Обзор информационных источников и обоснование актуальности темы

Поможем в ✍️ написании учебной работы

Имя

Поможем с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой

Нажимая кнопку "Продолжить", я принимаю политику конфиденциальности

Введение

В настоящий момент в мире очень остро стоит проблема нехватки органического топлива и различные мнения на эту тему можно сейчас встретить не только в специализированных изданиях. Вот, например, одно из них.

Из статьи "Термоядерный подарок Путину" [10]:

"В 1968 году группа ученых под руководством итальянца Аурелио Печчеи собралась в старейшей из мировых академий - римской Academia dei Lincei. Они заявили о создании организации, получившей название Римского клуба. Цель клуба - изучение причин и поиск решения проблем планетарного масштаба. Клуб действует до сих пор. В его состав входят помимо ученых богатейшие люди планеты, а также представители ведущих держав мира. Естественно, с самого начала от СССР в этот клуб входили товарищи из ЦК КПСС, а ныне - господа от властных структур России. На одном из заседаний Римского клуба в 70-х годах прозвучал доклад, подготовленный учеными Э. фон Вайнцзеккером, А. и Х. Ловинс и названный весьма замысловато: "Фактор 4: в два раза больше богатства из половины ресурсов". Впервые открыто опубликованный в Германии лишь в сентябре 1995 года, впоследствии переведенный на десять языков (русского в этом списке нет), он произвел эффект разорвавшейся бомбы. Суть его сводится к констатации грустного факта: находящихся на планете источников энергии - угля, газа, нефти и урана - хватит до 2030 года.

Вы спросите как так, ведь запасов угля на Земле на сотни лет?! Так ведь добывают в первую очередь те его пласты, которые залегают неглубоко. И с каждым годом шахты становятся всё глубже, а расходы на добычу - всё выше. Когда расходы уравниваются со стоимостью электроэнергии, получаемой на электростанциях при сжигании угля, шахты становятся нерентабельными и их закрывают. Глупо вкладывать в дело доллар, чтобы на выходе иметь 99 центов...

Атомная энергетика не оправдала надежд. Как выяснилось, урана-235, служащего топливом для атомных электростанций, в природе не так уж и много: всего в мире 5% от общего количества химического топлива.2% из них приходится на Россию. Поэтому АЭС могут использоваться только во вспомогательных целях.

Надеяться остается только на нефть и газ. Доклад сей впервые увидел свет в 1972 г. Ведущие экспортеры нефти (включая СССР) решили ограничить добычу черного золота, чтобы планета могла протянуть подольше. Цены на нефть, естественно, взлетели. И это явилось источником нынешнего благосостояния арабских стран и экономической подпоркой брежневской эпохи застоя. Застой и последовавшая за ним перестройка кончились тогда, когда СССР (а потом и Россия) потерял контроль за добычей и распределением арабской нефти. Достаточно вспомнить натовскую "Бурю в пустыне", что отрезала мир от иракской нефти и распростерла американский военный "зонтик" над другими странами Персидского залива. России тогда оставалось продавать свои запасы топливного сырья, в то время как США уже давно законсервировали нефтяные скважины на своей территории. Мир развивался (и развивается по сей день) в полном соответствии с расчетами Римского клуба, где говорится о наступлении эпохи "энергетических войн". Чтобы выжить, цивилизации придется пойти на "сокращение биоты" - всего живого, включающего в себя и человечество. Оставшиеся составят 10% населения и смогут поддерживать высокий уровень жизни за счет возобновляемых источников энергии и совершенствования высоких технологий. Остальные - просто балласт. Бред высоколобых? Но почему все это уже происходит в наиболее населенных странах, наиболее обедневших и потенциально богатых энергоресурсами - России в том числе? Несмотря на то, что 40% мировых запасов угля находится в нашей стране... Сейчас часть перспективных месторождений сознательно консервируется. Надо экономить энергоресурсы для будущего. Как пример - консервация воркутинского месторождения. Его залили водой, чтобы не тратиться на постоянную замену крепежа, - воду же можно откачать с использованием технологий, которые возникнут в будущем. Сам высококачественный уголь будет предназначаться для "лучших людей", что придут на смену вымершим аборигенам.

О "конце света" до 2030 года через отечественную прессу предупреждал в 1996-м министр экологии России Данилов-Данильян. Видимо, министр ознакомился с грустными перспективами для России в юбилейной книге Римского клуба, вышедшей к 20-летию его основания и переведенной на русский язык. Но его "Не могу молчать!" осталось гласом вопиющего в пустыне.

А на данный момент потребление энергоносителей в развитых странах все больше и больше возрастает. На первом месте здесь стоят США. Россия, хотя и претерпевает промышленный кризис, снизивший затраты энергии, тем не менее теряет свои энергоносители с бешеным ускорением, и прежде всего за счет экспорта…"

Вот так. Может быть, авторы статьи слишком преувеличили масштабы данной проблемы, но доля правды во всем этом несомненно есть. С каждым годом запасы органического топлива на земле становятся все меньше, а потребность в электроэнергии и тепле неуклонно возрастает. Большинство развитых стран, чье энергопотребление достаточно высоко, стремится к вводу энергосберегающих технологий, но это сможет только отсрочить кризис на небольшое время. А электроэнергия и тепло в своем большинстве так и продолжает вырабатываться с помощью старых, неэкономичных, экологически небезопасных, но испытанных методов.

Экономическая часть

Сравним экономический эффект котельной при ее реконструкции с установкой теплогенераторов фирмы Юсмар и при условии, что будут устанавливаться водогрейные котлы типа ТГ-120 (Гейзер-01), режимная карта которого приведена в таблице 3.

