Реферат. Основные направления повышения
 Скачать 1.05 Mb.
|
|
Министерство образования и науки Российской Федерации федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Российский государственный университет нефти и газа(НИУ) имени И. М. Губкина» Факультет «Проектирование, сооружение и эксплуатация систем трубопроводного транспорта» Базовая кафедра возобновляемых источников энергии Реферат на тему: Основные направления повышения энергоэффективности в электроэнергетике Выполнил: студент группы ТНМ-21-09 Юсупов К.Н. Проверил: Хазиахметов Р. М. Москва, 2022 2 Оглавление Введение ................................................................................................................... 3 1. Основные организационные мероприятия по энергосбережению и повышению энергетической эффективности в электроэнергетике ................... 5 2. Технологии энергосбережения .......................................................................... 8 2.1 Модернизация электростанций .................................................................... 8 2.2 Накопители электрической энергии ........................................................... 9 2.3 Метод шариковой очистки конденсатора.................................................. 10 2.4 Технология комбинированного производства электроэнергии и тепла 12 2.5 Управляемый шунтирующий реактор ....................................................... 13 2.6 Резонансная однопроводная система передачи электрической энергии 14 Заключение ............................................................................................................ 19 Список использованных источников ................................................................. 20 3 Введение Энергоресурсосбережение является одной из самых серьезных задач XXI века. От результатов решения этой проблемы зависит место нашего общества в ряду развитых в экономическом отношении стран и уровень жизни граждан. Россия не только располагает всеми необходимыми природными ресурсами и интеллектуальным потенциалом для успешного решения своих энергетических проблем, но и объективно является ресурсной базой для европейских и азиатских государств, экспортируя нефть, нефтепродукты и природный газ в объемах, стратегически значимых для стран-импортеров. Однако, избыточность топливно-энергетических ресурсов в нашей стране совершенно не должна предусматривать энергорасточительность, т.к только энергоэффективное хозяйствование при открытой рыночной экономике является важнейшим фактором конкурентоспособности российских товаров и услуг. Перед обществом поставлена очень амбициозная задача - добиться удвоения валового внутреннего продукта (ВВП) за 10 лет, но решить эту задачу, не изменив радикально отношение к энергоресурсосбережению, не снизив энергоемкость производства, не удастся. Энергосбережение должно быть отнесено к стратегическим задачам государства, являясь одновременно и основным методом обеспечения энергетической безопасности, и единственным реальным способом сохранения высоких доходов от экспорта углеводородного сырья. Требуемые для внутреннего развития энергоресурсы можно получить не только за счет увеличения добычи сырья в труднодоступных районах и строительства новых энергообъектов но и, с меньшими затратами, за счет энергосбережения непосредственно в центрах потребления энергоресурсов - больших и малых поселениях. 4 Стратегическая цель энергосбережения одна и следует из его определения – это повышение энергоэффективности во всех отраслях, в том числе и в электроэнергетике. Электроэнергетика – это комплексная отрасль хозяйства, которая включает в свой состав отрасль по производству электроэнергии и передачу ее до потребителя. Электроэнергетика является важнейшей базовой отраслью промышленности России. От уровня ее развития зависит все народное хозяйство страны, а также уровень развития научно-технического прогресса в стране. Поэтому энергосбережение в этой отрасли также является очень значимой задачей. 