетические ресурсы используются недостаточно эффективно. Однако, некорректно напрямую сравнивать энергопотребление России с энергопотреблением стран с существенно более теплым климатом. Однако, и с учетом поправок на климат удельные затраты на единицу продукции в России существенно выше. Наша страна обладает самым высоким потенциалом энергосбережения. По различным оценкам доля энергии, которую можно сэкономить составляет от 30 до 40% топливно-энергетического баланса страны. 3. Месторождения топлива в России сосредоточены в отдаленных и труднодоступных местах (Западная Сибирь, Заполярье). В результате затраты на добычу топлива, его транспортировку, на освоение новых месторождений выше, чем в других нефте/газо добывающих странах. 4. Старение и уменьшение эффективности энергетического оборудования: электростанций, котельных, тепловых сетей, теплоиспользующих установок. Причина это недостаток средств на строительство новых энергетических объектов. Транспорт и распределение энергии Различные виды энергоресурсов неравномерно распределены по районам Земли, по странам, а также внутри стран. Места их наибольшего сосредоточения обычно не совпадают с местами потребления. Так, больше половины мировых запасов нефти сосредоточено в районах Среднего и Ближнего Востока, а потребление энергоресурсов там в четыре с лишним раза ниже среднемирового. Несовпадение мест сосредоточения и потребления энергоресурсов вызывает необходимость в транспортировке энергии. Примерно 30—40% от добытых и предназначенных к полезному использованию первичных энергоресурсов теряется при добыче, транспортировке и хранении. Распределение топливных ресурсов потребителям для выработки электроэнергии на электростанциях, получения горячей воды и пара в котельных установках, непосредственного использования в промышленности и на транспорте происходит по довольно сложной схеме с возможной взаимозаменяемостью. Это распределение также сопровождается потерями энергии. Транспорт нефти и нефтепродуктов. В настоящее время наиболее выгодным видом транспорта энергии является перекачка нефти и нефтепродуктов по трубопроводам. Близка к ней по экономичности перевозка нефти и продуктов ее переработки на больших танкерах по морям, океанам. Именно вследствие малых затрат на транспортировку мировые цен ы на нефть мало зависят от места ее потребления. Транспорт газа. Перекачка по трубопроводам природного газа стоит уже значительно дороже. Так как газ сжимаем, то вместо употребляемых на нефтепроводах насосов здесь приходится использовать компрессоры. Представляет интерес перекачка газа в сжиженном состоянии. Расход энергии на перекачку резко снижается, а диаметр трубопровода при том же количестве транспортируемого газа может быть выбран гораздо меньший. Транспорт угля на дальние расстояния. Для этой цели используется только железнодорожный и водный транспорт. Проявляется интерес к транспорту угля по трубопроводам в контейнерах и в виде пульп т. е. примерно 50%-ной смеси измельченного угля с водой. Передача электрической энергии. Более универсальным средством транспорта энергии является электронный - электропередачи, которые включают собственно линию электропередачи (ЛЭП), повысительную и понизительную электрические подстанции. Передача теплоты от источника потребителям осуществляется с помощью систем теплоснабжения, которые включают источник, тепловую сеть и потребителей. Наиболее распространенными источниками теплоснабжения являются энергетические установки: ТЭЦ, атомные станции теплоснабжения (ACT) и котельные. Тепловая сеть включает систему трубопроводов (теплопроводов), по которым теплоноситель (горячая вода или пар) переносит теплоту от источника к потребителям и возвращается обратно к источнику. Потребителями теплоты являются промышленные и коммунально бытовые предприятия, жилые, общественные и административные здания. Отпускаемая теплота расходуется на технологические нужды, отопление, горячее водоснабжение, вентиляцию. Транспортировка теплоты осуществляется с помощью теплопроводов. Современные теплопроводы изготавливаются в заводских условиях и конструктивно включают: стальную трубу для транспортировки энергоносителя; тепловую изоляцию; защитный кожух из пластмассы. Тепловая изоляция накладывается на трубопроводы для снижения потерь теплоты при транспортировке теплоносителя. Потери тепловой энергии в магистральных и квартальных эксплуатируемых теплосетях во многом определяются качеством изоляционных материалов, технологией их применения и условиями эксплуатации трубопроводов. При транспортировке теряется значительное количество теплоты. В отдельных случаях эти потери достигают 50 %. Это связано с неудовлетворительной тепловой изоляцией и утечкой теплоносителя. Особенно большие потери могут происходить в технологических теплопроводах с большим уровнем температур и образованием конденсата. При конденсации пара дополнительно выделяется значительное количество теплоты за счет фазового перехода, а в горизонтальных трубах также увеличиваются потери давления на прокачку теплоносителя. Для уменьшения потерь теплоты в окружающую среду можно рекомендовать следующее: • применять теплопроводы с высокими теплоизоляционными свойствами; • понижать уровень температур теплоносителя без ущерба для потребителя; • при возможности заменять технологический пар горячей водой; • своевременно с помощью конденсатоотводчиков удалять конденсат из паропроводов; • ликвидировать утечки теплоносителя; • использовать гибкие системы регулирования отпуска и распределения теплоты. |