Энергоресурсы и энергосбережение

Лекция 1.

1.1. Классификация энергоресурсов

Энергетическими ресурсами называют источники и носители различных видов энергии.

Виды энергии:

– тепловая;

– электрическая;

– механическая и др.

В зависимости от используемой энергии различают следующие виды энергоресурсов:

– органическое топливо, как источник в первую очередь тепловой энергии (в том числе, газ для бытовых нужд);

– ядерное топливо – источник ядерной и термоядерной энергии;

– вода и пар, как носитель механической, кинетической энергии и тепла;

– воздух, как носитель механической энергии и для вентиляции;

– электроэнергия.

Органическое топливо – это уголь, нефть, газ, торф и горючие сланцы, биомасса. Основными химическими элементами, определяющими горючие свойства органического топлива, являются углерод и водород. В состав органического топлива входят также азот, кислород, сера, калий и другие элементы.

Ядерное топливо содержит радиоактивные элементы, такие как уран, торий, радий, полоний, изотопы свинца, калия и другие.

К нетрадиционным источникам энергии относят: энергию солнца, ветра (рис. 1), морских приливов, геотермальную (тепло нижних пластов земли и подземных вод), биомассу.

В промышленности расходуется 2/3 органического топлива при коэффициенте полезного использования 10–15%.

Условное топливо – это топливо с параметрами, близкими к средним значениям для определенного вида реального топлива, например, угля. Параметры условного топлива, такие как его низшая рабочая теплота сгорания, приводятся в специальной справочной литературе и используются при расчете экономических показателей, в частности, для определения расхода условного топлива. Поскольку в действительности сжигается реальное топливо, необходимо производить перерасчет с учетом реальных значений параметров используемого топлива. Низшая рабочая теплота сгорания условного угля обычно принимается равной 7 Ккал на грамм условного топлива.

1.2. Структура топливно-энергетического баланса России

Нынешнее соотношение угля (У), нефти (Н), и природного газа (Г) в топливно-энергетическом балансе России, выглядящее следующим образом: У:Н:Г = 18:28:54 (рис. 2), далеко от оптимального – для страны, имеющей активные запасы всех трех названных видов энергетического сырья. С позиции обеспечения энергетической безопасности доля угля в топливно-энергетическом балансе не должна опускаться ниже 25-28 %. При прогнозировании объемов добычи и использования угля не уделяется должного внимания и такому важному аспекту экономической жизни, как энергосбережение.

В 2000 г. в России угля было добыто 258 млн т (или 180 млн т у.т.), из которых примерно 41 млн т у.т. угля направляется на коксование, а практически весь оставшийся уголь - на производство вторичных энергоресурсов (электрической и тепловой энергии). Согласно проекту новой редакции Энергетической стратегии России, объемы тепловой и электрической энергии, произведенной из первичных энергоносителей, соотносятся между собой примерно как 2:1. Исходя из этого можно считать, что объем угля, затрачиваемого на производство тепловой энергии, составляет примерно 92 млн т у.т., а количество угля, используемого для получения электроэнергии, составит около 47 млн т у.т. (рис. 3).

Кроме указанных направлений использования, крайне незначительное количество угля, 0,3 млн т у.т., используется в качестве сырья для химической промышленности, и еще 0,1 млн т у.т. идет на другие нетопливные нужды. Данные объемы, в силу их незначительности, при разработке структуры углесбережения не учитываются.

Россия располагает самой протяженной береговой линией, что предоставляет в ее распоряжение огромные площади континентального шельфа (3,9 млн. км²), высокоэффективные в отношении обнаружения запасов нефти и газа. На шельф приходится свыше 100 млрд. т начальных потенциальных ресурсов углеводородов. При этом нужно учитывать, что объем углеводородных ресурсов в шельфовой зоне так же, как и в материковой части России, еще недостаточно исследован. Следует отметить, что нефтяной потенциал недр России, по оценке экспертов, реализован лишь на треть, а газовый – на пятую часть.

