Энергосбережение и экологическая ситуация

⇐ ПредыдущаяСтр 12 из 20Следующая ⇒

Существует тесная взаимосвязь между ростом производства энергии и загрязнением окружающей среды. Основная доля энергии вырабатывается при сжигании органического топлива. При сжигании различных видов топлива в атмосферу с отходящими газами попадают вредные вещества, такие как оксид углерода, диоксид серы, оксиды азота, полициклические ароматические углеводороды, пылевые выбросы. Существующие методы очистки не могут полностью избавить от негативных последствий выбросов. Выбросы в атмосферу продуктов сгорания приводят не только к прямому токсическому и канцерогенному воздействию на организмы живых существ, но и к глобальным экологическим проблемам: парниковому эффекту, разрушению озонового слоя атмосферы, кислотным осадкам. Наибольшую озабоченность вызывает то, что накопление углекислого газа и других многоатомных газов (метана, диоксида азота) в атмосфере приводит к возникновению парникового эффекта и глобальному потеплению климата с возможными катастрофическими последствиями. Выбросы углекислого газа выросли более чем в 3 раза по сравнению с уровнем 1950 г. и ежегодно увеличиваются. Международное сообщество пытается принимать меры по ограничению выбросов парниковых газов. Результатом этих усилий стал Киотский протокол, устанавливающий квоты выбросов парниковых газов для стран-уча- стников.

Одновременно с загрязнением воздушной среды происходит загрязнение гидросферы. На долю ТЭК приходится 45 % общего водопотребления России и 27 % сброса загрязненных сточных вод в поверхностные водоемы.

При этом электрические станции сбрасывают примерно 1 млрд м³ химически загрязненной воды ежегодно [8].

Энергетика — главный источник теплового загрязнения окружающей среды. В зависимости от типа тепловой электростанции и от того, осуществляется ли на ней комбинированная выработка тепловой и электрической энергии, количество теплоты, поступающей в окружающую среду, составляет 10— 70 % теплоты, полученной при сжигании топлива. При работе котельных установок этот показатель составляет 10 — 30 %. Эта теплота выбрасывается в атмосферу с отходящими газами и влажным воздухом, уходящим из градирен, или отводится в искусственные или естественные водоемы. Повышение температуры воды в водоемах является причиной снижения растворимости кислорода, что затрудняет жизнедеятельность флоры и фауны. Если в глобальном смысле доля этой теплоты на настоящий момент невелика по сравнению с поступающей на Землю солнечной радиаций (в 2000 г. она составляла лишь 0,02 %), то локальные тепловые загрязнения в крупных городах могут составлять десятки ватт на квадратный метр, т.е. несколько процентов от поступающего потока солнечного излучения. Это приводит к локальным изменениям климата.

Значительный вред окружающей среде наносится не только при сжигании топлива, но и при его добыче, переработке, транспортировке, хранении. Происходит отчуждение территорий под угольные терриконы, золоотвалы, газо- и нефтепроводы, захоронения радиоактивных отходов.

Кроме постоянного («планируемого») загрязнения все чаще происходят чрезвычайные случаи, такие как разливы нефти при авариях танкеров, разрывах нефтепроводов, утечки газов из емкостей, самовозгорание запасов угля и др.

Таблица 2.5

Удельные выбросы продуктов сгорания при факельном сжигании органического топлива

В энергетических котлах

Выбросы и низшая теплота сгорания	Топливо
Выбросы и низшая теплота сгорания	Газ, г/м³	Мазут, кг/т	Уголь, кг/т
S0_x (SО₂)	0,006—0,01	21 S^p	17—19 S^p
NO_x (NО₂)	5—11	5—14	4—14
СО	0,002—0,005	0,005—0,05	0,10—0,45
Углеводороды	0,016	0,1	0,45—1,0
Н₂О (пар)	1000	700	230—360
СО₂	2000	3000	2200—3000
Твердые частицы	—	10 A^p	10 A^p
,МДж/кг	32—35	38—40	15—25

Примечание.S^p — норма содержания серы в сухом топливе, %; А ^р — норма содержания золы в сухом топливе, %.

Так, в результате аварий в моря и океаны ежегодно поступают десятки тысяч тонн нефти. Атомная энергетика связана с опасностью аварий на АЭС, на предприятиях по обогащению ядерного топлива.

Возобновляемые и нетрадиционные источники энергии — гидроэнергетика, биомасса, ветроэнергетические и солнечные энергетические установки оказывают во много раз меньшую нагрузку на окружающую среду, но и их нельзя считать полностью экологически безопасными. Так, строительство крупных гидростанций может приводить к выводу ценных земель из хозяйственного оборота, ухудшению условий для рыбоводства, вызвать нежелательные региональные изменения климата. Существуют данные, что ветроэнергетические установки создают инфразвуковые колебания, пагубно влияющие на птиц и животных.

Энергосбережение дает возможность сократить выбросы вредных веществ и тепловое загрязнение. Количество выбрасываемых в атмосферу вредных веществ зависит от организации процесса горения, качества очистных сооружений и вида сжигаемого топлива (табл. 2.5).

