Ресурсы и энергосберегающие технологии

 
1.4.4 Городская программа энергосбережений.

 

 Коротко рассмотрим  отдельные направления в существующих  сегодня универсальных энергоэффективных  технологиях. Основными направлениями  можно рассматривать следующие: 
 
1. перевод городских предприятий на дифференцированную по времени суток форму расчетов за электроэнергию; 
2. устройство автоматических систем учета тепла, воды, газа;

 

3. внедрение систем управления и распределения тепла в зданиях различного назначения; 
4. устройство локальных тепловых узлов с электронагревом, работающих в зоне льготных режимов с теплонакопителями; 
5. реконструкция и техническое перевооружение энергогенерирующих источников, коммуникаций сетей тепло, электро и водоснабжения; 
6. устройства электронной пускорегулирующей аппаратуры (ЭПРА) для газоразрядных ламп освещения и устройств автоматического управления городским освещением; 
7. устройство систем частотно – регулируемых приводов для двигателей используемых в городском коммунальном хозяйстве; 
8. диспетчеризация учета энергоносителей в масштабах города; 
9. внедрение высокоэффективных источников энергии. 
10. перевод городского хозяйства на дифференцированную по времени суток систему расчетов за электроэнергию.

 
2. Традиционные способы получения электрической энергии.

 

2.1 Тепловые электростанции.

 

Тепловая электростанция (ТЭС), электростанция, вырабатывающая электрическую энергию в результате преобразования тепловой энергии, выделяющейся при сжигании органического топлива. Первые ТЭС появились в кон. 19 в (в 1882 — в Нью-Йорке, 1883 — в  Петербурге, 1884 — в Берлине) и получили преимущественное распространение. В сер. 70-х гг. 20 в. ТЭС — основной вид электрической станций. Доля вырабатываемой ими электроэнергии составляла: в России и США св. 80% (1975), в мире около 76% (1973).  
 
Около 75% всей электроэнергии России производится на тепловых электростанциях. Большинство городов России снабжаются именно ТЭС. Часто в городах используются ТЭЦ - теплоэлектроцентрали, производящие не только электроэнергию, но и тепло в виде горячей воды. Такая система является довольно-таки непрактичной т.к. в отличие от электрокабеля надежность теплотрасс чрезвычайно низка на больших расстояниях, эффективность централизованного теплоснабжения сильно при передаче также понижается. Подсчитано, что при протяженности теплотрасс более 20 км (типичная ситуация для большинства городов) установка электрического бойлера в дельно стоящем доме становится экономически выгодна. 
 
По мнению ученых в основе энергетики ближайшего будущего по-прежнему останется теплоэнергетика на не возобновляемых ресурсах. Но структура ее изменится. Должно сократиться использование нефти.

Существенно возрастет производство электроэнергии на атомных электростанциях.

2.2 Гидроэлектрическая станция.

 

 Гидроэлектрическая станция,  гидроэлектростанция (ГЭС), комплекс  сооружений и оборудования, посредством  которых энергия потока воды  преобразуется в электрическую  энергию. ГЭС состоит из последовательной  цепи гидротехнических сооружений, обеспечивающих необходимую концентрацию  потока воды и создание напора, и энергетического оборудования, преобразующего энергию движущейся  под напором воды в механическую  энергию вращения которая, в  свою очередь, преобразуется в  электрическую энергию. Напор  ГЭС создается концентрацией  падения реки на используемом  участке плотиной, либо дерива  цией, либо плотиной и деривацией  совместно. Основное энергетическое  оборудование ГЭС размещается  в здании ГЭС: в машинном  зале электростанции — гидроагрегаты,  вспомогательное оборудование, устройства  автоматического управления и  контроля; в центральном посту  управления — пульт оператора-диспетчера  или автооператор гидроэлектростанции. Повышающая трансформаторная подстанция размещается как внутри здания ГЭС, так и в отдельных зданиях или на открытых площадках. Распределительные устройства зачастую располагаются на открытой площадке. Здание ГЭС может быть разделено на секции с одним или несколькими агрегатами и вспомогательным оборудованием, отделённые от смежных частей здания. При здании ГЭС или внутри него создаётся монтажная площадка для сборки и ремонта различного оборудования и для вспомогательных операций по обслуживанию ГЭС.  
 
По установленной мощности (в Мвт) различают ГЭС мощные (св. 250), средние (до 25) и малые (до 5).

 
По  максимально используемому напору ГЭС делятся на высоконапорные (более 60 м), средненапорные (от 25 до 60 м) и низконапорные (от 3 до 25 м).  
 
По схеме использования водных ресурсов и концентрации напоров ГЭС обычно подразделяют на русловые, приплотинные, деривационные с напорной и безнапорной деривацией, смешанные, гидроаккумулирующие и приливные.  