5 1. Основные организационные мероприятия по энергосбережению и повышению энергетической эффективности в электроэнергетике Основные организационные мероприятия по энергосбережению и повышению энергетической эффективности в электроэнергетике охватывают: внедрение систем мониторинга энергосбережения и повышения энергетической эффективности; обучение и повышение квалификации руководителей и специалистов в области энергосбережения и повышения энергетической эффективности; разработку и внедрение системы энергетического менеджмента. Планируется осуществление технических мероприятий по энергосбережению и повышению энергетической эффективности на конденсационных электростанциях на газе и твердом топливе, теплоэлектроцентралях. При техническом перевооружении действующих электростанций будет производиться: вывод из эксплуатации неэкономичного, выработавшего моральный и физический ресурс паросилового оборудования газовых тепловых электростанций и замещение его новыми установками с использованием газотурбинных и парогазовых технологий, модернизация и реконструкция действующих конденсационных и теплофикационных установок и станций с использованием современного энергоэффективного оборудования; вывод из эксплуатации морально и физически устаревшего оборудования с низкими параметрами пара угольных тепловых электростанций, замещение его новыми установками с использованием эффективных экологически чистых угольных технологий, модернизация и реконструкция действующих конденсационных и 6 теплофикационных агрегатов с целью повышения их энергетической эффективности. Энергосбережение и повышение энергоэффективности в электроэнергтике также связаны с необходимостью вывода из эксплуатации дизельных электростанций, выработавших ресурс, строительства новых дизельных электростанций с использованием современных технологий (в условиях укрупнения и консолидирования поселков, их частичного закрытия, развития сетевого хозяйства), модернизации дизельных электростанций с использованием современного энергоэффективного оборудования. Реализация данных мероприятий обеспечит снижение среднего эксплуатационного удельного расхода топлива на отпуск электроэнергии от тепловых электростанций до 318 в 2015 году и до 300 в 2030 году. В электросетевом хозяйстве планируется повышение технического уровня, расширение освоения и внедрения в Единой энергетической системе России новых энергоэффективных инновационных технологий, разработка на их основе проектных решений. Ключевыми элементами энергосбережения и повышения энергетической эффективности в электроэнергетике являются наличие российских или иностранных лицензионных технологий с учетом прохождения стадии демонстрационных проектов, их унификация и типовое проектирование. Условием, необходимым для выполнения задач по энергосбережению и повышению энергетической эффективности в электроэнергетике, является разработка новых технологий и освоение отечественным энергетическим машиностроением производства нового оборудования. Основные технические мероприятия по энергосбережению и повышению энергетической эффективности в электросетевом хозяйстве направлены на снижение потерь электроэнергии и совершенствование 7 системы коммерческого и технического учета электроэнергии в электрических сетях и у потребителей. Планируется выполнение крупномасштабных работ по реконструкции электрических сетей с целью повышения их надежности и эффективности. Реализация мероприятий подпрограммы должна обеспечить снижение потерь в электрических сетях до 8 - 9 процентов в 2020 году. В результате реализации мероприятий подпрограммы планируется достижение годовой экономии первичной энергии в объеме 25,32 млн. тонн условного топлива к концу I этапа (к 2016 году) и 58,05 млн. тонн условного топлива к концу II этапа (к 2021 году) и суммарной экономии первичной энергии в объеме 82,45 млн. тонн условного топлива на I этапе (2011 - 2015 годы) и 312,81 млн. тонн условного топлива за весь срок реализации Программы (2011 - 2020 годы). 8 2. Технологии энергосбережения 2.1 Модернизация электростанций Основой модернизации является использование форсированных режимов, не противоречащих исходным конструкторским разработкам, применение новых технологических решений. Технические возможности и опыт эксплуатации практически всех марок барабанных котлов, используемых на теплоэлектроцентралях (ТЭЦ, станция, поставляющая и электроэнергию, и тепло.), показывает, что их производительность может быть повышена на 20–30% при незначительных инвестициях по реконструкции. Дополнительный пар от котлов может быть направлен на выработку электроэнергии новыми турбогенераторами, устанавливаемыми вне основного корпуса ТЭЦ, либо на теплообменные агрегаты для теплоснабжения населения и промышленности. В период возведения станций тип установленных турбогенераторов определялся потребностями в производственном и теплофикационных отборах. При уменьшении отборов мощность турбогенератора падает. В настоящее время запросы потребителей существенно изменились – к примеру, резко упали производственные отборы для технологических нужд предприятий. Отметим также, что отопительные отборы имеют неполную загрузку в весенне-осенний период, летом она может