Актуальность энергосбережения, повышение эффективности использования энергии; энергосбережение и экология

Мировые запасы энергоресурсов огромны, но ограничены. Потребление энергоресурсов увеличивается и человечество может столкнуться с проблемой их недостатка для развития мировой экономики. Решение проблемы должно идти по двум направлениям:

- уменьшения удельного энергопотребления на производство продуктов;

- поиска новых энергоисточников.

В нашей стране с давних времен занижены цены на рядэнергоресурсов, что приводит к низкой эффективность энергоиспользования.

В настоящее время ситуация кардинально меняется.

С одной стороны:

Ввиду быстрого увеличения цен на энергоносители, затраты на них и в коммунальной сфере и в промышленности выросли многократно, и только в себестоимости промышленной продукции составляют от 10 до 40, а иногда и более процентов.

Тенденция к дальнейшему повышению энергозатрат в ближайшей перспективе сохранится: Однако, государственная политика в области цен на энергоресурсы заключается в том, чтобы в перспективе сравнять внутренние и мировые цены на газ (увеличатся в 7 раз), нефть и нефтепродукты, электроэнергию и уголь (увеличатся в 2...4 раза). Это неизбежно приведет к дальнейшему повышению оплаты энергоресурсов.

С другой стороны:

Положение с энергоэффективностью свидетельствует о значительных резервах экономии энергоресурсов. Учитывая это, правительство планирует при ожидаемом увеличении объема, произведенного ВВП с 2000 до 2010 года на 87 %, обеспечить рост внутреннего потребления ТЭР всего на 10 %. Такой огромный разрыв в темпах роста ВВП и потребления ТЭР предлагается покрыть снижением энергоемкости ВВП к 2010 году на 70 %.

В результате неуклонного роста издержек на энергоснабжение и мощнейшего государственного давления на потребителей ТЭР, предприятия вынуждены принимать срочные меры по повышению энергетической эффективности.

Этот же путь предстоит пройти и населению страны для снижения оплаты коммунальных услуг. Без понимания текущего состояния в фактическом, а не эмоциональном выражении невозможно принимать эффективные решения.

