Транспортировка газа 1 страница

С технической точки зрения аналогична перекачке нефти по трубопроводам. В мировых масштабах 60% газа передается по газопроводам. 40% транспортируется в сжиженном состоянии по газопроводам на короткие расстояния или с помощью танкеров, оборудованных рефрижераторами.

Технические сложности связаны с необходимостью предварительной очистки газа от твердых и жидких примесей и обеспечения на компрессорных станциях высокого давления 50-100 атмосфер. Связан с обнаружением утечек газа на магистрали, а также создания труб большого диаметра, высокой прочности и герметичности, способной работать при 50-60°С окружающей среды и в районах вечной мерзлоты трудность прокладки.

Преимущества перекачки газа в сжиженном состоянии заключается в значительном увеличении плотности потока, а, следовательно, в росте пропускной способности магистрали в 4-5 раз. Однако, для сжижения газа требуются рефрижераторные установки, что приводит в росту стоимости передачи энергоносителя. Аналогичная проблема возникает в случае использования специальных танкеров. Несмотря на это, количество транспорта газа в сжиженном состоянии неуклонно повышается.

Транспорт угля.

Осуществляется в основном по железной дороге. Стоимость перевозки определяется техническим оснащением ж/д, грузоподъемностью и механизированностью вагонов. Перевозка угля, содержащего влагу, оказывается не эффективной и чаще всего его сжигают в месте добычи на ТЭС с последующей передачей электрической энергии по ЛЭП. Транспортировку угля на большие расстояния производят по пульпопроводам. Пульпа – смесь мелких частичек угля с водой. Эффективность передачи по пульпопроводам зависит от диаметра и прочности труб.

Передача тепловой энергии.

Передача тепловой энергии в виде воды и пара эффективно осуществляется на небольшие расстояния, т. к. происходят потери тепловой энергии через стенки труб. Причем, чем больше разность температур, тем эффективность передачи меньше. В качестве источников тепла в крупных городах выступает ТЭЦ и районная котельная. Тепло передается по тепловым путям: магистральным трубопроводом диаметром до 1200-1400 мм при мощности 800-1000 Гкалч, местным тепловым сетям диаметром 300 мм.

ТЭЦ ТП

Магистральный трубопровод

ТП ДОМ

Местный трубопровод

ТП – тепловой пункт

Независимый теплообменник.

ГВ ГВ – горячая вода

ХВ – холодная вода

СП – сетевой подогреватель

ПМ – подающая магистраль

ПМ ОМ – обратная магистраль

СП

ОМ

ХВ

Передача электроэнергии начала развиваться с 80-х годов 19 в. Развитие передачи электроэнергии шло по пути увеличения мощности и расстояния передач, что что потребовало увеличения напряжения ЛЭП., составляющая на сегодня 1200кВ и рассматриваются проекты 1800-2500 кВ.

В ряде случаев сооружение воздушных ЛЭП невозможно по экономическим, архитектурным причинам. Поэтому в городе проводят кабели под землей. При этом пропускная способность при одном и том же сечении жил значительно меньше. Нагрузочная способность кабельной линии в общем случае меньше, чем воздушной. Встает задача увеличения пропускной способности кабелей, для чего:

1) используется принудительное охлаждение водой или маслом(кабельные линии с форсированным охлаждением)

2) применение в качестве изоляции сжатого газа(газоизолированный кабель)

3) применение сверхчистых и сверхпроводимых материалов и их охлаждение до низких температур (креогенные линии)

Без проводная передача на Землю больших количеств энергии из космического пространства от источника электромагнитного излучения сверхвысокой частоты 2000-3000 МГц, рассматривается как одна из идей, далекой от технической реализации. Препятствием является высокая стоимость и достаточно низкая эффективность.

Проблемы преобразования энергии.

Проблемы преобразования энергии можно рассматривать в 2-х аспектах:

1. Преобразование одного вида в другой

2. Преобразование одного и того же вида с изменением его параметров

Любое из этих преобразований реализуется в технических (установках), спектр которых очень высок. Важно, что потребителю нужна энергия определенных параметров. Если говорить о тепловой энергии, ими являются температура и давление теплоносителя. Для механической энергии, развивается двигателем мощность и скорость движения.

Любое техническое устройство выполняет роль преобразователя, характеризующегося определенным КПД. Результирующий КПД всей установки является произведением отдельных звеньев, включая элементы по транспортировке.

Пг г

Пт _тэп ПиТ П

_{т г т1 т2}

_пг

Ясно, что, чем больше число трансформаторов, тем ниже результирующий КПД; поэтому ученые ведут разработки методов превращения одного вида в другой без промежуточных стадий.

Большинство таких разработок ориентировано на прямое получение электрической энергии из других видов, т. к. энергия – универсальный вид с позиций последующего преобразования.