полностью отсутствовать. Поэтому установка турбин «мятого» (уже отработавшего) пара позволяет полностью загрузить имеющиеся турбины, обеспечивая их работу на наиболее экономичном расчетном режиме. Тем самым электрическая мощность ТЭЦ может быть увеличена на 20–40% за счет установки новых и более полной загрузки старых турбоагрегатов. Таким образом, при модернизации ТЭЦ приведенными методами ее мощность можно увеличить на 30–50%, снизить ограничения и увеличить производительность. При этом удельная стоимость возведения добавленной 9 мощности составляет 200–300 долларов/кВт, а с учетом расширенного капремонта и замены части оборудования (для существенного продления ресурса работы станции) затраты составят 400–600 долларов/кВт, что в 2,5–4 раза дешевле, чем возведение нового энергоисточника. 2.2 Накопители электрической энергии Накопители электрической энергии являются важнейшим элементом будущих активно-адаптивных сетей. Накопители энергии выполняют ряд функций: 1. выравнивание графиков нагрузки в сети (накопление электрической энергии в периоды наличия избыточной (дешевой) энергии и выдачу в сеть в периоды дефицита); 2. обеспечение в сочетании с устройствами FACTS повышения пределов устойчивости; 3. обеспечение бесперебойного питания особо важных объектов, собственных нужд электростанций и подстанций; 4. демпфирование колебаний мощности, стабилизация работы малоинерционных децентрализованных источников электрической энергии. Рассмотрим одну из функций накопителя - обеспечение бесперебойного питания особо важных объектов. В современной энергосети часто возникают неисправности, причиной которых могут быть повреждения в энергосистеме, перегрузки, неисправная работа вспомогательного оборудования. Стоимость перерыва в энергоснабжении для различных потребителей измеряется в диапазоне от 1000$ (при отключении бытового электронного оборудования мощностью порядка 1 кВт) до 500000$ (за одно отключение промышленных установок мощностью 1-10 мВт. Таким образом накопитель энергии по своим функциям играет очень важную роль в энергосбережении. 10 2.3 Метод шариковой очистки конденсатора Существенная экономия может быть достигнута на станциях за счет обеспечения и поддержания оптимального глубокого вакуума в конденсаторе турбин. Часто причиной снижения вакуума в турбине служит загрязнение конденсаторов, которое, как правило, происходит с водяной стороны. Вследствие этого уменьшается коэффициент теплопередачи, снижается расход воды из-за гидравлического сопротивления. По своему характеру все загрязнения можно условно разбить на три группы: механические; биологические; солевые. В большинстве случаев встречается комбинация этих загрязнений. Существуют различные способы очистки конденсатора, но, как показал опыт эксплуатации, в настоящее время наиболее эффективным способом признана система непрерывной шариковой очистки. Суть такой очистки заключается в том, что через трубную систему конденсатора непрерывно прокачиваются шарики, изготовленные из упругого материала. Диаметр таких шариков несколько больше, чем внутренний диаметр трубки конденсатора. Когда такой шарик попадает во входные отверстия трубки конденсатора, он под действием напора воды всасывается в эту трубку и проталкивается через нее. При этом сам шарик слегка деформируется за счет своих упругих свойств и как бы протирает внутреннюю поверхность трубки, очищая ее от отложений. Использование такой системы позволяет увеличить выработку мощности без дополнительных затрат в среднем на 1,5…2 %для паротурбинных станций на органическом топливе и на 3…4 % для АЭС. Непрерывная очистка трубной системы не только обеспечивает лучшие условия теплообмена, но и снижает возможность коррозионных повреждений 11 поверхностей нагрева конденсатора, так как часто коррозионные процессы более интенсивно проходят как раз под слоем отложений. На рисунке 1 представлена принципиальная схема установки системы шариковой очистки. Рисунок 1 – Схема установки системы шариковой очистки Поток циркулирующей охлаждающей воды проносит эластичные шарики через конденсаторные трубки. Они очищают поверхность трубок и в улавливателе шариков, установленном на выходе охлаждающей воды из конденсатора, отделяются от потока воды, затем отсасываются насосом и снова подаются на вход охлаждающей воды в конденсатор через патрубок на 12 фильтре охлаждающей воды. В контур циркуляции шарики загружаются через шлюз, установленный на трубопроводе напора насоса циркуляции шариков. Как показывает опыт эксплуатации, затраты на установку системы шариковой очистки окупаются за один – полтора года. 2.4 