Сегодня система теплоснабжения жилого фонда вызовет справедливые замечания вследствие ее высоких потерь и высокой стоимости. Поэтому планируется проведение децентрализации системы теплоснабжения за счет использования кровельных котельных и индивидуальных нагревателей. Следует заметить, что такая тендеция является ошибочной и вредной с точки зрения энергосбережения. Без централизованной системы теплоснабжения практически невозможно использовать високопотенциальную составляющую теплоты сгорание топлива. С другой стороны, недостатки централизованной системы теплоснабжения можно устранить, если снизить потери тепла при транспортировании и использовании его для обогрева зданий. Реконструкция котельных в теплоцентрали, замена труб тепловых трасс на современные трубы с пенополиуритановой изоляцией, тепловая изоляция зданий, установка теплообменных пунктов и современных приборов регулирования и контроля позволит снизить в два-три раза оплату за теплоснабжение, при сохранении высокого уровня комфортности и меньших капитальных затратах. Переход на децентрализованную систему теплоснабжения требует дорогого оснащения и не выключает необходимости тепловой изоляции зданий, поэтому будет требовать не меньших капитальных и эксплуатационных затрат, но экономия средства и топлива при этом будет меньшая.
Применение труб с пенополиуритановой изоляцией позволит снизить потери тепла при его транспортировании с 20-30% до 1%, при нормативных - 8%. Современные технологии и новые теплоизоляционные материалы дают возможность уменьшить затраты тепла на обогрев зданий на 50-70%. Проведение этих мероприятий позволит использовать до 30% теплоты для выработки электроэнергии без изменения сегодняшних объемов потребления топлива, которое используется для отопления и горячего водоснабжения. За счет средств, полученных от реализации дополнительно выработанной электроэнергии, можно будет покрывать затраты на топливо, которое используют в теплоснабжении. Таким образом, после периода окупаемости затрат на реконструкцию, учитывая эксплуатационные затраты, стоимость снабжения теплоты для потребителей можно будет снизить в два-три раза.
Децентрализация системы теплоснабжение связана еще с одной проблемой - преждевременным разрушением централизованной системы. Уменьшение количества потребителей тепла от больших котельных, при децентрализации системы теплоснабжения, вызовет снижение их рабочей мощности, а затем и эффективности вследствие падения коэффициента полезного действия и увеличения эксплуатационных затрат. Все это приведет к увеличению стоимости теплоты и возрастанию бюджетных расходов на их покрытие, или - к банкротству котельных.
Правильная организация централизованной системы теплоснабжения с комбинированной системой выработки электроэнергии и теплоты, кроме экономии средств и топлива, имеет дополнительные преимущества, поскольку будет создавать возможность маневра мощностями при пиковых погрузках и в экстремальных ситуациях. Большое количество электрогенерующих установок маленьких и средних мощностей, при создании высокоэффективной системы централизованного управления, разрешит легко маневрировать их общей мощностью в зависимости от потребностей.
Переход на комбинированное производство электроэнергии и теплоты будет оказывать содействие созданию большого количества электрогенерующих установок разной мощности. Их работу необходимо будет согласовывать с работой всей энергосистемы и локальными графиками подачи тепла. Соответственно, необходимо будет организовать систему теплоснабжения. В период пиковых нагрузок на энергосистему, электрогенерующие установки ТЭЦ будут работать в режиме максимальной мощности. В этот период будет максимальное выделение теплоты, которую следует использовать для нагревания воды и выработки пара. При спаде нагрузки в энергосистеме, мощность электрогенерующих установок можно будет снижать, а при использовании блочных установок, часть их отключать. Снижение количества выделения теплоты, будет компенсироваться ранее накопленной теплотой, а также использованием избыточной электроэнергии. В этом случае количество необходимой теплоты будет меньшее, поскольку она будет использоваться для поддержания температуры прежде выработанного пара и нагретой воды.

Для повышения эффективности работы ТЭЦ с учетом неравномерности нагрузка энергосистемы и потребления теплоты можно применить тепловые насосы. Это разрешило бы вырабатывать дополнительную теплоту.

Для решения проблемы эффективности использования энергоустановок с учетом неравномерности нагрузка энергосистемы, которая связана с отсутствием компенсирующих мощностей, можно создать централизованные котельные с тепловыми насосами. В период излишка электроэнергии ее можно потреблять для изготовления и накопления тепла с низкопотенциальных источников теплоты. Использование электроэнергии таким образом повышает эффективность в среднем в три-четыре раза (на 1кВт*час электроэнергии можно получить 3-4 кВт*час низкопотенциальной теплоты). Цикл тепловых насосов, как и теплофикационный цикл, дает возможность эффективно использовать високопотенциальную составляющую теплоты сгорания топлива, но с другим принципом работы.
В Швеции теплонасосные станции (котельные) начали строить еще в 80-х годах. Мощнейшая из них (320 МВт) была построена в 1986 году для теплоснабжения Стокгольма. Источник низкопотенциальной теплоты - морская вода [6]. В Англии создан исследовательский образец парокомпрессионного теплового насоса с приводом от двигателя внутреннего сгорания для утилизации теплоты сточных вод[7]. При потреблении 1кВт*час теплоты сгорания природного газа эта теплонасосная установка дает до 1.5 кВт*час низкопотенциальной теплоты.
Еще один способ эффективного использования високопотенцийноїй составляющей теплоты сгорания топлива - это топливные элементы. Такая технология разрешает получать из природного газа электроэнергию и теплоту с высоким к.п.д. При этом отпадает необходимость в сложном оборудовании, значительно уменьшается количество вредных выбросов. Малые габариты генерующих мощностей позволяют размещать их в любом месте в непосредственной близости к потребителям. За этим способом получения электроэнергии и теплоты будущее мировой энергетики. Вместе с тем, сегодня в мире уже работает 144 производственно-экспериментальных установок на топливных элементах. Фирма ONCI (США) поставляет на рынок коммерческие блоки РС25АО, ЗС25СТ электрической и тепловой мощностью 200 квт, (к.п.д. 40%) и 220 квт (45%), соответственно.