Важнейшая особенность гидроэнергетических ресурсов по сравнению с топливно-энергетическими ресурсами — их непрерывная возобновляемость. Отсутствие потребности в топливе для ГЭС определяет низкую себестоимость вырабатываемой на ГЭС электроэнергии. Поэтому сооружению ГЭС, несмотря на значительные, удельные капиталовложения на 1 квт установленной мощности и продолжительные сроки строительства, придавалось и придаётся большое значение, особенно когда это связано с размещением электроёмких производств. 

 

4. Атомные электростанции.

 

 

 Атомная электростанция (АЭС ), электростанция, в которой атомная (ядерная) энергия преобразуется  в электрическую. Генератором энергии  на АЭС является атомный реактор . Тепло, которое выделяется в реакторе в результате цепной реакции деления  ядер некоторых тяжёлых элементов, затем так же, как и на обычных  тепловых электростанциях (ТЭС), преобразуется  в электроэнергию, В отличие от ТЭС, работающих на органическом топливе, АЭС работает на ядерном горючем (в основе 233 U , 235 U , 239 Pu ) При делении 1 г изотопов урана или плутония высвобождается 22 500 квт • ч, что эквивалентно энергии, содержащейся в 2800 кг условного топлива. Установлено, что мировые энергетические ресурсы ядерного горючего (уран, плутоний и др.) существенно превышают энергоресурсы природных запасов органического, топлива (нефть, уголь, природный газ и др.). Это открывает широкие перспективы для удовлетворения быстро растущих потребностей в топливе.

 
Принцип действия АЭС с на ядерном  реакторе, имеющим водяное охлаждение, следующий: тепло, выделяется в активной зоне реактора, теплоносителем вбирается  водой (теплоносителем) 1-г контура, которая прокачивается через  реактор циркуляционным насосом. Нагретая вода из реактора поступав в теплообменник (парогенератор), где передаёт тепло, полученное в реакторе воде 2-го контура. Вода 2-го контура испаряется в парогенераторе, и образуется пар поступает в  турбину. 
 
Наиболее часто на АЭС применяют 4 типа реакторов на тепловых нейтронах: 

1. водо-водяные с обычной водой в качестве замедлителя и теплоносителя;

2. графито-водные с водяным теплоносителем и графитовым замедлителем;

3. тяжеловодные с водяным теплоносителем и тяжёлой водой в качестве замедлителя

4. графито-газовые с газовым теплоносителем и графитовым замедлителем.

 
Выбор преимущественно применяемого типа реактора накопленным опытом в реактороносителе, а также наличием необходимого оборудования. 

3. Состояние и перспективы использования нетрадиционных и возобновляемых источников энергии.

 
3.1 Традиционные и нетрадиционные источники энергии.

 

При существующем уровне научно-технического прогресса энергопотребление может  быть покрыто лишь за счет использования  органических топлив (уголь, нефть, газ), гидроэнергии и атомной энергии  на основе тепловых нейтронов.

Однако, по результатам многочисленных исследований органическое топливо  к 2020 г. может удовлетворить запросы  мировой энергетики только частично. Остальная часть энергопотребности  может быть удовлетворена за счет других источников энергии – нетрадиционных и возобновляемых.  
 
Возобновляемые источники 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 ее 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 отличие от возобновляемых находится в природе в связанном состоянии и высвобождается в результате целенаправленных действий человека.  
 
В соответствии с резолюцией № 33/148 Генеральной Ассамблеи ООН (1978 г.) к нетрадиционным и возобновляемым источникам энергии относятся:

- Торф;

- Энергия биомассы (отходы сельскохозяйственные, лесного комплекса, коммунально-бытовые и промышленные; энергетические плантации: сельскохозяйственные культуры, древесно-кустарниковая и травянистая растительность);

- Энергия ветра;

- Энергия солнца;

- Энергия водных потоков на суше (гидроэлектростанции мощностью менее 1 МВт: миниГЭС, микроГЭС);

- Средне и высокопотенциальная геотермальная энергия (гидротермальные и парогидротермальные источники; сухие, глубоко залегающие горные породы);

- Энергия морей и океанов (приливы и отливы, течения, волны, температурный градиент, градиент солености);

 

Начиная с 1990-х годов по инициативе ЮНЕСКО при поддержке  государств-членов ООН и заинтересованных организаций, проводятся мероприятия  по продвижению идеи широкого использования  возобновляемых источников 
 
Запасы и динамика потребления энергоресурсов, политика России в области нетрадиционных и возобновляемых источников энергии.Приказом Правительства Российской Федерации №1234-р от 28 августа 2003 г. утверждена «Энергетическая стратегия России на период до 2020 г.». Одним из направлений данного документа является рассмотрение возможностей использования возобновляемых источников энергии. 