Научно обоснованные темпы разработки нефтяных и газовых месторождений ранее недостаточно анализировались. Запасы известных месторождений ограничены. Значительная часть нефти и газа уходит на экспорт. Открыть новые крупные месторождения, способные поддержать достигнутые высокие уровни добычи нефти, за последние 30 лет не удалось. Основная часть нефти и газа в нашей стране в настоящее время добывается в северных и восточных районах России, что увеличивает их себестоимость. В погоне за высокими уровнями производств нефти, угля, газа и электроэнергии, а затем и в процессах передела собственности, были упущены вопросы обновления основных фондов и решения социальных и экологических проблем.

Продукция топливно-энергетического комплекса (ТЭК) продолжает оставаться одним из основных источников валютных поступлений для нашей страны – около 50 % суммарного экспорта.

1.3. Доля Росси в мировых запасах органического и ядерного топлива

Российская Федерация является одной из ведущих энергетических держав. В настоящее время на долю России приходится почти седьмая часть суммарного производства первичных энергоресурсов в мире. Топливно-энергетические ресурсы – основное богатство России. В стране сосредоточено 13% мировых запасов нефти и 15% ее добычи. На долю России приходится более 36% мировых запасов газа и около 31% его добычи. Разведанные запасы угля составляют 12% (третье место в мире после США и Китая). Экономический потенциал нетрадиционных источников энергии оценивается порядка 270 млн т у.т.

Общероссийские энергоресурсы и промышленные запасы топлива в обозримой перспективе достаточны для полного обеспечения собственных потребностей, а также для экспорта.

Топливно-энергетический комплекс (ТЭК) России – это стержень экономики страны, обеспечивающий жизнедеятельность всех отраслей национального хозяйства, консолидацию регионов, формирование значительной части бюджетных доходов и основной доли валютных поступлений из-за рубежа.

Доля ТЭКа в экономике страны составляет в общем объеме промышленной продукции более 25%, в доходной части федерального бюджета – 38% (в том числе по промышленности –62%), в общем объеме экспорта – свыше 50%. Результаты деятельности ТЭК крайне важны для платежного баланса страны, поддержания курса рубля, организации международного экономического сотрудничества.

Причины кризисных явлений в ТЭК России:

безудержное наращивание объема добычи и производства энергоносителей при неоправданно низких отпускных ценах не стимулировало их рациональное и экономное использование. В результате энергоемкость национального дохода России в 1,5-2 раза выше, чем в США и западноевропейских странах;

систематический дефицит централизованно выделяемых из госбюджета топливно-энергетическим отраслям капитальных вложений и материально-технических ресурсов вызвали длительное перенапряжение производственного аппарата топливно-энергетического комплекса. Причем это происходило на фоне ухудшения горно-геологических условий эксплуатации в основных топливно-добывающих регионах России и резкого роста необходимых затрат на добычу углеводородов;

большая зависимость нефтяной и газовой промышленности от импорта труб и оборудования при недостаточном техническом уровне и надежности соответствующей отечественной продукции;

ликвидация в 1988-1991 годах жесткого административного управления народным хозяйством на плановой основе без создания соответствующей рыночной среды в экономике.

Эти причины привели к снижению производства по различным отраслям ТЭК от 2 до 40%.

Чтобы не позволить развиться негативным процессам в ТЭК до критического уровня, под эгидой Министерства топлива и энергетики РФ разработана и одобрена Правительством Российской Федерации комплексная топливно-энергетическая программа на период до 2010 года «Энергетическая стратегия России».

Главная цель новой Энергетической стратегии заключается в выработке конкретных путей и способов использования топливно-энергетических ресурсов страны для скорейшего преодоления спада экономики и последующего роста жизненного уровня населения.

Основные пути решения этой задачи:

интенсивное энергосбережение;

оптимально достаточный экспорт энергоресурсов при постепенном наращивании их производства;

проведение сдержанной инвестиционной политики, ориентированной на наиболее эффективные проекты.