Таблица 3 - Режимная карта на водогрейный котел типа ТГ-120

Наименование параметров	Тепловые нагрузки,%
Наименование параметров	40	83
Производительность, ГДж/час	0,172	0,343
Давление воды на котле, МПа	0,14	0,155
Давление воды до котла, МПа	0,17	0, 19
Низшая теплота сгорания газа, кДж/м³	33513	33513
Число газовых горелок, шт	1	1
Давление газа перед котлом, МПа	20	16
Разрежение за котлом, мм в. ст.	0,5	1,5
Температура уходящих газов, °С	95	145
Состав уходящих газов,%: СО₂ О₂	4,4 13,2	4,4 13,2
Расход газа на котел, м³/час	5,7	11,8
Коэффициент избытка воздуха	2,51	2,51
Потери тепла,%: с уходящими газами в окружающую среду	6,60 2,5	10,98 2,7
КПД	90,90	86,32
Удельный расход топлива, м³/ГДж	139,0	143,9
Удельный расход условного топлива, кг/ГДж	159,0	164,5

Определение себестоимости вырабатываемого тепла находится по выражению:

(5.1)

где ΣЭ - годовые эксплуатационные затраты в руб.;

Qгод - годовой отпуск тепла в ГДж.

Годовой отпуск тепла подсчитывают по формуле:

(5.2)

где Q = 0,66ГДж/час - производительность котельной в час;

m = 220 - количество дней отопительного периода;

t_в = +18˚С - внутренняя температура в помещении;

t_ср = - 2,6˚С - наружная средняя температура отопительного периода;

t_но = - 27˚С - наружная температура для проектирования системы теплоснабжения;

Годовые эксплуатационные затраты определяют по уравнению:

ΣЭ=Этоп+Ээл. эн. +Эвод+Эзар+Эамор+Этек. рем. +Эобщ. расх., руб/год (5.3)

где: Этоп - затраты на топливо;

Ээл эн - затраты на электроэнергию;

Эвод - затраты на используемую воду;

Эзар - затраты на заработную плату;

Эамор - амортизационные отчисления;

Этек. рем - затраты на текущий ремонт;

Эобщ. расх - затраты общекотельные и прочие расходы.

Определим затраты на эксплуатацию котлов ТГ-120.

1 затраты на топливо:

Этоп = kпот · B · hгод · Стоп, руб/год (5.4)

где kпот = 1,055 - коэффициент, учитывающий складские, транспортные и прочие потери; В = 11,8 м³/ч - часовой расход топлива на один котел при максимальной нагрузке; n =2 - количество установленных котлов (без резервных); hгод - число часов использования установленной мощности котельной в год: hгод = 24 · т_от +24 · т_{г. в.}= 8760часов, где т_от - количество дней отопительного периода; т_{г. в. -}количество дней летнего периода;

Стоп = 49коп/м³ - стоимость газа;

Этоп = 1,055 · (11,8 · 2 · 220 + 11,8 · 145) · 24 · 0,49 = 85644 руб/год, (5.5)

2 затраты на потребляемую электроэнергию:

Ээл. эн = N · hгод · Сэл. эн. руб/год, (5.6)

где N - установленная мощность электродвигателей в кВт:

N_от = 5,5кВт - мощность электродвигателя насоса системы отопления,

N_{г. в.}= 4,5кВт - мощность электродвигателя насоса системы горячего водоснабжения;

hгод - число часов использования установленной мощности котельной в год:

h_от = 220 часов,

h_{г. в.}= 365 часов;

Сэл. эн =0,72 руб/кВт·ч - стоимость электроэнергии за 1 кВт · ч потребляемой мощности;

Ээл. эн. = 24· (220· (5,5+4,5) +145·4,5) ·0,72 = 49291 руб/год. (5.7)

3 затраты на используемую воду:

Эвод = Dмакс · hгод · Свод, (5.8)

где Gмакс = 2/3 · G_{г. в.}·= 2/3 · 3,34 = 2,23 м³/час - максимальный часовой расход добавочной воды;

Свод = 7,61 руб/м³ - стоимость 1м³ добавочной воды;

Эвод = 24 · 365 · 2,23 · 7,61 = 148660 руб/год. (5.9)

4 затраты на заработную плату:

Так как котлы ТГ-120 полностью автоматизированы, в обслуживающем персонале нет необходимости. Достаточно того, чтобы система управления и сигнализации котлов была выведена на диспетчерский пульт МУП "Теплоэнерго".

Эзар = 0 руб/год.

5 затраты на амортизационные отчисления:

Эамор = Р1 · Сстр + Р2 · Соб, руб/год, (5.10)

где P1 = 0,032 - процентные отчисления от стоимости общестроительных работ;

Сстр = 0 - сметная стоимость общестроительных работ в руб;

P2 = 0,082 - процентные отчисления от стоимости оборудования с монтажом;

Соб = С_ТГ-120 + С_монт = 2 · 64000 + 20000 =148000 руб –

сметная стоимость оборудования и его монтажа;

Эамор = 0,032 · 0 + 0,082 · 148000 = 12136 руб/год. (5.11)

6 затраты на текущий ремонт принимают в размере 20 - 30% затрат на амортизацию и, следовательно, подсчитывают по выражению:

Этек. рем = (0,2 ÷ 0,3) Эамор = 0,25 · 12136 = 3034 руб/год. (5.12)

7 затраты на общекотельные и прочие расходы принимают в размере 30% суммы амортизационных отчислений, годового фонда зарплаты и затрат на текущий ремонт, т.е.

Эобщ. расх = 0,3 (Эамор + Этек. рем + Эзар) = 0,3 · (12136+3034) = = 4551 руб/год. (5.13)

Таким образом, годовые затраты на эксплуатацию котлов ТГ-120 составят:

ΣЭ = 85644 + 49291 + 148660 + 12136 + 3034 + 4551 = 303316 руб/год, (5.14)

а себестоимость 1 ГДж тепла будет равна:

(5.15)

Рассчитаем затраты на эксплуатацию теплогенераторов "Юсмар-1М".

1 затраты на топливо:

Этоп = 0.

2 затраты на потребляемую электроэнергию:

Ээл. эн = N · hгод · Сэл. эн. = ( (5,5+2·2,8+4,5) ·220+ (2,8+4,5) ·145) ·24·0,72 = = 77596 руб/год, (5.16)

3 затраты на используемую воду:

Эвод = Dмакс · hгод · Свод = 2,23 · 365 · 7,61 = 148660 руб/год. (5.17)

4 затраты на заработную плату:

Так как теплогенераторы "Юсмар-1М", как и котлы ТГ-120 полностью автоматизированы, в обслуживающем персонале нет необходимости. Достаточно того, чтобы система управления и сигнализации теплогенераторов была выведена на диспетчерский пульт МУП "Теплоэнерго".