Больших успехов в прямом преобразовании нет. У термо-, фото-, термоэмиссионных генераторов КПД в пределах 10-15%. Большие надежды возлагались на МГД-генераторы, принцип которых основан на получении электроэнергии за счет движения в магнитном поле нагретого ионизирующего газа при температуре 2000-3000°С и большой скорости. В сочетании с газотурбинной установкой, использующей остаточную энергию отработанного в МГД-генераторе газа. Результирующий КПД оценивался в 50-55%, в то время, как КПД традиционной ПТУ – не более 40%. Однако экспериментальные установки в США и СССР выявили ряд сложных технических проблем, которые не позволяют ориентироваться на широкое использование МГД-генераторов. Т.О. на сегодня не просматривается путей повышения эффективности установок, осуществляющих превращение одного вида энергии в другой.

Проблемы аккумулирования энергии.

Процессы получения, преобразования, транспорта и потребление неразрывны во времени. Существует проблема активирования “полезных видов” энергии. Целесообразность таких накопителей энергии обусловлена тем, что в течение суток, недели, месяца потребность в энергии изменяется в широких пределах (ночной минимум, утренний и вечерний максимум). В то же время дня большинство установок, вырабатывающих энергию, предпочтительнее режим работы с неизменной нагрузкой. Противоречия между потребителями и производителями может быть ликвидировано при включении в рассмотренную цепочку аккумуляторов, заряд которых может осуществляться в часы минимума, а разряд – в периоды максимума (пиковой потребности в энергии). Т. о. Создание накопителей является не самоцелью, а средством повышения эффективности энергоснабжения. Наиболее основанным является гидроаккумулирование электрических станций, начало сооружения которых относится к концу 19 в. Воздушно-компрессионный способ был запатентован в 1949 г. Однако, первая промышленная установка была построена лишь через 30 лет в ФРГ. В режиме накопления воздух с помощью компрессора нагнетается на газотурбинную установку. Тепловые накопители основаны на аккумулировании пара и горячей воды. Применяется в огромных масштабах в системах собственного теплоснабжения в сочетании с генерированием электрической энергии.

ТЭЦ БН

ПМ

СП ГВ ОМ ХВ БН – блок-накопитель

ПМ – прямая магистраль

ОМ – обратная магистраль

СП – сетевой подогреватель

Ведутся исследования в области создания сверхпроводимых индуктивных накопителей (СПИН) на базе развития техники сверхпроводимых материалов и получения пониженных температур. Сооружение экспериментальных установок такого типа подтвердила возможность технической реализации промышленных накопителей такого типа. Однако на сегодняшний день из-за высоких цен на криогенную технологию, широкое применение СПИНов экономически невыгодно.

Эффективность использования энергоресурсов.

Энергообеспеченность зависит не только от эффективности их использования. Для разных источников энергии эффективность различна. Количественно она характеризуется коэффициентом эффективности использования энергии.

, где

Еп – количество энергии, превращенной в форму, в которой она используется;

Ер – количество потребляемой энергии 1-го источника

Если энергия превращается в механическую или электрическую, коэффициент эффективности носит название КПД. В процессе использования техники идет увеличение . В 1952 году в мире около 33,3%, в 1975 – 37%, в 2000 – 40;. Низкая эффективность обусловлена понижением тепловой экономичности многих технологических процессов в энергоемких отраслях промышленности и малым превращения тепловой энергии в механическую. На тепловых станциях, использующих органическое топливо, энергетическую эффективность определяют не только с помощью КПД, но и более наглядным показателем - удельным расходом услловного топлива на выработку единицы электроэнергии. Поскольку 1 кВтч = 3600 кДж, а 1 кг у.т. = 29300 кВт, то при полном отсутствии потерь на выработку 1 кВтч потребовалось бы 0,123 кг у.т. В реальных условиях из-за потерь расход топлива на ТЭС составляет 315-350 гут/кВтч.

Экологический аспект развития энергетики.

Получение полезных видов энергии не проходит бесследно для природы и человека. Для энергетического производства характерны 6 видов воздействия на окружающую среду:

1. тепловое, связанное с выделением тепла в энергетических процессах

2. механическая, связанная с выбросом твердых частиц в воздух и удалением продуктов сгорания (золы)

3. химическое, связанное с накоплением углекислого газа в атмосфере и расходом кислорода в процессе сжигания

4. радиоактивное, при аварии на атомных станциях, транспортировки и захоронением ядерных отходов

5. электромагнитное, связанное с использованием в энергетике установок большой мощности и больших токов

6. географическое, связанное с изъятием из землепользования больших территорий при сооружении энергетических объектов (ГЭС, АЭС).