Реализация основных положений Энергетической стратегии России позволит повысить надежность энергообеспечения потребителей и энергетическую безопасность страны.

1.4. Структура баланса электроэнергии в России и в мире

В настоящее время для производства электроэнергии используют следующие типы электростанций: гидроэлектростанции (ГЭС), тепловые электростанции (ТЭС), атомные электростанции (АЭС), а также электростанции, работающие от нетрадиционных источников энергии.

На рис. 1 представлена доля различных типов электростанций в производстве электроэнергии в России. Тепловые электростанции занимают наиболее значительное место. Установленная мощность ТЭС составляет около 130 млн кВт, но используется не полностью. В настоящее время часть базовой нагрузки перебрасывается с ТЭС на АЭС. ТЭС покрывают часть базовой и полупиковую нагрузку, частично – пиковую.

В производстве электроэнергии на ТЭС различным видам топлива принадлежит следующее место (рис. 2). 2/3 электроэнергии вырабатывается на газомазутных ТЭС. Это связано, во-первых, с удобством газа в использовании по сравнению с углем, и во-вторых, с низкими ценами на газ. Однако, в связи с окончанием "газовой паузы" доля пылеугольных ТЭС будет неуклонно расти. В настоящий момент в России более 21% всей электроэнергии (более 42 млн кВт) производят электростанции, работающие на угле.

"Газовая пауза" – искусственно заниженные цены на газ на внутреннем Российском рынке в 90-е годы ХХ века.

Рис. 1. Доля различных типов электростанций в производстве электроэнергии в России в 2000 г.

Рис. 2. Доля различных видов топлива в производстве электроэнергии на ТЭС в России на 01.01.2000 г.

В других государствах структура производства электроэнергии может значительно отличаться (табл. 1). Однако, проблемы энергосбережения стоят не менее остро.

После энергетического кризиса 70-х годов в результате осуществления комплекса энергосберегающих актов потребление нефти снизилось за 10 лет в США на 65, в Англии – на 20, в ФРГ – на 21, во Франции – на 30 млн. т условного топлива. Почти 10 лет экономика США и стран Западной Европы развивалась без прироста потребления энергоресурсов. В России за этот период потребление энергоресурсов возросло на 250 млн. т условного топлива. По оценке специалистов такой прирост доказывает, что реальной энергосберегающей политики у нас не проводилось. Законодательный экономический механизм не позволял это сделать, так как был нацелен на расточительное использование материальных и энергетических ресурсов. Экономическая оценка работы предприятий проводилась по валовым показателям, рост которых и обеспечивал экономическое благополучие предприятий и работников всех рангов.

Таблица 1. Данные производства электроэнергии в некоторых странах мира по состоянию на 1995 г

Страны	Установленная мощность	Производство электроэнергии
Всего, МВт	ТЭС %	ГЭС %	АЭС %	НЭС %	Всего, ГВ	ТЭС %	ГЭС %	АЭС %	НЭС %
Великобритания		75,7	6,0	18,2	0,1		71,2	2,0	26,6	0,1
Германия		72,2	7,7	19,8	0,3		66,6	4,5	28,8	0,1
Испания		47,8	36,7	15,4	0,1		51,9	14,8	33,3	0,1
Италия		69,1	30,1	––	0,75		81,2	17,4	––	1,4
Канада		30,9	56,1	13,0	0,04		21,2	61,6	17,2	0,007
Китай		75,4	23,5	1,0	––		79,8	18,9	1,2	––
Корея (Южная)		66,88	8,75	24,37	––		64,65	2,67	32,7	––
Россия		69,2	20,7	10,1	0,005		67,8	20,6	11,6	0,003
США		73,2	13,1	13,0	0,6		70,1	9,2	20,1	0,5
Франция		22,2	23,2	54,4	0,2		8,0	15,4	76,5	0,2
Швейцария		6,0	75,5	18,5	––		3,5	57,0	39,5	––
Юж. Америка		27,7	71,1	1,27	––		17,2	80,9	1,89	––
Япония		62,4	19,1	18,2	0,2		61,0	9,2	29,4	0,3

Развитые страны после энергетического кризиса создали правовые и экономические стимулы для осуществления крупных энергосберегающих мероприятий, вложив необходимые финансовые и материальные ресурсы в экономию топлива (особенно нефти и нефтепродуктов) и энергии. В нашей стране на энергосбережение государство не выделяло ни одного рубля, направляя все средства только на увеличение добычи и производства энергоресурсов.

