Транспортирование, распределение и потребление энергоресурсов

Различные виды энергоресурсов неравномерно распределены по районам Земли, по странам, а также внутри стран. Места их наибольшего сосредоточения обычно не совпадают с местами потребления. Так, более половины мировых запасов нефти сосредоточено в районах Среднего и Ближнего Востока, а удельное энергопотребление в этих странах в че­тыре раза ниже среднемирового. Несовпадение мест сосредоточения и потребления энергоресурсов вызывает необходимость в транспортировке энергии.

Распределение топливных ресурсов потребителям для выработки электроэнергии на электростанциях, получения горячей воды ипара в котельных установках, непосредственного использования в промышленности и на транспорте происходит по довольно сложной схеме с возможной взаимозаменяемостью. Это распределение также сопровождается потерями энергии.

В связи с этим возникает задача оптимизации системы транспорта и распределения энергии как по элементной, территориаль­ной структурам, так и по видам энергоносителей.

Энергия может передаваться в различной форме. Например, можно транспортировать нефть и уголь от месторождений до крупных промышлен­ных центров и городов, а затем сжигать их на электростанциях, получая электрическую и тепловую энергию. Возможен и другой вариант, когда электростанция сооружается вблизи месторождений топлива, а элект­рическая энергия передастся по линиям электропередачи к удаленным промышленным предприятиям и городам. Целесообразность передачи на расстояние тех или иных носителей энергии определяется их удельной энергоемкостью и эффективностью различных методов транспорта.

Место расположения электростанций не может быть выбрано произвольно. Его определение – задача многоцелевой оптимизации и зависит от технических, экологических, социально-экономических критериев. Расположение ТЭС прежде всего зависит от размещения месторождения и энергоемкости топлива, от размещения потреби­теля, источника водоснабжения, ГЭС - от наличия гидроэнергоресурсов, возможностей создать напор, соорудить плотину, ожидаемого экологи­ческого ущерба от затопления, АЭС - от условий радиационной безо­пасности, наличия источника водоснабжения и т.д. При выборе места строительства электростанции обязательно оцениваются транспортные расходы на. Для ТЭС могут рассматриваться и сопоставляться передача электроэнергии по проводам (электронный транспорт), железнодорожный (перевозка угля, нефти) и трубопроводный транспорт топлива. Для ГЭС - только передача электроэнергии.

Транспорт нефти и нефтепродуктов. В настоящее время наиболее выгодным видом транспорта энергии является перекачка нефти и нефтепродуктов по трубопроводам. Близка к ней по экономичности перевозка нефти и продуктов се переработки на больших танкерах по морям, океанам. Именно вследствие малых затрат на транспортировку мировые цены на нефть мало зависят от места ее потребления. Как и все жидкости, нефть почти несжимаема, и поэтому расход энергии на ее перекачку определяется только необходимостью преодоления сил трения в трубопроводе, т.е. является относительно малым. Протяженные нефте- и продуктопроводы требуют затрат большого количества труб. Поэтому правильное определение их пропускной способности может дать существенный эффект экономии. Пропускная способность сильно зависит от соотношения затрат металла на трубы и энергии, иду­щей на перекачку. Важно объективно соотнести эти затраты.

Транспорт газа. Перекачка по трубопроводам природного газа стоит уже значительно дороже. Так как газ сжимаем, то вместо употребляемых на нефтепроводах насосов здесь приходится использовать компрессоры. Представляет интерес перекачка газа в сжиженном состоянии. Расход энергии на перекачку резко снижается, а диаметр трубопровода при том же количестве транспортируемого газа может быть выбран гораздо меньший. Наряду с природным газом используются и некоторые другие источники газового топлива: попутный газ нефтедобычи, коксовый и доменный газы, получаемые как побочный продукт производства кокса и чугуна, и пр. Ведутся работы по так называемой энерготехнологической переработке твердых топлив, в ряде схем которой наряду с другими продуктами получается искусственный газ.

Транспорт угля на дальние расстояния. Для этой цели используется только железнодорожный и водный транспорт. Проявляет интерес транспорт угля по трубопроводам в контейнерах и в виде пульпы, т. е. примерно 50%-ной смеси измельченного угля с водой.

Основными энергоносителями на любом современном предприятии являются электрическая и тепловая энергия.

Передача электрической энергии. Более универсальным средством транспорта энергии является электронный — электропередачи, которые включают собственно линию электропередачи (ЛЭП), повысительную и понизительную электрические подстанции.

Кроме передачи энергии они осуществляют связи между электростанциями и энергетическими системами для их параллельной работы. Такие межсистемные связи позволяют повысить надежность режимов энергосистем, сократить необходимый резерв мощности, облегчить работу энергосистемы в периоды максимальной и минимальной нагрузок.

Линии электропередачи могут быть переменного или постоянного тока, воздушными или кабельными, различного электрического напря­жения и конструктивного исполнения. Современные электропередачи сверх и ультравысокого напряжения представляют собой «электронные мосты» длиной тысячи километров, соединяющие мощные элек­тростанции, где концентрированно производится электроэнергия, с круп­ными центрами энергопотребления.

При центра­лизованной системе снабжения электроэнергия поступает из энергосис­темы по воздушным или кабельным линиям электропередачи на голов­ную подстанцию предприятия и распределяется по заводским электрическим сетям между конечными потребителями. При этом про­исходит трансформация электрической энергии с напряжения 110 кВ и выше на входе головной подстанции до 6-10 кВ в распределительных сетях на территории завода и до 0,4—0,6 кВ - в распределительных пунктах.

Однако существующие высоковольтные линии практически исчерпали заложенные в них возможности. По пути к потребителю теряется до 15-25% энергии. Одно из наиболее интересных направлений в этой области – применение эффекта сверхпроводимости (способность металлов обладать нулевым сопротивлением при температурах, близких к абсолютному нулю).

Линии электропередач напряжением 500 кВ способны передавать мощность до 1 МВт. Сейчас уже нужно иметь линии мощностью до 5 МВт. И для этого напряжение требуется повысить до 3,5 МВ (ширина зоны отчуждения возрастает с 300 м до нескольких километров); кабельные сверхпроводящие системы – снижение потерь электроэнергии, физиологической опасности и площади отчуждаемых земель.

Использование сверхпроводимости равноценно введению дополнительных мощностей электростанций. По прогнозам, сверхпроводящие линии электропередач могут уже в обозримом будущем найти применение в крупных городах, однако для этого еще предстоит решить ряд сложных научно-технических проблем.

Дата добавления: 2015-06-27