Энергетика и электрогенерирующие станции

Введение

Лекции – 30 часов, лабораторные работы, кср, зачет.

Литература

1. Основы современной энергетики / Под ред. Аметистова Е. В. Т.1. Современная теплоэнергетика. М: МЭИ, 2008, 470 с.

2. Основы современной энергетики / Под ред. Аметистова Е. В. Т.2. Современная электроэнергетика. М: МЭИ, 2008, 631 с.

3. Быстрицкий Г. Ф. Основы энергетики. М.: ИНФРА-М, 2005, 277 с.

Потребление энергии является обязательным условием существования человечества.

История цивилизации – история изобретения все новых и новых методов преобразования энергии, освоения ее новых источников и, в итоге, увеличения энергопотребления.

За вторую половину ХХ столетия мировое потребление твердого топлива увеличилось в два раза, жидкого – в 8,5 раз, потребление природного газа увеличилось в 10 раз.

В современном мире энергетика является основой развития базовых отраслей промышленности, определяющих прогресс общественного производства. Во всех промышленно развитых странах темпы развития энергетики опережают темпы развития других отраслей.

Под энергетикой понимают совокупность больших естественных и искусственных подсистем, служащих для преобразования, распределения и использования энергетических ресурсов всех видов.

Цель энергетики — обеспечение производства энергии путем преобра­зования первичной (природной) энергии (например, химической энергии, содержащейся в угле) во вторичную (например, электрическую или тепло­вую энергии). Производство энергии обычно проходит несколько стадий:

-- получение и концентрация энергетических ресурсов (например, добыча, переработка и обогащение ядерного топлива);

-- передача энергетических ресурсов к преобразующим установкам (например, доставка угля на ТЭС);

-- преобразование с помощью электростанций первичной энергии во вторичную (например, химической энергии органического топлива в электрическую и тепловую энергию);

-- передача вторичной энергии потребителям (рис. 1 – схема производства и передачи электроэнергии потребителю).

Под электроэнергетикой обычно понимают подсистему энергетики, охватывающую производство электроэнергии на электростанциях и ее доставку потребителям по линиям электропередачи. Ключевым элемен­том электроэнергетики является электростанция — преобразователь какой-либо первичной энергии в электрическую. Электрическая энергия считается основой современной цивилизации. Без нее невозможна нормальная жизнь современного общества.

Основные отличительные свойства электроэнергии: может быть легко передана на большие расстояния и с малыми потерями преобразовываться в другие виды энергии (механическую – электродвигатель, световую –лампочки, тепловую – утюг и т. д.).

Электростанции при­нято классифицировать по виду используемой первичной энергии и виду применяемых преобразователей. Такая классификация представлена на рис. 2. Как и всякая классификация, она является условной.

Электроэнергетику принято делить на традиционную и нетради­ционную.

Традиционная электроэнергетика основана на использовании энергии органических топлив (теплоэнерге­тика), энергии воды (гидроэнерге­тика) и ядерного горючего (атомная энергетика). Характерные черты тра­диционной электроэнергетики — хорошая освоенность на основе дли­тельной проверки в условиях экс­плуатации (самой «молодой» атомной энергетике всего 50 лет). Основную долю электроэнергии в мире и России получают на базе традиционных элек­тростанций, единичная мощность установок которых часто превышает 1000 МВт. Самыми «молодыми» в традиционной энергетике являются парогазовые установки (ПГУ), «воз­раст» которых чуть больше 20 лет.

Нетрадиционная электроэнерге­тика в своем большинстве также основана на традиционных принци­пах, но первичной энергией в них служат либо источники местного значения (ветровые, геотермальные, солнечные электростанции, малые гидроэлектростанции, биоэнергети­ческие установки и др.), либо источ­ники, находящиеся в стадии освоения (например, топливные элементы), либо источники будущего (термо­ядерная энергетика). Характерными признаками нетрадиционной энерге­тики являются их экологическая чис­тота, существенно большие удель­ные затраты на строительство (достаточно сказать, что для солнеч­ной ТЭС мощностью 1000 МВт тре­буется собирать солнечную энергию с площади 2x2 км) и малая единич­ная мощность.