Результаты таких подходов налицо. Экономика западных стран и США процветает при устойчивом и надежном снабжении нефтью и нефтепродуктами, а Россия никак не может выйти из глубокого экономического кризиса. Следовательно, только путем проведения активной и жесткой, законодательно подкрепленной энергосберегающей политики, можно вывести топливно-энергетический комплекс страны из современного состояния.

Экономическая эффективность энергосбережения настолько великапо сравнению с наращиванием добычи и производства энергоресурсов, что ее реализация позволит одновременно решить проблему обновления и модернизации основных фондов, экологические и социальные проблемы и создаст условия для увеличения добычи и производства топлива и энергии, если это потребуется в более отдаленной перспективе. При этом следует помнить, что 1 т условного топлива, сэкономленного у потребителя, равноценна добыче (производству) 1,3 т условного топлива.

Эффективность использования энергоресурсов в России значительно ниже, чем в развитых странах. По расчетам специалистов, энергоемкость национального дохода у нас в 2-3 раза выше, т. е. более 50% энергоресурсов мы расходуем впустую. Если взять энергопотребление в расчете на одного жителя России и сравнить его с соответствующими показателями, достигнутыми в таких странах, как Англия, Франция, то это выглядит следующим образом: Россия – 7, Англия – 5,3, Франция – 5,1 т условного топлива на человека в год. В то же время показатели уровня развития экономики, производительности труда, жизни населения в Англии и Франции значительно превосходят достигнутые в России. Следовательно, дело не в объемах потребления, а в рациональности и эффективности использования энергоресурсов.

Распределение энергоресурсов по направлениям экономики в странах Западной Европы и России значительно различается. На удовлетворение социальных потребностей населения в Западной Европе расходуется в 2 ¸3 раза больше энергоресурсов, чем в России. Следовательно, при достигнутом уровне производства энергоресурсов мы можем повысить обеспеченность ими всех сфер экономики, включая социальную, за счет рационального использования и всемерной экономии энергоресурсов, внедрения энергосберегающих мероприятий во всех отраслях страны.

Таблица 1.3

Характеристика электропотребления по региону Северного Кавказа в 2000 г.

Наименование потребителя	Доля от общего потребления, %	Максимальная доля общего потребления, %
Промышленные предприятия	27,81	44,88
Электрофицированный транспорт	3,66	5,75
Сельскохозяйственный потребитель	7,03	11,36
Коммунально-бытовое потребление	16,45	26,55
Прочее непромышленное потребление	7,48	11,46
Оптовые потребители - перепродавцы	37,57	0,0
Итого	100,0	100,0

2. Энергосбережение

2.1. Общие вопросы энергосбережения

Значение достаточного для обеспечения потребностей экономики в планируемом предстоящем периоде времени объема используемых энергоресурсов в целом с учетом энергосбережения, может быть определено из выражения:

V_дост = (1 + q₁) ´ (1 – q₂) ´ V_факт, (1)

где V_дост – планируемый достаточный объем энергоресурсов, млн т у.т.;

V_факт – фактический на сегодняшний день годовой объем используемых энергоресурсов, млн т у.т.;

q₁ – прирост промышленного производства, доли единицы;

q₂ – достижимый в планируемом периоде времени объем энергосбережения, доли единицы.