Эзар = 0 руб/год.

5 затраты на амортизационные отчисления:

Эамор = Р1 · Сстр + Р2 · Соб, руб/год =, (5.18)

где P1 = 0,032 - процентные отчисления от стоимости общестроительных работ; Сстр = 0 - сметная стоимость общестроительных работ в руб; P2 = 0,082 - процентные отчисления от стоимости оборудования с монтажом;

Соб = С_{Юсмар-1М} + С_монт = 2 · 39000 + 20000 =98000 руб –

сметная стоимость теплогенератора "Юсмар-1М" и его монтажа;

Эамор = 0,032 · 0 + 0,082 · 98000 = 8036 руб/год. (5.19)

Этек. рем = (0,2 ÷ 0,3) Эамор = 0,25 · 8036 = 2009 руб/год. (5.20)

Эобщ. расх = 0,3 (Эамор + Этек. рем + Эзар) = 0,3 · (8036 + 2009) = = 3014 руб/год. (5.21)

Таким образом, годовые затраты на эксплуатацию теплогенераторов "Юсмар-1М" составят:

ΣЭ = 77596 + 148660 + 8036 + 2009 + 3014 = 239315 руб/год, (5.22)

а себестоимость 1 ГДж тепла будет равна:

(5.23)

Таким образом, себестоимость вырабатываемого 1 ГДж тепла на котельной с теплогенераторами фирмы Юсмар (159 руб/ГДж) на 21,3% меньше себестоимости тепла, выработанного на котельной, где установлены котлы ТГ-120 (202 руб/ГДж).

Экономический эффект котельной с установками "Юсмар-1М" составляет:

Э = (202 - 159) • 1501 = 64543 руб/год. (5.24)

Экология

При сжигании топлива входящие в его состав горючие элементы соединяются с кислородом воздуха. При этом происходит преобразование химической энергии топлива в тепловую, идущую на нагрев продуктов сгорания топлива.

Природный газ, сухое беззольное высокоценное топливо, имеет следующий состав, считая по объему:

метан СН₄ от 85 до 98,3%;

тяжелые углеводороды С_nH_m от 2 до 6%;

двуокись углерода СО₂ от 0,1 до 1,0%;

азот N₂ от 1 до 5%.

Теплота сгорания сухого природного газа колеблется в пределах от 30,6 до 36,9 МДж/м³.

Продуктами полного сгорания топлива является двуокись углерода СО₂, сернистый газ SО₂ и водяные пары Н₂О. Кроме того, компонентами продуктов сгорания топлива являются азот N₂, содержавшийся в топливе и атмосферном воздухе, и избыточный кислород О₂, который содержится в продуктах сгорания топлива, потому что процесс горения протекает не идеально и связан с необходимостью подачи большего, чем теоретически необходимо, количества воздуха.

В котельной №48 в настоящее время тепло получают путем сжигания газообразного топлива.

Согласно режимным картам на водогрейные котлы типа "Универсал-6", установленных на котельной, состав уходящих газов следующий: СО₂ - 9,8%; О₂ - 3,6%; СО - отсутствует. Для того, чтобы определить количество выбросов оксидов азота, произведем следующий расчет. Суммарное количество оксидов азота NO_x в пересчете на NO₂ (в г/с), выбрасываемых в атмосферу с дымовыми газами, рассчитывается по формуле:

М_NOx = B_p · Q^г_i · К^г_NO2· β_к· β_t· β_α, (6.1)

где: В_р - расчетный расход топлива; при работе котла в соответствии с режимной картой с достаточной степенью точности может быть принято В_р = В = 0,01м³/с - фактическому расходу топлива на котел; Q^г_i = 33,441МДж/м³ - низшая теплота сгорания топлива; К^г_NO2 - удельный выброс оксидов азота при сжигании газа, г/МДж. Для водогрейных котлов:

К^г_NO2 =0,013 √Q_т + 0,03 = 0,013 · √0,3344 + 0,03 = 0,0375г/МДж, (6.2)

где Q_т - фактическая тепловая мощность котла по введенному в топку теплу, МВт, которое определяется по формуле:

Q_т = В_р · Q^г_i = 0,01 · 33,44 = 0,3344 г/МДж. (6.3)

β_к = 1 - безразмерный коэффициент, учитывающий принципиальную конструкцию горелки. β_t - безразмерный коэффициент, учитывающий температуру воздуха, подаваемого для горения:

β_t = 1 + 0,002 · (t_гв - 30) = 1 + 0,002 · (20 - 30) = 0,98, (6.4)

где t_гв = 20˚С - температура горячего воздуха. β_α= 1,225 - безразмерный коэффициент, учитывающий влияние избытка воздуха на образование оксидов азота. Таким образом, суммарное количество оксидов азота будет равно:

М_NOx = 0,01 · 33,44 · 0,0375 · 1 · 0,98 · 1,255 = 0,015 г/с. (6.5)

При реконструкции котельной №48 с заменой старых котлов типа "Универсал-6" на теплогенераторы "Юсмар-1М" этих нежелательных выбросов можно будет избежать, так как в данной установке процесс выработки тепла происходит без участия какого-либо вида органического топлива. Получение тепла с помощью теплогенератора Потапова - абсолютно экологически чистый способ.

