Раздел 2.Повышение энергоэффективности как приоритетное направление
Ресурсосберегающей деятельности.
Лекция 2.1. Мировая энергетика: оценка состояния, проблемы и перспективы развития
1.Роль энергетики в жизни и развитии общества. Способы получения энергии. Основные понятия, термины в энергетике и энергосбережении.
2.Классификация энергетических ресурсов.
3.Энергетические ресурсы мира: уровни потребления от дельных энергоносителей, их потенциал, эффективность использования, прогнозы развития мировой энергетики.
Роль энергетики в развитии человеческого общества. Способы получения энергии. Основные понятия, термины в энергетике и энергосбережении.
Энергетика - это топливно-энергетический комплекс страны, охватывающий получение, передачу, преобразование и использование различных видов энергии и энергетических ресурсов. Она является точкой пересечения энергетической, экономической и социальной составляющих общественного развития и регулирующим фактором в эколого-экономическом пространстве. Причем состояние отрасли и отдельных предприятий отражает, с одной стороны, состояние окружающей среды, с другой - уровень экономического развития и качества человеческого мышления.
Энергосистема представляет собой совокупность энергетических ресурсов всех видов, методов их получения (добычи), преобразования, распределения и использования, а также технических средств и организационных комплексов, обеспечивающих снабжение потребителей всеми видами энергии. Рост цен на энергоресурсы делает экономически целесообразной задачу энергосбережения. На сегодняшний день в любой отечественный продукт заложено в 3-5-10 раз больше энергозатрат, чем в аналогичный западноевропейский. Радикальным решением является использование нового технологического оборудования и процессов с меньшим потреблением электроэнергии.
Человечеству известно боле 15 видов энергии. Но для производственной деятельности и бытовых нужд люди используют в основном 4 вида энергии: тепловую на долю, которой приходится 75% всей энергии, механическую – 24, электрическую – и световую – 1% всей энергии.
Электроэнергия – один из наиболее совершенных видов энергии. Ее широкое использование обусловлено следующими преимуществами:
- возможностью выработки и в местах сосредоточения ТЭР;
- удобством транспортировки на большие расстояния;
- экологичностью;
- делимостью;
- возможностью применения новых прогрессивных технологических процессов с высокой степенью автоматизации.
К недостаткам электрической энергии следует отнести повышенную опасность и сложность аккумулирования. Потребление электроэнергии косвенно свидетельствует об уровне экономического и технологического развития государства. В странах с развитой промышленностью доля электрической энергии, как правило, значительна.
Механическая энергия получается путем преобразования электрической энергии в электрических машинах (электродвигателях) или тепловых (двигателях внутреннего сгорания, паровых турбинах), использующих химическую энергию топлива. Для получения механической энергии использовались издавна машины и механизмы, преобразующие энергию ветра и падающей воды.
Тепловая энергия широко используется на современных производствах и в быту в виде энергии пара, горячей воды. Продуктов сгорания топлива. Предприятями, на которых производится тепловая и электрическая энергия являются:
ТЭС на углеводородном топливе КЭС и ТЭЦ(КЭС производят только электрическую энергию, ТЭЦ- электрическую энергию и тепловую);
ГЭС использующие энергию падающего потока воды, течения, прилива.
АЭС - использующие энергию ядерного распада;
Котельные различной мощности- вырабатывающие только тепловую энергию.
Проблемы энергетики неразрывно связаны с экономической политикой государства, которая разрабатывается с учетом основных показателей: валового внутреннего продукта, валового национального продукта.
Валовой национальный продукт - включает дополнительно к ВВП сумму добавленных стоимостей, вложенных национальными производителями за границей, за вычетом добавленных стоимостей, обеспеченных иностранными предпринимателями на территории страны. ВВП выражается в национальной валюте каждой страны, в ВНП - как правило, в долларах США или евро.
Энергоемкость продукции - количество энергии, необходимой для производства единицы продукции.
Энергоэффективность - показывает, какое количество единиц продукции можно произвести, затратив единицу количества энергии. Энергоемкость ВВП оценивается в кг у. т., затраченного на производство валового продукта стоимостью 1дол. США, а энергоэффективность в долл.на 1кг у.т.
Эффективное использование ТЭР - использование всех видов энергии экономически оправданными, прогрессивными способами при существующем уровне развития техники и технологий и соблюдении законодательства.