Нужно иметь в виду, что значение q₂ может быть как положительной величиной – в случае, если в прогнозируемом периоде возможно снижение энергоемкости ВВП, так и отрицательной – если в силу определенных причин макроэкономического или технического характера прирост объема использования энергоносителей будет сопровождаться увеличением энергоемкости ВВП. Возможен также вариант, когда q₂ будет равно нулю – в случае постоянства энергоемкости ВВП.

При расчете достаточного количества энергоресурсов по конкретным видам можно использовать формулы (2), (3), (4):

V_{дост, i} = (1 + q₁) ´ (1 – q₂) ´ q_3i ´ V_факт, (2)

где V_{дост, i} – планируемый достаточный объем энергоресурсов i-того вида (например, угля или нефти), млн т у.т.;

q_3i – доля i-того вида энергоресурса в топливно-энергетическом балансе страны, доли единицы;

V_{дост, i} = (1 + q₁) ´ (1 – q_2i) ´ V_{факт, i}, (3)

где V_{факт, i} – фактический на сегодняшний день годовой объем используемых энергоресурсов i-того вида, млн т у.т.;

q_2i – достижимый в планируемом периоде времени объем энергосбережения i-того вида энергоресурсов, доли единицы;

V_{дост, i} = (1 + q₁) ´ (1 – q_2i) ´ (1 – q_4i) ´ V_{факт, i}, (4)

где q_4i – изменение доли i-того вида энергоресурса в топливно-энергетическом балансе страны, доли единицы.

Формула (4) обеспечивает наибольшую точность прогноза. Увеличение доли i-того энергоресурса в топливно-энергетическом балансе соответствует положительным значениям параметра q_4i, уменьшение доли – отрицательным значениям.

Экономические реалии сегодняшнего периода развития России дают основания предполагать, что в ближайшие десять лет, при столь высоких запланированных темпах роста ВВП, не следует ожидать существенного снижения его энергоемкости. Более того, нельзя исключить возможности увеличения энергоемкости ВВП, что объясняется высокой степенью износа основных производственных фондов в топливопотребляющих отраслях и невозможностью их модернизации в короткие сроки. Кстати, мировой опыт показывает, что быстрый подъем экономики государства в большинстве случаев сопровождается некоторым увеличением (в начальный период) энергоемкости производств. Но в долгосрочных прогнозах (т.е. на период после 2010 г.) безусловно следует ориентироваться на снижение энергоемкости ВВП.

При оценке потенциала энергосбережения "сверху" принимают, что доля полезного использования топливно-энергетических ресурсов в экономике России в настоящее время составляет примерно 43%. Из оставшейся части затраченного энергетического сырья (57%) правомерным представляется считать реальным резервом для экономии энергоресурсов не более двух третей этого объема. Исходя из того, что в 2000 г. в топливно-энергетическом балансе России было использовано различных видов энергетического сырья в суммарном количестве порядка 990 млн т у.т., можно считать, что общий потенциал энергосбережения в России составляет около 300 млн т у.т.

При определении объемов резервов сбережения по отдельным видам энергетического сырья, считают их пропорциональными нынешнему соотношению долей энергоносителей в структуре топливно-энергетического баланса. Таким образом на сегодняшний день резерв экономии угля в первом приближении был оценен в 52-55 млн т у.т.

При оценке потенциала энергосбережения "снизу" полагают, что существуют возможности непосредственного и косвенного энергосбережения. Непосредственное энергосбережение складывается из возможностей снижения потерь при добыче, производстве, транспортировке, первичной переработке различных видов энергоресурсов. Косвенное энергосбережение заключается в экономии при преобразовании и использовании энергоресурсов, например – при производстве вторичных энергоресурсов (электрической и тепловой энергии из органического топлива).