Заключение

В заключении хочется еще раз напомнить, сколь большие перспективы открывает изобретение Ю.С. Потапова перед человечеством, давно балансирующим на грани экологической катастрофы. Это последствия автомобилизации - четырехколесный "друг человека" виновен почти в 40% общего загрязнения земной атмосферы. Вторым по значимости (после автомобиля) загрязнителем воздуха планеты является... домашний очаг. Отопление домов производит 30% общего загрязнения воздуха. "Это столько же, сколько загрязнений выбрасывает в воздух вся промышленность, - отмечает Ю. Потапов и Л. Фоминский. - Так что замена печей в домах вихревыми теплогенераторами, питающимися электроэнергией и вырабатывающими 1,5 киловатта тепловой энергии на каждый потребляемый ими киловатт электрической, могла бы существенно повысить чистоту воздуха в населенных пунктах". Авторы указывают, что продолжающееся сжигание органических топлив несовместимо с жизнью на Земле - ведь при сжигании 1 кг угля или дров расходуется более 2 кг кислорода. Население растет, а площадь лесов сокращается. Что касается атомной энергетики, то это - "подмена одной проблемы другой", ведь даже если исключить повторение таких катастроф, как Чернобыльская, остается проблема радиоактивных отходов. Выход, по мнению Л. Фоминского и Ю. Потапова, в поиске альтернативных источников энергии, к которым относится и вихревая энергетика.

А установки "Юсмар" серийно выпускаются уже семь лет. Их используют на многих предприятиях и в частных домовладениях, они получили сотни похвальных отзывов от пользователей. В настоящее время уже тысячи теплоустановок "ЮСМАР" успешно работают в странах СНГ и ряде других стран Европы и Азии.

Их использование особенно выгодно там, куда ещё не дотянулись газопроводы и где люди вынуждены использовать для нагрева воды и обогрева помещений электроэнергию, которая с каждым годом становится всё дороже.

Но и там, где имеется дешёвый природный газ, теплоустановки "ЮСМАР" порой оказываются тоже незаменимыми. Так, газодобывающая фирма из г. Нижневартовска - центра российских газодобытчиков, заказала партию теплоустановок "ЮСМАР" для автономного обогрева ими особо загазованных производственных помещений, где использование открытого огня недопустимо. А у теплоустановок "ЮСМАР" нет не только огня, но и деталей, нагревающихся до температуры свыше 100°С, что делает эти установки особенно приемлемыми с точки зрения пожарной безопасности и техники безопасности.

Теплогенератор Потапова, в отличие от своего прототипа теплового насоса, не нуждается во внешнем источнике низкотемпературного тепла. Он не добывает тепло из реки или из окружающего воздуха, а вырабатывает его сам, превращая в тепло часть своей внутренней энергии, а точнее часть внутренней энергии своей рабочей жидкости - воды. Поэтому, в отличие от теплового насоса, теплогенератор Потапова абсолютно автономен и сможет работать даже на космической станции.

Недаром теплоустановки "ЮСМАР" были награждены Золотыми медалями на Международных выставках в Москве и в Будапеште в 1998 г., а их разработчик - академик РАЕН Ю.С. Потапов - Международной премией "Факел Бирмингема" с памятной именной фотографией Президента Соединенных Штатов Америки и высшей межакадемической наградой "Звезда Вернадского" 1-й степени.

А ведь теплогенераторы установок "ЮСМАР" - это только первая промышленная модификация вихревых теплогенераторов, надо думать, что ещё не самая совершенная!

Всё это указывает на то, что у вихревых теплогенераторов большое будущее.

Список литературы

1. Мартынов А.В., Бродянский В.М. Что такое вихревая труба? - М.: Энергия, 1976. - 152с.: ил.

2. Бакластов А.М., Горбенко В.А., Данилов О.Л. Промышленные тепломассообменные процессы и установки: Учебник для вузов / Под ред. Бакластова А.М. - М.: Энергоатомиздат, 1986. - 328с.: ил.

3. Черкасский В.М., Калинин Н.В., Кузнецов Ю.В., Субботин В.И. Нагнетатели и тепловые двигатели. - М.: Энергоатомиздат, 1997. - 384с.: ил.

4. Суслов А.Д., Иванов С.В., Мурашкин А.В., Чижиков Ю.В. Вихревые аппараты. - М.: Машиностроение, 1985. - 256с.: ил.

5. Фоминский Л.П. Как работает вихревой теплогенератор Потапова. - Черкассы: ОКО-Плюс, 2001. - 112с.: ил.

6. Патент на изобретение теплогенератора "Юсмар" №2045715.

7. Пирсол И. Кавитация: Пер. с англ. - М.: Мир, 1975. - 95с.: ил.

8. Новиков И.И. Термодинамика: Учебное пособие для вузов. - М.: Машиностроение, 1984. - 592с.: ил.

9. Шубин Е.П., Левин Б.И. Проектирование теплоподготовительных установок ТЭЦ и котельных. - М.: Энергия, 1970. - 496с.: ил.

10. Татарченков О.А. Термоядерный подарок Путину: Статья. - М.: Московский комсомолец, 6-13 июля 2000.

11. Роддатис К.Ф. Котельные установки: Учебное пособие для вузов. - М.: Энергия, 1977. - 432с.: ил.

12. Стырикович М.А., Катковская К.Я. Парогенераторя электростанций. - М.: Энергия, 1966. - 384с.: ил.

13. Богомолов А.И., Михайлов К.А. Гидравлика: Учебник для вузов. - М.: Стройиздат, 1972. - 648с.: ил.

14. Кириллин В.А. Техническая термодинамика: Учебник для вузов. - 4-е изд., перераб. и доп. - М.: Энергоатомиздат, 1983. - 416с.: ил.

15. Роддатис К.Ф., Полтарецкий А.Н. Справочник по котельным установкам малой производительности / Под ред. К.Ф. Роддатиса. - М.: Энергоатомиздат, 1989. - 488с.: ил.

16. Зыков А.К. Паровые и водогрейные котлы: Справочное пособие. - М.: Энергоатомиздат, 1987. - 128с.: ил.

17. Ядерная и термоядерная энергетика будущего / Под ред.В.А. Чуянова. - М.: Энергоатомиздат, 1987. - 192с.: ил.

18. Муромский С.Н. Техника безопасности при эксплуатации котельных установок малой производительности. - М.: Стройиздат, 1969. - 200с.: ил.

19. Хаузен Х. Теплопередача при противотоке и перекрестном токе: Пер с нем. - М.: Энергоатомиздат, 1981. - 384с.: ил.

20. Скалкин Ф.В. Энергетика и окружающая среда. - Л.: Энергоиздат, 1981. - 280с.: ил.