Используя данные о примерных выбросах вредных веществ, приведенные в табл. 2.5, можно оценить уменьшение выбросов, к которому привела экономия энергии в результате проведения энергосберегающих мероприятий.

Пример 2.1. Требуется оценить сокращение выбросов диоксида углерода, если в результате проведения энергосберегающих мероприятий в системе отопления предприятия удалось снизить потребление тепловой энергии на = 0,1 Гкал/ч.

Предприятие получает тепловую энергию по тепловой сети от котельной, использующей в качестве топлива природный газ с низшей теплотой сгорания = 31 МДж/м³.

Коэффициент полезного действия котельной г) η₁= 0,9. Следует считать, что при передаче

теплоты теряется 10 % энергии, т.е. КПД передачи теплоты по тепловой сети η₂= 0,9.

Решение. Определяем расход газа, который необходимо затратить в котельной, чтобы предприятие получило 0,1 Гкал/ч тепловой энергии.

При пересчете экономию энергии, выраженную в мегаваттах, получаем

Снижение расхода топлива составит

В течение года количество потребленного газа сократится на

Используя данные табл. 2.5, оцениваем сокращение выбросов диоксида углерода:

Таким образом, снижение выбросов диоксида углерода составит 290 т в год.

Структура энергетики страны

Россия является одной из ведущих энергетических держав как по располагаемым энергетическим ресурсам, так и по развитию топливно-энергетического комплекса.

Располагая 2,8 % населения и 12,8 % территории мира, Россия имеет около 6 % разведанных мировых запасов нефти, 34 % мировых запасов природного газа, около 20 % мировых разведанных запасов каменного и 32 % бурого угля. Прогнозируемые ресурсы по нефти и газу составляют соответственно 14 и 42 % мировых. Обеспеченность разведанными запасами топлива по нефти и газу оценивается в несколько десятков лет, а по углю — в 200 — 250 лет.

Потенциал гидроресурсов в стране оценивается в 7,2 % имеющихся в мире.

Российская Федерация в 2005 г. занимала первое место в мире по добыче природного газа (19 % мировой добычи) и нефти (14 %), четвертое место по выработке электроэнергии (6 %) и по добыче угля (5 %) [4].

Энергетика в России, как во всем мире, является основой, фундаментом экономики. Структурная схема функционирования энергетики страны (рис. 2.8) может рассматриваться как совокупность четырех производственно-технологических комплексов [9].

Первый комплекс обеспечивает добычу, облагораживание и транспортировку органического топлива. Он включает в себя газо- и нефтедобывающие предприятия, угольные разрезы и шахты, предприятия по добыче и обогащению урановой руды, газо- и нефтеперерабатывающие заводы, предприятия по переработке угля (коксование, газификация и др.), магистральные газопроводы и нефтепроводы, нефтеналивные суда, железнодорожный транспорт, перевозящий различные виды топлива и др.

Предприятия этого комплекса обеспечивают энергоресурсами как российских потребителей, так и потребителей зарубежных стран. За счет продукции этих предприятий формируется почти 40 % доходной части бюджета.

Облагороженное и готовое к использованию топливо передается на предприятия второго и третьего комплексов.

Второй комплекс включает в себя крупные тепловые электростанции различных видов (паротурбинные, газотурбинные, парогазовые), в том числе ТЭЦ, вырабатывающие одновременно тепловую и электрическую энергию, атомные электростанции, крупные электростанции, использующие возобновляемые источники энергии (гидроэлектростанции, геотермальные электростанции), а также магистральные тепловые и электрические сети, по которым передаются большие потоки энергии.

Этот комплекс — технологически наиболее важная часть энергетики страны. Для его создания потребовались многие десятилетия и большие материальные ресурсы. В России в комплекс входят более 600 тепловых электростанций, использующих различные виды органического топлива, более 100 гидроэлектростанций и 9 атомных электростанций. Их общая установленная электрическая мощность составляет 220,8 млн кВт (данные 2006 г.). В число тепловых электростанций входят 13 крупнейших электростанций с общей мощностью более 2000 МВт. Их суммарная электрическая мощность составляет более 17 % установленной мощности всех объектов российской энергетики.

Третий комплекс составляют небольшие электростанции, как работающие на органическом топливе, так и использующие возобновляемые источники энергии, районные и местные котельные, обслуживающие небольшие населенные пункты, городские районы, отдельных крупных потребителей (например, электростанции и котельные промышленных предприятий). В этом же комплексе производится преобразование потоков энергии большой мощности в менее мощные. Он включает в себя трансформаторные подстанции, тепловые и газораздаточные пункты, на которых происходит понижение электрического напряжения, температуры теплоносителя, давления потока газа. Кроме того, в него входят энергетические сети для передачи потоков энергии средней и малой мощности потребителе.

Россия — страна с развитой системой централизованного теплоснабжения, имеющая самую большую в мире протяженность тепловых остей.

Четвертый комплекс — это потребители топлива, тепловой и электрической энергии, которых можно разделить на две группы. К первой группе относятся предприятия промышленности, агропромышленного комплекса, строительные предприятия, транспорт, объекты оборонного комплекса, ко второй — потребители жилищно-коммунальной сферы: жилые и общественные здания, организации сферы образования, медицинского обслуживания, торговли, сферы услуг и др.