В этом перечне теплового загрязнения окружающая среда не случайно оказалась на первом месте. При преобразовании энергии в окружающую среду попадает большое количество тепла; подсчитано, что если количество этой бросовой энергии (тепла) достигнет 5% от энергии Солнца, поступающего на Землю, то могут произойти необратимые процессы и изменение теплового баланса и климата на Земле, это приведет повышение температуры на 3,5°С. В результате могут возникнуть условия, при которых может возникнуть интенсивное таяние ледников в Антарктиде. Тепловые и атомные электростанции требуют для своей работы большого количества воды. В результате вода, проходя через теплообменники (конденсаторы), нагревается, а затем сбрасывается в водоем. При этом происходит тепловое загрязнение, отрицательно влияющее на флору и фауну. Любые установки, использующие процессы сжигания органического топлива, выбрасывают в атмосферу частицы серы, окиси азота с дымовыми газами, окись углерода, твердые частицы (SO₂, SO₃, NO_x, CO, CO₂). Ориентировочные оценки показывают, что в мире ежегодно выбрасывается в атмосферу около 200 млн. тонн двуокиси серы, 400 млн. тонн окиси углерода, 60 млн. тонн окиси азота и 90 млн. тонн золы. Отходами в процессе сжигания угля является зола, удаленная из топок на золоотвалы. Для борьбы с загрязнением атмосферного воздуха на таких предприятиях устанавливаются различные фильтры и золоуловители. В любом случае основная задача фильтров – уменьшить выбросы в атмосферу до предельно допустимых концентраций (ПДК) и предельно допустимых выбросов (ПДВ).

На долю промышленных установок приходится около 40% выбросов вредных веществ и 60% на долю автомобильного транспорта.

К числу отрицательных механических воздействий энергоустановок на организм человека относится вибрация, создаваемая вращающимися механизмами, электродвигателями, генераторами, а также аккустический шум, который создается выше указанными машинами, а также мощными трансформаторами и линиями электропередач. Как известно, атмосфера выполняет функции защитного покрова, предохраняющего Землю от чрезмерного остывания или нагревания. Наличие в атмосфере углекислого газа и водяных паров оказывает сильное влияние на тепловой баланс Земли. Содержание углекислого газа в атмосфере оценивается в 0,03%. За последнее столетие содержание СО₂ повысилось на 15%. По оценкам ученых, к 2020 году это увеличение составит 50%. Это связано со сжиганием органического топлива на автотранспорте, на электрических станциях и в промышленности. Увеличение СО₂ связано также с интенсивной вырубкой лесов и загрязнением нефтепродуктами океана. Последствия увеличения СО₂ в атмосфере приводят к парниковому эффекту, т. е. удержанию тепла у поверхности Земли. Количество кислорода, которое ежегодно исчезает в процессах горения по некоторым оценкам достигает более 10 млн. тонн. Сегодня это практически не оказывает влияния на изменение состава атмосферного воздуха, где доля кислорода чуть больше 20%.

К числу химических воздействий необходимо отнести и попадание в воду и почву нефтепродуктов. Тонна нефти покрывает поверхность воды пленкой площадью 12 км².

Последствия радиоактивного загрязнения больших территорий сказывается на человеке, животном и растительном мире столетиями (Чернобыль, 1986г., Херосима и Нагосаки, 1945 г.).

В США на 1985 г. было зарегистрировано 350 аварий при перевозке радиоактивных материалов. 198 из них закончились радиоактивным загрязнением окружающей среды. Существует большая проблема захоронения радиоактивных отходов, а так же элементов конструкции АЭС, демонтированных после окончания сроков эксплуатации 30-40 лет. Первоначальное предложение о захоронении радиоактивных отходов на дне морей были признаны неприемлемыми и современная практика использует для этих целей специальные подземные резервуары и хранилища. Однако их нельзя рассматривать как абсолютно надежные.

Электромагнитное влияние установок высокого напряжения на человека, животных и растительность, ограничивается до допустимых уровней путем защитных экранов и соответствующих расстояний. Т. о. с этим загрязнением можно успешно бороться.

Плохо обстоят дела с геофизическим воздействием. При сооружении гидро- электростанций, особенно на равнинной территории, затоплению подвергается большое количество земель. Большие площади занимают атомные и тепловые станции вместе с прудами-охладителями и топливными складами.

В США воздушные линии электропередач занимают площадь, равную площади Бельгии, Голландии и Дании вместе взятых.

Вырубка просек в лесных массивах наносит большой вред лесному хозяйству. С целью сокращения ширины трассы ЛЭП разрабатываются новые оригинальные конструкции опор, однако при этом увеличивается их высота. Достижение экологического равновесия является проблемой международного масштаба. Решение этих проблем требует от человека большого напряжения и огромных материальных затрат.

Социально-экономические аспекты.

Развитие общества неразрывно связано с уровнем развития промышленности, бытовыми условиями и развитием культуры. Все это зависит от развития энергетики, от уровня использования электроэнергии.

Для большинства развитых стран в 1950-70 гг. соотношение роста валового внутреннего продукта и выработки электрической энергии, определялось как 1:1.

ΔВВП ($)

ΔВВП

ΔЭ

1950 1960 1970 год

Однако удвоение ВВП в современных условиях отнюдь не означает удвоение национального дохода, поскольку удвоение добычи энергоресурсов обходится обществу все дороже и дороже, т. к. добыча единицы условного топлива требует больше затрат. Абсолютным выражением энергоемкость ВВП в развитых странах существенно различается.