Введение

Из статьи "Термоядерный подарок Путину" [10]:

Обзор информационных источников и обоснование актуальности темы

Большинство зданий промышленного и коммунального назначения являются потребителями энергии в виде тепла. В масштабе РФ в настоящее время из всего объема вырабатываемой энергии 70 - 80% составляет тепловая. В перспективе ситуация вряд ли будет меняться, так как большая часть территории нашей страны лежит в умеренных и холодных широтах.

Основным способом получения тепла является сжигание топлива с топках печей и котлов. Другие способы - превращение электроэнергии в тепло, использование солнечной энергии, тепла геотермальных источников, а также атомной энергии - пока играют незначительную роль в энергетическом балансе страны. Кроме того, не менее 80% всей электроэнергии в этом балансе вырабатывается на тепловых электрических станциях также за счет сжигания топлива и частичного превращения получаемого при этом тепла в механическую, а затем в электрическую энергию. При этом в электроэнергию переходит в лучшем случае 35 - 40% от всего тепла, выделившегося при сжигании топлива.

При сжигании топлива теплоноситель получается в виде газов высоких температур - порядка 1000 - 1700° С. Транспорт газов таких температур на сколько-нибудь значительные расстояния, порядка десятков метров, сопряжен с большими потерями тепла, а также с рядом технических затруднений. Поэтому в тех случаях, когда требуется высокопотенциальное тепло, оно получается, как правило, за счет сжигания топлива в том же устройстве, в котором это тепло расходуется. Такими устройствами являются разнообразные по конструкции и назначению промышленные печи. Помимо сжигания топлива, в печах тепло иногда вырабатывается за счет прямого превращения в него электроэнергии.

Источниками тепла для коммунального сектора, особенно в небольших городах, являются котельные с паровыми, или с водогрейными котлами, либо с теми и другими вместе. Более просты по схеме работы водогрейные котлы, в которых осуществляется только подогрев воды до заданной температуры. Более сложны, но и более универсальны паровые котлы, в которых осуществляется не только подогрев воды, но и процесс парообразования, а во многих случаях и перегрев получаемого насыщенного пара. Универсальность применения паровых котлов связана с тем, что вырабатываемый ими пар может быть использован для выработки электроэнергии в паровых турбинах, для подогрева воды, подаваемой в водяные тепловые сети или непосредственно для подачи в паровые сети.

Принципиальная тепловая схема водогрейной котельной приведена на рисунке 1.

Рисунок 1 - Принципиальная тепловая схема водогрейной котельной: 1 - сетевые насосы; 2 - водогрейные котлы; 3 - рециркуляционные насосы; 4 - подогреватель химочищенной воды; 5 - подогреватель сырой воды; 6 - вакуумный деаэратор; 7 - подпиточные насосы; 8 - баки-аккумуляторы подпиточной воды; 9 - насос сырой воды; 10 - фильтры химводоочистки; 11 - охладитель выпара; 12 - водоструйный эжектор; 13 - расходный бак эжекторной установки; 14 - насос подачи воды к эжектору; 15 - нагревательные приборы собственных нужд котельной.

Большую часть тепловых нагрузок покрывают тепловые электростанции, на которых вырабатывается и основная доля электроэнергии.

Тепловые станции используют энергию, получаемую при сжигании органического топлива: угля, остатков нефтепереработки, естественного газа, торфа, горючих сланцев. Крупные тепловые электростанции являются паротурбинными установками, основными агрегатами которых являются парогенератор и паровая турбина с электрогенератором.

Паротурбинные установки большой мощности требуют умеренных начальных капиталовложений, небольшое количество обслуживающего персонала (1 чел. на 2 - 5 МВт) и могут использовать, если это выгодно, низкокачественное топливо с высокой влажностью и зольностью.

Рисунок 2 - Принципиальная схема конденсационной электростанции (КЭС).: 1 - котлоагрегат; 2 - паропровод; 3 - паровая турбина; 4 - промежуточный пароперегреватель; 5 - турбоэлектрогенератор; 6 - конденсатор; 7 - насосы; 8 - регенеративные подогреватели; 9 - деаэратор; 10 - водоподготовительная установка.

Все это обеспечивает паротурбинным установкам преобладающую роль в мощной стационарной энергетике.

Паротурбинные электростанции разделяются на два основных класса: конденсационные (КЭС) и теплофикационные (ТЭЦ).

Принципиальная схема конденсационной и электрической станции (КЭС) - установки, вырабатывающей только электроэнергию, показана на рисунке 2.

Теплоэлектроцентраль (ТЭЦ) вырабатывает не только электроэнергию, но и низкопотенциальное тепло в виде пара низкого давления или горячей воды. Пар обычно используется для заводских технологических целей, а горячая вода - для отопления и бытовых потребностей. Принципиальная схема ТЭЦ приведена на рисунке 3.

Рисунок 3 - Принципиальная схема теплоэлектроцентрали (ТЭЦ): 1 - котлоагрегат; 2 - паропровод; 3 - паровая турбина; 4 - турбоэлектрогенератор; 5 - конденсатор; 6 - насосы; 7 - регенеративные подогреватели; 8 - деаэратор; 9 - водоподготовительная установка; 10 - отбор пара на производство; 11 - сетевая вода; 12 - подогреватель сетевой воды.

Схема ТЭЦ отличается от схемы КЭС наличием отборов пара из турбины не только для подогрева питательной воды, но и для отпуска пара потребителю и для подогрева циркулирующей по отопительным (теплофикационным) сетям города воды (так называемой сетевой воды). Конденсат подогревателей сетевой воды возвращается в котлоагрегат, но конденсат пара, отданного на производство, частично не возвращается. Поэтому на ТЭЦ водоподготовительная установка должна иметь производительность, достаточную для покрытия всех потерь конденсата (до 30 - 50% и более от расхода пара).

При отпуске тепла от электростанций с газовыми турбинами (рис.4) требуются газоводяные подогреватели, а при отпуске его от электростанций с двигателями внутреннего сгорания - котлы-утилизаторы, использующие тепло охлаждающей воды рубашек и выхлопных газов от двигателей. Аналогичные котлы-утилизаторы иногда обогреваются отходящими газами печей при их достаточно высокой температуре. Такое использование теплоносителя, обычно газов, уже полезно отдавших часть своего тепла в зоне высоких или средних температур, для последующего получения теплоносителя низких температур может дать существенную экономию топлива, а потому оно нередко применяется в тепловом хозяйстве промышленных предприятий.