Традиционную и нетрадиционную электроэнергетику не следует срав­нивать и противопоставлять друг другу, как это часто делается в средст­вах массовой информации. Для каждой из них имеется свое место.

В традиционной энергетике в мировом масштабе в 2000 г. преобладала теплоэнергетика: на базе нефти вырабатывалось 39 % электроэнергии, угля – 27 %, газа — 24 %, т.е. 90 % электроэнергии. На АЭС вырабаты­валось 7 %, а на ГЭС — всего 3 %. Однако при этом надо иметь в виду существенные региональные отличия, вызванные в первую очередь нали­чием соответствующих ресурсов. Например, энергетика таких стран, как Польша, ЮАР, практически целиком основана на использовании угля, а Нидерландов — газа. Очень велика доля теплоэнергетики в Китае, Авст­ралии, Мексике.

В ряде стран преобладают ГЭС. В Норвегии и Бразилии вся выработка электроэнергии происходит на ГЭС. Можно привести список из несколь­ких десятков стран, где доля выработки ГЭС превышает 70 %.

По доле АЭС в выработке электроэнергии первенствует Литва и Фран­ция (около 80 %). Преобладает она в Бельгии, Республике Корея и неко­торых других странах.

Далее речь будет идти в основном о традиционной теплоэнергетике, а точнее – об ее источниках, оборудовании и проблемах, связанных с ее функционированием.

Состояние энергетики в мире и в России.

В мире продолжается экстенсивное ведение энергетического хозяйства. Традиционная энергетика базируется на сжигании углеводородного сырья.

Россия живет за счет поставок органического топлива (угля, нефти, газа) в Европу (90 % экспорта – в государства Европы).

Замечено, что самой большой опасностью является та, которую не замеча­ем. Наше общество за бурными политическими событиями, полемикой о нало­гах и пенсиях, приватизацией и банкротствами, экономическом кризисе каза­лось, забыло о том, что составляет основу всего того, что оно так остро пережи­вает и столь живо обсуждает - о национальной энергетике.

Весь цивилизованный мир вопросами энергоэффективности и внедрению энергетики ВИЗ уделяет первостепенное внимание. Так:

• в США программа повышения энергоэффективности в экономике нахо­дится под личным контролем Президента страны;

• в Чехии государство выделяет безвозмездно до 2000 $ на каждую квар­тиру для принятия мер по снижению энергопотребления;

• в большинстве стран Европы владельцы генерирующих установок мощ­ностью до 1000 кВт и освобождаются от налога на доход сроком на 5 лет.

Нет нужды приводить подобные примеры дальше - их великое множест­во. Понятно одно - во всех развитых странах принимаются конкретные меры по повышению энергоэффективности. Энергосбережение возведено в ранг госу­дарственной политики.

В энергетике существуют четыре главные цели:

• обеспечение надежной энергетической базы для устойчивого экономи­ческого роста;

• поддержание стабильного энергообеспечения, гарантирующего энерге­тическую безопасность каждого региона;

• удовлетворение потребностей населения в энергетических услугах по ценам, исключающим массовое недовольство и социальные взрывы;

• сохранение здоровой окружающей среды.

Кратко эти цели сводятся к надежности, экономичности и экологичности.

Важнейшим компонентом энергетической безопасности региона является энергетическая независимость – способность обойтись при потере или сниже­нии внешних поставок энергии собственными ресурсами.

Существующие в настоящее время варианты прогнозов развития энер­гети­ки планеты на период до середины XXI в. и более отдаленное время сви­де­тельствуют, что рост энергетики будет происходить в любом случае, не­смотря на призывы к его ограничению, причем по экспоненциальному закону. Этот процесс определяется демографическими факторами и по­вышением уровня цивилизации. Дальние прогнозы показывают, что развитие энергетики будет ограничено рядом энергетических и экологических факто­ров. Движение впе­ред сможет быть обеспечено поиском новых способов и источников получения энергии, повышения эффективности использования всех видов энергии, разви­тием энерго- и ресурсосберегающих технологий.

Кроме потерь энергии в процессе её производства и доставки потребите­лю во всем мире существуют потери, связанные с хранением стратегических запасов топлив.

