Энергосбережение и нетрадиционные и возобновляемые источники энергии

Казахский НАЦИОНАЛЬНЫЙ Аграрный УНИВЕРСИТЕТЕ

 

 

 

 

Кафедра «Энергообеспечение и автоматизация»

 

 

 

 

 

 

 

 

Электроэнергетика  

 

 

 

Конспекты лекции

 

Энергосбережение и  нетрадиционные и возобновляемые

 источники энергии

 

 

 

 

 (для студентов всех форм обучения  специальности 050718 – Электроэнергетика)  

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Алматы 2008 

 

 

 

 

 

 

 

 

СОСТАВИТЕЛИ: Е.С. Умбетов. Энергосбережение и нетрадиционные и возобновляемые источники энергии.  Конспект лекций для студентов всех форм обучения специальности 050718 – Электроэнергетика. – Алматы: КазНАУ, 2008. – 42 с. 

 

 

Конспект составлен на базе научных  статей, отражающих достижения КазНАУ в рассматриваемой области. Конспект адресуется студентам и магистрантам инженерных специальностей высших учебных заведений. Он может быть также полезен  студентам, обучающимся по смежным специальностям и широкому кругу  читателей.

По специальности «Нетрадиционные  и возобновляемые источники энергии» ведется подготовка кадров высшей квалификации – магистров, кандидатов и докторов наук, работает Совет по защитам кандидатских и докторских диссертаций. 

 

 

 

 

 

Содержание 

 

1 Лекция №1.Метод предельного  энеросбережения

2 Лекция №2. Аргументы и стимулы использования неисчерпаемых и возобновляемых энергетических ресурсов
3 Лекция №3. Ветер как энергоноситель, природа и основные свойства
4 Лекция №4. Ветроэнергетика состояние и тенденции развития
5 Лекция №5. Ветроэнергетические агрегаты и ветроэлектростанции
6 Лекция №6. Энергия Солнца. Солнечное электричество.
7 Лекция №7. Энергия Солнца, Энергия Солнца. Солнечное тепло.
8 Лекция №8. Гидроэнергетика
9 Лекция №9. Тепло Земли и биоэнергетические ресурсы
Список  литературы

 

  

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1 Лекция №1. Метод предельного энергосбережения

 

 Проблема энеросбережения важнейшая  из проблем поставленная современной наукой и практикой. Она является значительной для отрасли промышленного производства, основанных на теплотехнологии, также здесь не только заключены крупные резервы экономии топлива, теплоты, энергии, но и широки возможности их практической реализации.

Реализация  этих резервов возможна только на базе научно-технического прогресса промышленного производства.

Главная задача в области энергетики теплотехнологии– разработка, исследование и создание энергосберегающего теплотехнического оборудования для реконструкции действующих и реализация принципиально новых безотходных теплотехнологических процессов и систем.

Такая задача для своего требует фундаментальных исследований в области энергетики теплотехнологии, разработки формирования эффективной методологии научного поиска.

Исследования  должны быть направлены:

– на установление принципиально достижимых предельно низких уровней удельного  расхода топливно-энергетических ресурсов (в основных теплотехнологиях энергоемких  отраслях промышленного производства);

– на выявление резервов снижения норм удельного  расхода топливно-энергетических ресурсов;

– на разработку конкретных направлений, способов, технических средств наиболее полного использования этих резервов;

Таким образом, формируется методология поиска энергосберегающих теплотехнологоческих систем с такими основными направлениями как:

– энергосберегающая технология;

– энергосберегающие тепловые схемы  оформления технологии;

– энергосберегающее оборудование.

Рассмотрим первое базовое направление энергосберегающая технология.

Теплотехнология совокупность методов  преобразования исходного сырья, материалов и т.д. в заданный продукт на основе изменения теплового состояния  вещества. Применительно к теплотехнологии, энергосберегающая, это такая технология, которой соответствует наиболее низкий уровень потребления теплоты сырьевыми материалами в процессе их преобразования в товарный продукт, или это такая технология, которой соответствует максимальное значение коэффициента энергосбережения технологии.

К наиболее существенным факторам, снижающим  коэффициент энергосбережения теплотехнологии, относятся:

– наличие потерь теплоты в окружающую среду технологическими продуктами.

– многооперационность ряда технологии, реализуемых в периодическом

режиме работы  установок, что, как правило, связано с 6ольшим числом прямых и длительных контактов полупродуктов с окружающей средой;

-  использование многоводных вариантов технологических процессов (например, мокрый способ производства цементного клинкера);

- наличие энергоемких стадий предварительной механической обработки сырьевых материалов;

- наличие значительных, товарно не используемых, технологических отходов.

Наивысшие возможности энергосберсжения технологии открываются на основе реализации принципов безотходной технологии.

Можно отметить следующие пять принципов безотходной теплотехнологии;

- обеспечение комплексного и  полного товарного извлечения всех компонентов исходного сырья, полуфабрикатов, материалов, т.е. технология должна быть ресурсосберегающей;

–наличие наиболее низкого уровня теоретически необходимого общего энергопотребления в процессе комплексной переработки исходного сырья, полуфабрикатов, материалов, т.е. технология должна быть энергосберегающей;

– наличие в технологии наиболее низкого водопользования, т.е. технология должна быть маловодной;

– обеспечение охраны окружающей среды, т. е. технология должна быть экологически совершенной;

– создание благоприятных производственных условий для человека, т.е. технология должна быть безопасной и легко управляемой.

Формируемые на базе этих принципов конкретные теплотехнологии будут потенциально направлены на высший уровень энергосбережения.