Стратегическими целями использования  возобновляемых источников энергии  и местных видов топлива являются:  

• Сокращение потребления невозобновляемых топливно-энергетических ресурсов;
• Снижение экологической нагрузки от топливно-энергетического комплекса;
• Обеспечение децентрализованных потребителей и регионов с дальним и сезонным завозом топлива;
• Снижение расходов на дальнепривозное топливо.

 
Необходимость развития возобновляемой энергетики определяется ее ролью в  решении следующих проблем:  

• Обеспечение устойчивого тепло-и электроснабжения населения и производства в зонах децентрализованного энергоснабжения, в первую очередь в районах Крайнего Севера и приравненных к ним территориях. Объем завоза топлива в эти районы составляет около 7 млн. т нефтепродуктов и свыше 23 млн. т угля;
• Обеспечение гарантированного минимума энергоснабжения населения и производства в зонах централизованного энергоснабжения, испытывающих дефицит энергии, предотвращение ущербов от аварийных и ограничительных отключений;
• Снижение вредных выбросов от энергетических установок в городах и населенных пунктах со сложной экологической обстановкой, а также в

местах массового отдыха населения.

 
 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 Основные объекты нетрадиционной энергетики России.

 

На рис. 1 приведена карта  России с указанием на ней мест расположения наиболее крупных объектов возобновляемой энергетики.  
 

Рис.1

 
Россия располагает большими потенциальными запасами геотермальной энергии  в виде парогидротерм вулканических  районов и энергетических термальных вод с температурой 60-200°C в платформенных  и предгорных районах. В 1967 г. на южной  оконечности Камчатки была создана  первая в стране Паужетская ГеоТЭС мощностью 5 МВт, доведенная впоследствии до мощности 11 МВт. Пробуренные в  Паужетской геотермальной системе  не-сколько десятков скважин в  суммарном объёме производят пароводяную  смесь в количестве, достаточном  для расширения Паужетской ГеоТЭС до 25 МВт.  
Экономический кризис 90-х годов сказался и на сфере использования НВИЭ. Несмотря на это удалось сохранить научно-технический потенциал и освоить выпуск новой продукции. Так на ОАО «Калужский турбинный завод» производятся конденсационные блок-модульные ГеоТЭС мощностью 4 и 20 МВт. Три таких блока «Туман-4К» по 4 МВт смонтированы на Верхне-Мутновской ГеоТЭС на Камчатке. В качестве теплоносителя используется пар Мутновского месторождения давлением 0,8 МПа. Строительство Верхне-Мутновской ГеоТЭС было начато в 1995 г. и завершено в 1999 г. В настоящее время мощность введенной в эксплуатацию ГеоТЭС составляет 12 МВт.  

На Мутновской ГеоТЭС, проектная  мощность которой составляет 80 МВт, будут установлены 4 энергомодуля «Камчатка-20»  мощностью по 20 МВт. Строительство  ГеоТЭС начато в 1992 г. на 2х площадках, на каждой из которых располагается  главный корпус с двумя энергоблоками.  
 
В 1989 г. на Северном Кавказе была создана опытная Ставропольская ГеоТЭС с использованием двухконтурных энергоустановок. В качестве теплоносителя применяется термальная вода с температурой 165 °C, добываемой с глубины 4,2 км. Технологическая схема ГеоТЭС была разработана в ЭНИН им. Кржижановского.  
 
Кроме указанных геотермальных теплоэлектростанций разработан проект и выполнено технико-экономическое обоснование Океанской ГеоТЭС на о. Итуруп в Сахалинской области суммарной мощностью 1-й и 2-й очередей 30 МВт. Находится в эксплуатации Курильская ГеоТЭС мощностью 0,5 МВт.  
 
В области ветроэнергетики созданы образцы отечественных ветроэнергетических установок (ВЭУ) мощностью 250 и 1000 кВт, находящиеся в опытной эксплуатации. Налаживается сотрудничество с зарубежными организациями и фирмами, имеющими большой опыт в этой области.  
 
В Ростовской области в составе «Ростовэнерго» работает ВЭС, известная как ВЭС-300. В ее составе 10 ВЭУ мощностью по 30 кВт каждая. ВЭУ предоставила немецкая компания HSW в рамках проекта »Эльдорадо Винд».  
 
Заполярная ВЭС мощностью 1,5 МВт (г. Воркута) успешно эксплуатируются с 1993 года. Она построена на базе шести установок АВЭ-250 российско-украинского производства мощностью 200-250 кВт каждая.  
 
В июле 2002 г. при поддержке датской компании «SЕАS Energi Service A.S.» состоялось открытие крупной ВЭС возле поселка Куликово Калининградской области. Куликовская ВЭС состоит из 21 ВЭУ датского производства мощностью 225 кВт каждая, суммарная мощность составляет 5,1 МВт. В дальнейшем планируется создание в Калининградской области первой ком-мерческой ветроэлектрической станции морского базирования мощностью 50 МВт. Ветропарк будет построен в 500 метрах от берега на шельфе Балтийского моря.