Сравним следующие цифры. С учетом потерь угля при добыче, обогащении и транспортировке, общие потери угля в России составляют 27 млн т у.т., реальный потенциал непосредственного сбережения угля оценивается в 10 млн т у.т. в год. В то же время, реальный резерв сбережения энергии составляет 30-35 % от общего количества использованной энергии, поэтому потенциал реально достижимой в современных условиях экономии электроэнергии, произведенной из угля, был оценен в 15 млн т у.т., а экономии полученной от сжигания угля тепловой энергии – в 30 млн т у.т. В целом резерв косвенного сбережения угля составляет 45 млн т у.т. в год. Более высокий уровень энергосбережения будет иметь место там, где будет более активно производиться соответствующее инвестирование средств. Таким образом, значение объема возможного сбережения угля при его расчете “снизу” оказалось примерно равным значению указанного показателя при расчете “сверху” (а именно 55 млн т у.т.).

На рис. 6 представлена динамика изменения объемов использования угля при различных вариантах энергосбережения. Как видно, проведение энергосберегающих мероприятий позволяет сэкономить до 30% угля.

Рис.2. Прогнозная динамика изменения объемов использования угля при различных вариантах энергосбережения:

1 - при отсутствии энергосберегающих мероприятий;

2 - при "среднем" уровне осуществления энергосбережения;

3 - при максимальной реализации потенциала энергосбережения.

Энергоресурсы. Структура и перспективы развития топливно-энергетического баланса. Классификация форм и методов энергоиспользования. Виды применяемого оборудования (генераторы, аккумуляторы, передающие и распределительные устройства, энергоиспользующее оборудование). Основные направления рационального электро- и теплоиспользования. Потенциал энергосбережения.

Энергосбережение и экология. Общая характеристика экологического состояния окружающей среды. Оценка эффективности природоохранных мероприятий. Способы уменьшения вредных выбросов теплоэнергетических установок. Перспективные энергетические установки.

2.1. Понятие энергосбережения

Энергосбережением называют это комплекс мер, направленных на экономию всех видов энергоресурсов.

Энергосбережение по праву занимает место ключевой энергетической проблемы современности как в России, так и в других странах мира, развитых и развивающихся. В различных странах и в различных отраслях экономики эта проблема имеет свои аспекты.

Потенциал энергосбережения в России составляет 500 млн. т условного топлива в год.

2.2. Актуальность энергосбережения в России и мире

Актуальность проблемы энергосбережения обусловлена следующими факторами:

1) Старые энергоресурсы истощаются.

2) Новые виды энергоресурсов нуждаются в разработке (идеи + инвестиции + время).

3) Энергосбережение непосредственно связано с защитой окружающей среды.

Классификация форм и методов энергоиспользования.

1. Непосредственное сжигание топлива (в генераторах, двигателях внутреннего сгорания), в том числе использование газа для коммунального газоснабжения.

2. Использование электроэнергии.

3. Использование тепловой энергии (горячая вода, пар).

4. Использование воды для холодного водоснабжения.

5. Использование воздуха и продуктов его разделения.

Наиболее энергоемкими являются металлургические и некоторые виды химических процессов.

Наиболее крупными потребителями электроэнергии обычно являются:

– электропечи,

– системы отопления вентиляции и кондиционирования воздуха,

– компрессоры сжатого воздуха,

– технологические насосы,

– вакуумные насосы,

– гидравлические насосы,

– оборудование для перемешивания и нагревания жидкостей,

– системы освещения.

Основные крупные потребители топлива:

– котлы паровые и водогрейные,

– печи различного назначения,

– нагреватели жидкостей,

– отопительные системы.

Виды оборудования, применяемого в теплоэнергетике.

1) Генераторы – устройства для производства электроэнергии или для преобразования одного вида энергии в другой.

2) Аккумуляторы – устройства, позволяющие накапливать, сохранять, и при необходимости использовать различные виды энергии.

3) Передающие и распределительные устройства, в частности, электрические и тепловые сети.

4) Энергоиспользующее оборудование.

Основные направления рационального электро- и теплоиспользования.

Важнейшим направлением топливно-энергетической политики Правительства РФ на перспективу до 2005 г. является реализация мероприятий федеральной целевой программы "Энергосбережение России". В этой программе, в частности, говорится, что:

Дата добавления: 2014-12-24