Энергосберегающие мероприятия‚ в теплотехнологии сводятся к следующим трем группам. Утилизационные, в задачу которых входит использование имеющихся отходов теплоты и потенциалов энергии. Энергетической модернизации– снижение отходов теплоты, энергии и действующих установках и системах. Эти две группы мероприятий являются традиционными и не отличаются масштабностью энергосберегающего эффекта. Мероприятия третьей группы, интенсивного энергосбережения, решают принципиально новую задачу- достижение в теплоэнергетическом объекте одномоментного предельно высокого крупномасштабного энергосберегающего эффекта, называемого потенциалом интенсивного энергосбережения. Он достигается на базе изменения принципиальных основ технологии и техники, управления повышения качества технологической продукции и полноты ее использования.

Максимальный энергосберегающий  эффект может быть достигнуто только на основе энергетического анализа замкнутых теплотехнологических комплексов и на основе мероприятий интенсивного энергосбережения.

Предельно полный резерв экономии топливно-энергетических ресурсов и теплотехнологическом комплексе  страны может быть выявлен на основе анализа совокупности замкнутых комплексов и на базе мероприятий интенсивного энергосбережения, которые можно объединить в следующие группы:

- технологическую;

- энергетическую;

- теплотехническую;

- техническую.

Технологические мероприятия, к числу которых можно отнести,  например, использование альтернативного сырья меньшей энергоемкости, применение маловодных теполотехнологических операций, обеспечение непрерывности технологических операций и безотходности технологии, предельно глубокой технологической регенерации теплоты и высокого качества продукции формируют энергосберегающую технологию –крупнейший для многооперационных технологий резерв экономии топливно-энергетических ресурсов. Однако для их реализации требуется нетравиальные энергетические, теплотехнические и технические решения.

Итогом реализации энергетических мероприятий являются энергесберегающие тепловые схемы технолгических объектов и энергосберегающие источники энергии. Эталоном энергетического совершенства выступает термодинамически идеальные модели теплотехнологических объектов. В числе энергетических мероприятий помимо традиционно входит широкий круг новых. ( использование нетрадиционных источников энергии).

Группа теплотехнических мероприятии  диктует поиск новых высокоэффективных и правило, принципиально новых теплотехнических способов организации теплотехнологического процесса.

Группа  технических мероприятий предусматривает применение предусматривает применение энергосберегающего технологического оборудования нового поколения.

Рассмотренные мероприятия реализует крупно масштабный принципиально возможный резерв энергосбережения и демонстрирует широкий спектр методов его практического достижения.

Вторая фундаментальная  основа для создания систем с наиболее высоким энергосберегающим эффектом закладывается разработкой энергосберегающих тепловых схем.

Для плодотворного решения  задач по этому направлению целесообразно  стимулировать рассмотрение как  можно большего числа вариантов  тепловых схем, наиболее полно отражающих принципиальные пути достижения предельно высокой энергоэкономичности конкретных теплотехнологических процессов.

Возможность такого подхода  в первую очередь открывается  на основе применения принципов термодинамически идеальных технологических установок  и анализа их тепловых схем, изыскания возможности реализации безотходности не только собственно технологического процесса, а и технологического оборудования.

Конечный результат цели поиска энергосберегающих технологических  систем будет определяться энергосберегающих технологических систем будет определяться энергосберегающими характеристиками оборудования этих систем. В связи с этим создание энергосберегающего оборудования рассматривается как треть фундаментальное направление в поиске и реализации энергосберегающих теплотехнических систем.

Необходимыми предпосылками  решения задач этого направления  являются:

– разработка, исследование и реализация эффективных теплотехнических принципов (способов) осуществления  технологических процессов и  их отдельных стадий;

– разработка, исследование и реализация эффективных способов организации тепло- энергопользования в не технологических устройствах производственных систем;

– разработка и оптимизация конструктивных схем технологических реакторов, теплотехнических элементов установок и их компоновок, наиболее полно реализующих принятые высокоэффективные теплотехнологические принципы.

Рассмотренная методология  неизбежно приводит к решениям, потенциально и практически направленными  на предельно высокие уровни энергосбережения, на создание теплотехнологических систем с наиболее высокими энергетическими характеристиками, поэтому она получила название метода предельного энергосбережения.

Метод предельного энергосбережения это методология поиска направлений, способов, принципов технических средств реализации наиболее низкого уровня общих затрат первичных топливно– энергетических ресурсов на комплексную технологически, экологически и экономически эффективную переработку исходного сырья, материалов в совокупность товарных продуктов (рис.1).

Таким образом, решение задач создания энергосберегающих теплотехнических установок и систем на базе метода предельного энергосбережения основано на одновременном решении задач  создания материалосберегающих и экологически совершенных установок систем.

Традиционная методическая основа решения задач энергосбережения отличающаяся дискретностью энергетического анализа, как правило, в узких границах отдельных теплотехнологических установок, оказывается беспомощными перед проблемой выявления полного резерва экономии топливно- энергетических ресурсов и главных направлении его реализации.

Необходим другой подход, который  полностью реализуется через концепцию интенсивного энергосбережения, общая методическая база разработки и формирования которой для отраслевых теплотехнологических комплексов включает:

– метод предельного энергосбережения как конкретный алгоритм системного подхода к реализации энерго- и материалосберегающих и экологически безопасных теплотехнологических объектов.

– комплекс критериев оценки энергетической эффективности не только отдельных установок, но и крупных замкнутых энергосистем и комплексов;

 – структуры последовательных  этапов разработки концепции,  итоги которых одновременно являются конретной научно-технической продукцией.