Технология комбинированного производства электроэнергии и тепла Наиболее крупной и проверенной на практике в России является энергосберегающая технология комбинированного производства электроэнергии и тепла с использованием противодавленческих паровых турбин. В данном направлении российские ученые и конструкторы традиционно занимают ведущее место в мире. Она заключается в том, что для утилизации потенциальной энергии пара предлагается понижать параметры пара до требуемых не посредством редуцирования, а в процессе совершения им работы. Для этого параллельно редукционному устройству устанавливается электрогенерирующий комплекс с паровой противодавленческой турбиной. Пар на технологический процесс направляется через турбину, а работа, совершаемая в ней паром, используется для привода электрического генератора. Электроэнергия, производимая комплексами, как правило, используется для собственных нужд предприятия, на котором она установлена. Она может быть использована на предприятиях нефтяной, химической, металлургической промышленности, отопительных котельных, домостроительных комбинатах, там, где для выработки пара, применяются котлы давлением 1,4-4,0 МПа. Абсолютное давление пара, используемого в технологическом процессе - 0,3-1,5 МПа, а отопительном отборе - 70-250 кПа. Избыток давления при этом срабатывается на редукционном устройстве. Новизна технического подхода к данной проблеме заключается в том, чтобы на основе целевого энергетического обследования действующих 13 котельных обеспечить коэффициент использования электрогенерирующей номинальной мощности не менее 0,6. Схема энергетических потоков при комбинированном производстве электроэнергии и тепла представлена на рисунке 2. Рисунок 2 – Схема энергетических потоков при комбинированном производстве электроэнергии и тепла 2.5 Управляемый шунтирующий реактор Управляемый шунтирующий реактор – новый тип устройства FACTS (управляемое оборудование для электрических сетей переменного тока) представляет собой статическое устройство шунтирующего типа с плавно регулируемым индуктивным сопротивлением. 14 Управляемые шунтирующие реакторы предназначены для автоматического управления потоками реактивной мощности и стабилизации уровней напряжения, что позволяет: устранить суточные и сезонные колебания напряжения в электрической сети; повысить качество электрической энергии; оптимизировать и автоматизировать режимы работы электрической сети; снизить потери электроэнергии при ее транспортировке и распределении; повысить устойчивость энергосистемы; улучшить условия эксплуатации и повысить надежность работы электротехнического оборудования за счет резкого сокращения числа коммутаций нерегулируемых устройств компенсации реактивной мощности; увеличить пропускную способность линий электропередачи и обеспечить надежное автоматическое управление уровнями напряжения при перетоках мощности, близких к предельным по статической устойчивости; избежать эффекта "лавины напряжения" при возникновении аварийных ситуаций в электрической сети (например, аварийное отключение нагрузки, генератора, линии электропередачи и прочее); обеспечить условия для работы генераторов электростанций в таком диапазоне генерации реактивной мощности, который способствует наиболее благоприятным эксплуатационным режимам. 2.6 Резонансная однопроводная система передачи электрической энергии 15 Одной из наиболее актуальных проблем современной энергетики является обеспечение энергосбережения и снижение экономических затрат при решении задачи передачи электрической энергии на большие расстояния. На практике для передачи электрической энергии на большие расстояния, как правило, используют трехфазные системы, для реализации которых требуется применение не менее 4 проводов, которой присуще следующие существенные недостатки: большие потери электрической энергии в проводах, так называемые джоулевые потери; необходимость использования промежуточных трансформаторных подстанций, компенсирующие потери энергии в проводах; возникновение аварий вследствие короткого замыкания проводов, в том числе из-за опасных погодных явлений (сильный ветер, наледь на проводах и др.); большой расход цветных металлов; большие экономические затраты на прокладку трехфазных электрических сетей (несколько миллионов рублей на 1 км). Отмеченные выше недостатки могут быть устранены за счет применения резонансной однопроводной системы передачи электрической энергии, основанной на идеях Николы Теслы, доработанной с учетом современного развития науки и техники. В настоящее время технология резонансной однопроводной системы передачи электрической энергии получили свое развитие. 