Рисунок 4 - Схема газотурбинной установки: 1 - насос; 2 - компрессор; 3 - камера сгорания; 4 - турбина; 5 - электрогенератор.

Однако использование этих, как их называют - вторичных тепловых ресурсов играет подсобную роль, обеспечивая экономию топлива при их использовании совместно с основными источниками теплоснабжения - котельными или ТЭЦ. Аналогично этому сравнительно небольшая электрическая мощность электростанций с газовыми турбинами или двигателями внутреннего сгорания ограничивает возможности их использования в качестве основных источников теплоснабжения для крупных систем. Более перспективны так называемые парогазовые ТЭЦ, на которых установлены газовые и паровые турбины, работающие в общем цикле (рис.5).

Рисунок 5 - Принципиальная схема парогазовой установки ПГУ-200-130: 1 - компрессор; 2 - газовая турбина; 3, 15 - электрогенераторы; 4 - экономайзер первой ступени; 5 - экономайзер второй ступени; 6 - экономайзер третьей ступени; 7, 12 - подогреватели низкого давления; 8 - питательный насос; 9 - подогреватель высокого давления; 10 - парогенератор; 11 - деаэратор; 13 - насос; 14 - конденсатор; 16 - паровая турбина.

По прогнозу, опубликованному World Coal Institute, при сегодняшних темпах добычи ископаемого топлива доказанных мировых запасов нефти хватит всего на 45 лет, природного газа - на 65 лет, угля - более чем на 200 лет. Для России характерно примерно такое же соотношение. Поэтому основную долю в структуре энергетических мощностей России на ближайшую перспективу будут составлять угольные тепловые электрические станции (ТЭС), дающие наибольшее количество вредных выбросов.

Известно, что на каждую 1000 МВт • ч произведенной электрической энергии на традиционных ТЭС вредные выбросы составляют: SO₂ - 31,8 т; NO_X - 3,0 т; СО₂ - 870 т. При этом в отвал идет 73 т золы и шлака, сбрасывается (6 - 8) • 10⁶ МДж теплоты и потребляется 633 т атмосферного кислорода.

Проектируемые в последние годы в России ТЭС с серо - и азотоочисткой позволят снизить выбросы оксидов серы на 95%, оксидов азота - на 80%. Однако, использование дополнительного газоочистного оборудования увеличивает на 30 - 50% капитальные вложения на сооружение ТЭС, а затраты энергии на собственные нужды - с 5 - 7 до 12 - 15%. К тому же резко возрастают расходы воды, площади земель, отчуждаемых под ТЭС, дополнительные эксплуатационные затраты на дорогостоящие реагенты, катализаторы и пр. Все это вместе приводит к существенному увеличению сроков окупаемости капитальных вложений на сооружение новых ТЭС. К тому же используемые методы очистки не исключают полностью вредных выбросов ТЭС и ведут даже к некоторому увеличению количества сбросного тепла и выбросов СО₂.

Стоимость установленного киловатта на вновь проектируемых пылеугольных ТЭС, с учетом использования природоохранных технологий и ограничения мощности для уменьшения воздействия на окружающую среду, резко возросла. Так, если стоимость установленного киловатта на Березовской ГРЭС-1 мощностью 6400 МВт, проект которой был выполнен в 1989 г., составляла 345 долл. США, то стоимость установленного киловатта на проектируемой в настоящее время новой Ростовской ГРЭС мощностью 1280 МВт с котлами ЦКС превышает 1000 долл. США. Для станций же мощностью 120 МВт на отвальной породе (также с котлами ЦКС) стоимость установленного киловатта в настоящее время достигает 2000 долл. США.

Наиболее крупным, проверенным на практике и имеющим минимальный срок окупаемости является проект установки электрогенерирующих комплексов с противодавленческими турбинами вместо дроссельно-регулирующих устройств. Энергоблоки единичной мощностью от 0,5 до 25 МВт могут устанавливаться на предприятиях РАО "ЕЭС России", в нефтяной и газовой отраслях, металлургии и пищевой промышленности, в жилищно-коммунальном хозяйстве. Производителями энергетического оборудования для этой технологии являются российские конверсионные предприятия: ОАО "Калужский турбинный завод", ОАО "Пролетарский завод", ОАО "Электросила", ОАО "Привод", ОАО "Сафоновский машиностроительный завод", электротехнические и металлургические заводы. Общий потенциал использования подобной технологии, по оценке, составляет 15-17 млн кВт. Стоимость 1 кВт установленной мощности уменьшается с 450 долл. США для энергокомплекса мощностью 0,5 МВт до 250 долл. для энергокомплексов мощностью более 6 МВт. Количество топлива для выработки 1 кВт-ч составляет 140-150 г у. т., срок окупаемости проекта для отдельной установки находится в пределах 1-2 лет. Ежегодный выпуск энергооборудования в России может быть доведен до 400-500 МВт в год.

Аналогичной по экономическим показателям является технология производства электроэнергии с установкой в качестве привода электрогенератора газовой турбины перед имеющимся паровым или водогрейным котлом. В этом случае котлы будут работать с использованием тепла продуктов сгорания, выходящих из газовых турбин. Однако в настоящее время в нашей стране отсутствует серийное производство стационарных высокоэффективных газовых турбин для привода генератора. Несмотря на то что на территории России создаются или уже созданы совместные предприятия с западными фирмами АВВ, "Сименс", "Дженерал электрик", трудно ожидать быстрого развития этого направления в течение ближайших лет, так как для этого потребуются опытно-промышленные испытания этой технологии.