Реализация программы на перестройку развития топливно-энергетического комплекса будет иметь значительное влияние на экономику страны и даст толчок развитию производства. Следует также помнить о значительном снижении техногенного влияния на окружающую среду за счет сокращения мощностей конденсационных электростанций. Но всё это невозможное без значительных инвестиций.
Для повышения эффективности использования энергоресурсов большое значение имеет использования парогазовых циклов. Это ещё в большей степени позволяет эффективно использовать высокопотенциальную энергию, получаемую при сжигании топлива. Парогазовые установки позволяют существенно повысить коэффициент полезного действия установок, вырабатывающих электроэнергию. КПД парогазовых установок может достигать 58%, против 40 с небольшим процентов обычных конденсационных станций.

Использование парогазовых циклов позволяет повысить эффективность работающих морально устаревших тепловых электростанций. Повышение КПД ТЭС достигается надстройкой газового цикла. Отработавшие газы газовой турбины направляются в котел утилизатор, который может использоваться для подогрева питательной воды, выработки энергетического пара для паровых турбин.

В настоящее время наибольший интерес, при исследованиях, проектировании и строительстве, представляют следующие типы парогазовых установок:

· Бинарные ПГУ;

· ПГУ с подогревом питательной воды уходящими газами ГТУ в газо-водяном подогревателе (ПГУ с ГВП);

· ПГУ со сбросом уходящих газов в котельный агрегат (КА);

· ПГУ с впрыском пара;

· ПГУ с частичным окислением природного газа;

· ПГУ на твердом топливе.

Бинарные ПГУ.

Наибольшее распространение получают бинарные ПГУ. Их важным преимуществом считается высокая маневренность, обусловленная в первую очередь способностью ГТУ к быстрому пуску, отсутствием сжигания топлива в котле паросиловой установки, умеренными начальными параметрами перед паровой турбиной, отсутствием системы регенерации в паротурбинной установке. Котлы-утилизаторы, применяемые в схемах бинарных ПГУ, изготавливаются 1-ого, 2-х, 3-х давлений, как с промежуточным перегревом пара, так и без него.

Бинарные ПГУ изготавливаются как по схеме моноблока: одна ГТУ, один котел-утилизатор и одна паровая турбина, так и по схеме дубль-блока: две ГТУ, два котла-утилизатора и одна паровая турбина. По последней схеме в России сооружаются Северо-Западная ТЭЦ в г. Санкт-Петербурге и Калининградская ТЭЦ-2 – так называемые демонстрационные объекты.

На ТЭЦ предусматривается установка 4-х парогазовых энергоблоков ПГУ- 450Т. В состав каждого блока входят 2 ГТУ типа V94.2 фирмы Siemens мощностью 150 МВт, 2 котла-утилизатора П-90 ЗИО-CMI, теплофикационная турбоустановка ЛМЗ 150 МВт, 3-х ступенчатая теплофикационная установка ЛМЗ. При работе на природном газе выбросы NO_x составят » 40 мг/м³ [47, 48, 49, 53, 75, 81, 90, 102, 103, 123]. В Калининградской области планируется сооружение ТЭЦ-2 электрической мощностью 900 МВт и тепловой - 790 ГВт с 2-мя энергоблоками ПГУ-450. Тепловая схема энергоблока ПГУ-450 включает в себя 2 ГТУ типа V-94.2 с турбогенераторами ТФГ-160-2УЗ, два котла-утилизатора П-96, одну теплофикационную паровую турбину Т-150-7,7, построенную по принципу дубль-блока. В отличие от Северо-Западной ТЭЦ Ленэнерго в схеме ТЭЦ-2 не предусмотрены БОУ (блочно-обессоливающее устройство) и встроенный пучок в конденсаторе ПТУ, охлаждение конденсата бойлеров осуществляется в отдельном охладителе.

Лекция №2