Энергопотребляющие установки потребителей включают в себя электродвигатели и двигатели внутреннего сгорания, тепло- и электроиспользующие установки промышленных предприятий, промышленные печи, отопительные приборы систем отопления, подогреватели систем вентиляции и горячего водоснабжения, осветительные приборы и др.

На всех стадиях добычи, транспортировки, преобразования, распределения и конечного использования энергии имеют место ее потери. Некоторые из этих потерь являются вынужденными. Они обусловлены термодинамическими, техническими или экономическими причинами, например, КПД получения электрической энергии на тепловых электростанциях ограничен параметрами термодинамического цикла; технически нельзя охлаждать газы, отходящие из дымовых труб, ниже определенной температуры, поскольку это может привести к конденсации влаги на поверхности внутренней поверхности труб, что будет вызывать их постепенное разрушение; экономически нецелесообразно увеличивать толщину ограждающих конструкций зданий выше определенного значения, поскольку это мало сократит потери, но резко увеличит стоимость тепловой сети.

Другая часть потерь энергии связана с ее нерациональным расходованием. Эти потери могут быть уменьшены за счет применения современных технологий (использование бинарных циклов в энергетике, непрерывная разливка стали в металлургии и т.п.), специального энергосберегающего оборудования (утилизационные теплообменники, тепловые насосы, регуляторы частоты вращения электродвигателей, электрические лампы с малым потреблением энергии и др.), а также за счет рациональной организации процессов получения, передачи и использования энергии. Многие из этих мероприятий не требуют крупных вложений материальных ресурсов.

Разница используемой энергии и производственно необходимых ее затрат составляет потенциал энергосбережения конкретных материальных производств и услуг.

Основные непроизводительные потери энергии чаще всего происходят на стадии ее использования. К ним можно отнести потери, связанные с низким КПД технологических энергопотребляющих установок в промышленности, потери теплоты через ограждающие конструкции зданий, потери электроэнергии в электродвигателях, связанные с их неправильным выбором (с существенным запасом по мощности) или отсутствием регулирования. Другими причинами этих потерь являются плохая работа по организации энергетического хозяйства у потребителей, а также расточительное использование энергии, связанное с относительно низкой стоимостью энергоресурсов по сравнению с другими странами.

Потери энергии на стадии использования всегда приводят к наибольшим абсолютным потерям первичного топлива. Из рис. 2.9 видно, что для полезного использования 1 т у.т. топливно-энергетических ресурсов с учетом их потерь при добыче, транспортировке, распределении, облагораживании и производстве при указанных значениях КПД требуется затратить 3,84 т п.у.т..

Рис. 2.9. Потери ТЭР на различных этапах преобразования

Пример 2.2. Допустим, добывается 1000 м природного газа, что соответствует 15т условного топлива. С учетом затрат на добычу 1000 м³ газа будут соответствовать 1,157 т первичного условного топлива. После добычи, переработки и транспортировки 1000 м природного газа будут соответствовать уже 1,35 т первичного условного топлива (см. табл. 1.5).

Тогда потери 10 м³ газа на добывающем предприятии соответствуют потерям 5 кг первичного условного топлива, а у потребителя — потерям 13,5 кг первичного условного топлива.

Таким образом, рациональное использование энергетических ресурсов связано, в первую очередь, с конечными стадиями рассмотренной выше технологической цепочки, т.е. с третьим и четвертым комплексами в рассмотренной структуре функционирования энергетики страны.

Контрольные вопросы

1. Почему энергосбережение особенно актуально в России?

2. Каково общее потребление энергоресурсов в мире и в России?

3. Каковы причины большей энергоемкости ВВП в России по сравнению с промышленно развитыми странами?

4. Дайте определение понятию «энергосбережение».

5. Что такое потенциал энергосбережения?

6. Каков потенциал энергосбережения экономики России? Как он распределяется по отраслям хозяйственной деятельности?

7. Каковы прогнозы изменения потребления различных энергетических ресурсов в мировой экономике и в экономике России?

8. Что означает понятие «энергетическая безопасность страны»? Назовите ее важнейшие принципы. Какие проблемы нужно решить для ее достижения?

9. Почему экономия материалов и уменьшение количества отходов приводят к экономии энергии?

10.Охарактеризуйте структурные комплексы, входящие в структурную схему функционирования энергетики России.

11.Почему при экономии энергии необходимо рассматривать систему «производитель — потребитель» как единое целое?

12. Почему потребление энергоресурсов связано с состоянием окружающей среды?

13.Оцените сокращение выбросов в атмосферу оксидов азота при экономии 1000 т мазута в год.

14.Почему экономия единицы энергии у потребителей энергетических ресурсов дает больший эффект, чем ее экономия при производстве и распределении?

15.По каким показателям можно судить об эффективности использования энергии в той или иной стране?

Глава 3

Дата добавления: 2018-06-27; просмотров: 1513; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

⇐ Предыдущая 7 8 9 10 111213 14 15 16 Следующая ⇒

Мы поможем в написании ваших работ!