В другом крупном проекте внедрения бестопливных технологий в РАО "Газпром" предусмотрена установка блочных электрогенерирующих комплексов единичной мощностью 6-7 МВт с конденсационными турбинами на газокомпрессорных станциях магистральных трубопроводов. В качестве тепла предлагается использовать энергию отработавших в газовой турбине компрессора продуктов сгорания с температурой более 350 °С. Общий потенциал энергосбережений на компрессорных станциях ориентировочно составляет 4-5 млн кВт. Экономия топлива достигнет 8 млн т у. т. в год. Стоимость 1 кВт установленной мощности - 700 долл. США, срок окупаемости проекта для РАО "Газпром" - 2 года. Для широкого внедрения технологии необходимо завершить изготовление опытного образца и провести испытания на ГКС "Чаплыгин" ГП "Мострансгаз".

Прошли первые опытно-промышленные испытания энергосберегающей технологии производства электроэнергии с использованием в качестве привода электрогенератора двух газорасширительных турбин мощностью по 5 МВт, созданных АО "Криокор" и работающих на перепаде давления природного газа. Общий потенциал перепада давлений, по оценке ЭНИНа, составляет 3000 МВт. В то же время следует заметить, что за последние 5 лет не введено дополнительно ни одного энергоблока такого типа. Ожидать существенного изменения темпа внедрения этой технологии при отсутствии конкретных организационных мероприятий не следует.

Сооружение крупных гидроэлектростанций требует меньших удельных капитальных вложений, но сопряжено с изъятием больших площадей под водохранилища. При этом нарушается экологический баланс в районе их возведения и затрудняется миграция рыбы вдоль русел рек, перегораживаемых плотинами ГЭС. Следует отметить, что в настоящее время в Российской Федерации практически исчерпан гидропотенциал всех больших рек, поэтому в дальнейшем можно рассчитывать, в основном, только на создание мини - и микроГЭС.

Развитие атомной энергетики, доля которой в РФ за последнее пятилетие составила только 12,3% по вырабатываемой энергии, в настоящее время затруднено, поскольку имеются сложности в реализации всех этапов ядерного цикла: от разработки урановых месторождений, обогащения и металлургического передела сырья до ликвидации АЭС, транспортирования и захоронения отходов.

Затраты на ликвидацию блоков АЭС, отработавших свой ресурс, сопоставимы с затратами на их возведение. Одна лишь выгрузка тепловыделяющих элементов (ТВЭЛ) из ядерного реактора занимает примерно год. Для разборки как самих реакторов, так и вспомогательного облученного оборудования требуется применение специальных дистанционно управляемых механизмов. Поэтому, например, на АЭС "Шенон" во Франции на разборку первого энергоблока было затрачено 6 лет.

После Чернобыльской аварии общественное мнение в России настроено против сооружения новых АЭС, несмотря на большие работы, проводимые по созданию нового поколения ядерных реакторов повышенной безопасности. Не убеждает и идея подземного размещения АЭС, так как детальный анализ показывает, что и подземные АЭС опасны не менее наземных.

АЭС повышенной безопасности за весь свой срок службы едва ли смогут окупить всю сумму затрат на создание нового оборудования, строительство станций, их эксплуатацию, включая приготовление и доставку ядерного топлива, последующую ликвидацию ядерных энергоблоков, транспортирование и захоронение отходов и их гарантированное хранение в течение не менее 24 тыс. лет. Да и ядерного топлива в России осталось не так уж много, поэтому строительство новых АЭС в стране весьма проблематично.

В последние годы значительно возрос интерес к использованию нетрадиционных возобновляемых источников энергии (НВИЭ). Это экологически чистые способы получения энергии, не требующие затрат органического топлива, но вместе с тем жесткая территориальная привязка значительно ограничивает масштабы их применения.

Солнечная энергетика. В России сооружение солнечных электрических станций (СЭС) с термодинамическим циклом или с прямым преобразованием солнечной энергии в электрическую возможно на Северном Кавказе (Ставропольский и Краснодарский края. Ростовская область), на Нижнем Поволжье, в прикаспийских районах, в южных районах Сибири, на Дальнем Востоке. Эти области располагаются на широтах от 42 до 50°. Здесь максимальная интенсивность суммарного (прямого и рассеянного) солнечного излучения при ясном небе составляет 950 - 1000 Вт/м². Однако продолжительность солнечного сияния не превышает 2000 - 2300 ч/год, и суммарная солнечная радиация на поверхность земли составляет 1100 - 1300 кВт ч/(м² год), что в 1,5 - 2 раза меньше, чем в Италии, Испании, Японии, южных штатах США.

В связи с этим для создания рентабельных СЭС в России требуется тщательный сравнительный анализ возможных условий и технических решений, используемых при проектировании этих станций. Особенно это относится к модульным термодинамическим СЭС с использованием концентраторов солнечного излучения для обеспечения высоких температур теплоносителя и к башенным СЭС. Как показал опыт создания и эксплуатации башенных СЭС во многих странах, в том числе и в бывшем СССР (Крымская СЭС - 5 МВт), затраты на их сооружение не оправдываются. Солнечные электростанции прямого преобразования с использованием кремниевых фотоэлектрических преобразователей (ФЭП) солнечного излучения в электрическую энергию могут при определенных условиях обеспечить коммерческую эффективность в южных регионах России при сроках возврата инвестируемого капитала до 15 лет. Более эффективно сооружение СЭС в странах Закавказья и среднеазиатского региона.

В соответствии с предварительной оценкой, выполненной генеральными проектировщиками солнечных станций - Узбекским и Ростовским институтами "Теплоэлектропроект", в странах СНГ технически возможно и экономически целесообразно сооружение до 2010 г. около 100 солнечных электростанций общей установленной мощностью до 3000 МВт, в том числе, в России до 18 СЭС суммарной мощностью 550 МВт.

Ветроэнергетика. В России и странах СНГ с середины 80-х годов начали проводиться интенсивные разработки в области создания ветро-электроустановок и ветроэлектростанций различной мощности.

В США эксплуатируются более 30000 ВЭУ. Мощность одной только ВЭС "Altamont Pass" (штат Калифорния) составляет более 1000 МВт.

Германия успешно лидирует в Европе в использовании энергии ветра (около 2000 МВт), опережая Данию и Голландию. Годовые затраты на производство ВЭУ в Германии превышают 1 млрд марок (более 500 МВт). Ветроэнергетика обеспечивает в этой стране более 10 тыс. рабочих мест.

