Энергетика и электрогенерирующие станции
Дата добавления: 2014-01-03; просмотров: 23; лекция была полезна: 0 студентам(у); не полезна: 0 студентам(у).
Опубликованный материал нарушает авторские права? сообщите нам...
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.