Так для решения краткосрочной энергетической безопасности развитые зарубежные страны в последние два-три десятилетия создали на своих терри­ториях как минимум 90-суточные стратегические запасы сырой нефти. Раз­мещаются они в подземных хранилищах.

США стратегический запас нефти начали создавать после потрясений ми­рового нефтяного рынка в 1970-е годы и к настоящему времени довели его до 80 млн т. Это примерно 20 % годового потребления нефти страны. И стратеги­ческий нефтяной запас, и 62 подземных резервуара, в каменной соли, в кото­рых он хранится, являются федеральной собственностью США.

В Саудовской Аравии предполагают создать стратегические запасы в объ­еме 12 млн баррелей, состоящих из хранилищ бензина, дизельного и авиаци­онного топлива. Хранилища будут представлять собой защищенные подземные емкости на глубине 200 м с системой тоннелей, коммуникаций и жизнеобеспе­чения. Общая стоимость проекта оценивается в 3 млрд $.

В 2008 г. Китай и Индия заявили о планах создания стратегических запасов нефти.

В России стратегического запаса нефти нет вовсе. Незначительные храни­лища аварийного запаса моторных топлив (в основном оборонного назначе­ния), сооруженные в 60-70 гг. XX в., почти все оказались за пределами нынеш­ней её территории. В этих условиях создание стратегического запаса нефти для современной России представляется насущной необходимостью и одной из важнейших предпосылок экономической независимости и безопасности в на­ступающем столетии.

Между тем Природа одарила Россию частью крупнейшего в мире Прикас­пийского соляно-купольного бассейна (на глубинах от 300 до 1000 м в виде со­ляных куполов мощностью более 1000 м) на территории Астраханской области -важнейшего геополитического региона, интенсивного развития нефтегазодо­бычи и нефтегазопереработки, перекрестка транспортных коммуникаций юга России. Благоприятные геологические условия большинства из более 50 распо­ложенных здесь солянокупольных структур и поднятий позволяют соорудить ме­тодом подземного растворения не менее 250 подземных хранилищ, аналогич­ных по технологии сооружения и эксплуатации, подземным хранилищам США.

В процессе разработки полостей подземных резервуаров реально осуще­ствилась бы промышленное крупномасштабное производство сотен миллионов тонн технической, кормовой и пищевой соли, реальный дефицит которой в Рос­сии в последние годы вынуждает импортировать ее из Белоруссии и Украины.

Имеют место большие затраты на перевозку топлива, что приводит к значительному удорожанию электроэнергии.

На 100 км территории РФ и США приходится соответственно 3,15 и 53 км автодорог.

По данным Дорожного департамента РФ, на 0,53 млн км автодорог имеет­ся 38675 мостов, в США на 5 млн км дорог - 575000 мостов или соответственно 0,23 и 6,1 моста на 100 км² территории.

Энергоснабжение труднодоступных регионов дорого еще и потому, что потери топлива начинаются уже при его транспортировке (при заправке авто­цистерны бензином открытой струей, его потери на 1 м³ составляют 0,3-0,4 %) Перевозка топлива в бочках увеличивает его потери в 10 раз по сравнению с потерями при перевозке в автоцистернах. Велики потери бензина и при хране­нии его в резервуарах. За год даже при исправном клапане при температуре +10°С из резервуара емкостью 50 м³ испаряется до 0,4 т бензина, а при темпе­ратуре +20°С эти потери возрастают в 5 раз. Если топливный резервуар не обеспечен клапаном, то только за летний период испаряется до 4,5 т бензина. При хранении бензина происходят не только количественные потери, но и ка­чественные, так как улетучиваются наиболее легкие фракции. Это приводит к ухудшению пуска двигателя при температуре минус 10-15°С. При хранении ди­зельного топлива количественные потери незначительны, так как дизтопливо испаряется примерно в 10 раз медленнее, чем бензин. Однако при длительном хранении дизтоплива, особенно в жаркое время года, происходит окисление нестойких продуктов термической переработки нефти, вследствие чего обра­зуются органические кислоты и смолисто-асфальтовые вещества. Топливо при­обретает желтую и даже светло-коричневую окраску. Значительное наличие смолистых веществ снижает моторесурс дизельного двигателя до 40 %, увели­чивает коррозию и нагарообразование.

Дата добавления: 2014-01-03