В Дании к 2010 г. планируется доведение мощности действующих ВЭУ до 1700 - 2500 МВт. Ежегодный ввод ВЭУ в эксплуатацию составляет 20 - 50 МВт. Помимо этого, Дания экспортирует до 3000 ВЭУ в год на общую мощность до 230 МВт. Ветроэнергетика в Дании обеспечивает 8500 рабочих мест и еще 4000 рабочих мест в кооперирующихся с ней странах.

В Польше планируется сооружение ВЭУ суммарной мощностью около 1000 МВт. Предполагается использовать, в основном, датские ветроагрегаты на 100, 750 и 1000 кВт. Большие программы развития ветроэнергетики реализуются в Индии и Китае.

Общая мощность действующих, сооружаемых и планируемых к вводу в России ВЭУ и ВЭС составляет 200 МВт. Отдельные ветроагрегаты, изготавливаемые российскими предприятиями, имеют мощность от 0,04 до 1000,00 кВт. В настоящее время действует около 1500 отдельных ветроагрегатов мощностью 0,1 - 16 кВт, один ветроагрегат на 1000 кВт в Калмыкии, Воркутинская ВЭС 1500 кВт и Ростовская ВЭС - 300 кВт, установка 600 кВт в Калининградской области и две по 270 кВт на Камчатке, что естественно не отвечает потребностям страны.

Геотермальная энергетика. В настоящее время в мире общая мощность геотермальных электростанций превышает 6000 МВт, в том числе по странам: США - 2700 МВт, Филиппины - 900 МВт, Мексика - 600 МВт, Македония - 220 МВт, Германия - 20 МВт, Россия - 20 МВт.

В Исландии создана двухконтурная система геотермального теплоснабжения г. Рейкьявика производительностью 10 тыс. м³/ч со сбросом отработанных вод из первичного контура в море (рисунок 6а).

а) б) в)

Рисунок 6 - Принципиальные тепловые схемы использования термальных вод: а - для мягких и щелочных вод; б - для вод, содержащих умеренное количество газов, слабонасыщенных и среднеминерализованных; в - для вод средненасыщенных газом и высокоминерализованных. 1 - скважина; 2, 9 - насосы; 3 - бак-аккумулятор; 4 - деаэратор; 5 - вакуум-насос; 6а - потребитель; 7, 8 - теплообменники; 10 - химводоочистка; 11 - подпиточный насос.

Разворачиваются работы по использованию геотермальной энергии в Турции. Потенциал геотермальных ресурсов в этой стране определен в размере 31500 МВт. Из европейских стран наибольшую активность в использовании геотермальной энергии проявляет Германия.

Успехи в этой области есть и в России. Еще в 1967 г. на Камчатке была построена Паужетская ГеоТЭС мощностью 11,5 МВт. В 1967 г. была введена в действие Паратунская ГеоТЭС - первая в мире с бинарным циклом Ренкина. В настоящее время строятся Мутновская и Верхне-Мутновская ГеоТЭС с отечественным оборудованием, изготовленным Калужским турбинным заводом, который приступил также к серийному выпуску модульных блоков для геотермального электро- и теплоснабжения на Камчатке и Сахалине.

Геотермальные источники с достаточно большим энергетическим потенциалом имеются на Северном Кавказе. Разработку проекта экспериментальной Ставропольской ГеоТЭС мощностью 2 МВт для этого района выполнил "Ростовтеплоэлектропроект".

Вместе с тем следует отметить, что удельные капитальные вложения в создание ГеоТЭС еще достаточно велики. По оценке Европейской Экономической комиссии ООН они в настоящее время составляют 1440 - 1720 долл. /кВт и, очевидно, сохранятся на этом уровне до 2010 г.

Определенные успехи имеются в России, и во всем мире в использовании энергии течений и волн, приливов и отливов, биомассы, источников низкопотенциального тепла, разности температур слоев морской и океанской воды и т.п.

Уже много лет на Кольском полуострове действует приливная электростанция на 450 кВт. Целый ряд биогазовых установок работает на сельскохозяйственных фермах. Серийно выпускаются тепловые насосы мощностью от 10 до 2000 кВт с коэффициентом преобразования электрической энергии в тепловую не менее 3. Начал действовать комплекс по использованию низкопотенциального тепла на Курской АЭС. Разработаны конструкции газогенераторов для газификации отходов древесины.

Но целый ряд проблем сдерживает дальнейшее развитие НВИЭ в России. Это и относительно высокая стоимость специального оборудования, и отсутствие поддержки как на государственном, так и на региональном уровнях в виде дотаций или беспроцентных кредитов внедряющим организациям, как это делается в странах Запада, и отсутствие законодательных актов и норм на льготы при использовании экологически чистых возобновляемых источников энергии и т.д.

Ориентировочный анализ производства энергооборудования для энергосберегающих и нетрадиционных технологий, которое может быть изготовлено и введено в эксплуатацию в энергетике в рамках энергосберегающего направления при наличии финансовой поддержки со стороны государства и крупных инвесторов, показал, что в течение 2001-2005 гг. может быть введено 3000-3500 МВт. Это позволит обеспечить экономию органического топлива в размере 4,5-5 млн. т у. т. в год.

Но до сих пор в мире, а в России особенно, продолжают внедряться малоэффективные технологии производства электроэнергии и тепла, связанные с большим расходом топлива. Неуклонно продолжает расти и население нашей планеты. Его потребности в тепле и электрической энергии становятся все выше и выше а органического топлива на удовлетворение этих потребностей - все меньше и меньше. И уже совсем не далек рубеж, когда не потребность человечества в электричестве и тепле будет определять количество их выработки. И если человечество хочет жить и развиваться дальше, ему необходим принципиально новый, альтернативный источник энергии. И вот в этой ситуации появляется устройство, которое может согревать воду в батареях водяного отопления без сжигания топлива - теплогенератор фирмы "Юсмар" изобретателя Юрия Семеновича Потапова (патент 2045715).

Дата: 2019-05-28, просмотров: 283.

12 3 4 5 6 7 Следующая ⇒