16 Рисунок 3 – Схема резонансной однопроводной системы передачи электрической энергии Предлагаемая технология основана на использовании двух резонансных контуров с частотой 0,5-50 кГц и однопроводной линии между контурами (рисунок 3) с напряжением линии 1-100 кВ при работе в режиме резонанса напряжений. Провод линии является направляющим каналом, вдоль которого движется электромагнитная энергия. Энергия электромагнитного поля распределена вокруг проводника линии. Как показывают расчеты и проведенные эксперименты при таком способе передачи электрической энергии, потери в проводах практически отсутствуют (в сотни раз меньше, чем при традиционном способе передачи электрической энергии) и данная технология безопасна для окружающей природной среды и человека. 17 Рисунок 4 – Светодиодные линии освещения Преимущества однопроводной резонансной системы по сравнению с традиционной трехфазной системой передачи электроэнергии существенны. На рисунке 5 представлены две светодиодные линии освещения. Представим, что слева 7 метровая двухпроводная, справа 30 метровая однопроводная, при применении 7 метровой двухпроводной линии имеются существенные потери в проводах - последний светодиод светит значительно тусклее, чем первый. В однопроводной резонансной 30 метровой линии передачи электрической энергии такого эффекта не наблюдается - первый и последний светодиоды светят практически с одинаковой яркостью. Другим важным преимуществом однопроводной резонансной системы передачи электрической энергии является существенная экономия цветных металлов. Возьмём два образца линий электропередач мощностью 50 кВт. Левый образец предназначен для применения в традиционной трехфазной системе передачи электрической энергии. Правый образец для применения в однопроводной резонансной системе передачи электрической энергии. Расход цветного металла (меди) в правом образце в 20 раз меньше, чем в левом образце. 18 При прокладке кабельных линий электропередач преимущества однопроводной резонансной системы заключаются, прежде всего, в том, что сечение кабеля в 3-5 раз меньше сечений традиционной трехфазной системы передачи электроэнергии, а это в свою очередь позволяет: 1. значительно уменьшить радиусы поворота линий, что является весьма важным при прокладке кабелей в городских условиях; 2. значительно (до 10 раз) снизить затраты на прокладку кабелей. Кроме того, в случае реализации однопроводной резонансной системы электропередачи отсутствует межфазное короткое замыкание и обеспечивается высокий уровень электробезопасности. К настоящему моменту времени удалось реализовать несколько проектов с использованием однопроводной резонансной системы передачи электрической энергии. Резонансная однопроводная система передачи электрической энергии является новой энергосберегающей и ресурсосберегающей технологией, позволяющая значительно снизить экономические затраты при решении задачи передачи электрической энергии на большие расстояния по сравнению с традиционной (трехфазной)системой электропередачи. Результат повышения энергоэффективности при массовом внедрении- снижение себестоимости киловатт/часа за счет снижения уровня невосполнимых потерь энергии в проводах 19 Заключение В заключении хотелось бы отметить основные задачи, которые предстоит решить для оптимального развития электроэнергетического хозяйства: 1) обеспечение повсеместного перехода на энерго- и электросберегающие технологии, определение реальных потребностей страны и ее регионов в электроэнергии, с учетом максимальной экономии потребления электроэнергии; 2) осуществление модернизации энергетического оборудования; 3) выработка научных основ комплексной эксплуатации электростанций разных видов и мощностей; 4) реализация действенных мер по охране природы и рациональному природопользованию. Россия нуждается в форсированном развитии электроэнергетики: увеличении объема вырабатываемой электроэнергии. Наращивание объемов производства новых электростанций и повышение мощностей уже существующих электростанций будет происходить, в частности, путем увеличения единичных мощностей и использования энергосберегающих технологий. 20 Список использованных источников 1. А.Г. Долгополов. Управляемые шунтирующие реакторы. Выбор параметров максимальных токовых защит. Новости электротехники. М.: - 2010 г. – 437 с. 2. Кравченя Э.М., Козел Р.Н., Свирид И.П. Охрана труда и энергосбережения. - М.: ТетраСистемс – 2008 г. – 245 с. 3. Стребков Д.С., Авраменко С.В., Некрасов А.И. Способ и устройство для передачи электроэнергии. М.: - 2015 г. – 378 с. |