Энергосбережение – организационная, научная, практическая, информационная деятельность государственных органов, юридических, физических лиц, направленная на снижение потерь топливно-энергетических ресурсов в процессе их добычи, переработки, транспортировки, хранения, производства, использования и утилизации.
Топливно – энергетические ресурсы (ТЭР) – совокупность всех природных и преобразованных видов топлива и энергии, используемых в республике.
Пользователи ТЭР - субъекты хозяйствования независимо от форм собственности, зарегистрированные на территории Республики Беларусь в качестве юридических лиц или индивидуальных предпринимателей, осуществляющих свою деятельность без образования юридического лица, а также другие лица, которые в соответствии с законодательством Республики Беларусь имеют право заключать хозяйственные договоры, и граждане, использующие ТЭР.
Производители ТЭР - субъекты хозяйствования, независимо от формы собственности, зарегистрированные на территории Республики Беларусь в качестве юридических лиц, для которых любой из видов ТЭР, используемых в республике, является товарной продукцией.
Энергетический потенциал – это параметр, который определяет возможность использования источника энергии и выражается в единицах энергии.
Единица энергии - в системе СИ является джоуль (ДЖ) или киловатт. час(кВТ.ч). Внесистемной единицей энергии является калория (кал) и грамм или тонна условного топлива(т.у.т) При этом используется соотношения: 1кал= 4,19Дж, 1т.у.т. = 7000калл.
Энергетический баланс- это система показателей, отражающих количественное соответствие между приходом и расходом энергоресурсов.
Условное топливо представляет собой единицу учета органического топлива, применяемую для сопоставления эффективности различных видов топлива и суммарного учета.
В качестве единицы условного топлива применяется 1 кг топлива с теплотой сгорания 7000 ккал/кг (29,3 МДж/кг), что соответствует хорошему малозольному сухому углю. Например, бурые угли имеют теплоту сгорания менее 24 МДж/ кг, а антрациты и каменные угли - 23-27 МДж/кг.
Классификация энергетических ресурсов
Энергетические ресурсы подразделяются на первичные и вторичные.
Первичные или природные ресурсы образуются в результате геологического развития Земли или проявляющиеся через космические связи(излучение солнца), делятся на невозобновляемых(уголь, нефть, газ, торф, сланцы) и возобновляемые(энергия рек, солнечная радиация, энергия приливов, биотопливо). Геотермальная и термоядерная энергия относятся к неисчерпаемым источникам энергии.
Вторичные энерегетические ресурсы (ВЭР) – энергия, получаемая в ходе технологического процесса в результате недоиспользования первичной энергии виде побочного продукта основного производства и не применяемая в этом энергетическом процессе.
Нетрадиционные и возобновляемые источники энергии - источники электрической и тепловой энергии, использующие энергетические ресурсы рек, водохранилищ и промышленных водостоков, энергию ветра, Солнца, редуцируемого природного газа, биомассы (включая древесные отходы), сточных вод и твердых бытовых отходов.
Учитывая истощенность энергетических ресурсов, роль использования возобновляемых источников энергии во многих странах с каждым годом -возрастает. Так, выработка электроэнергии на ветряных установках увеличивается в среднем в год на 24 %, от солнечных батарей - на 17, а на геотермальных станциях - на 4%. В Дании на ветроустановках вырабатывается 10 % всей производимой в стране электроэнергии, в германской земле Шлезвиг-Гольштейн - 14, в провинции Наварра (Испания) - 22 %.
Солнечная энергия преимущественно используется для горячего водоснабжения, сушки сельскохозяйственной продукции, опреснения вод, других технологических целей, а также преобразования ее в электрическую энергию. В дальнейшем на первое место должны выйти технологии по преобразованию солнечной энергии в электрическую и химическую энергию. Находит применение солнечная энергия также на наземных транспортных средствах, на водных просторах и в воздухе. Солнечная энергетика относится к наиболее материалоемким видам производства энергии. Крупномасштабное использование солнечной энергии влечет за собой гигантское увеличение потребности в материалах, а следовательно, и в трудовых ресурсах для добычи сырья, его обогащения, получения материалов, изготовления гелиостатов, другой аппаратуры, их перевозки.
Энергия, заключенная в текущей воде, многие тысячелетия верно служит человеку. Запасы воды на земле колоссальны. Огромным аккумулятором энергии является мировой океан, поглощающий большую ее часть, поступающую от Солнца. В нем плещут волны, происходят приливы и отливы, возникают могучие океанские течения. На земле рождаются многочисленные реки, несущие огромные массы воды в моря и океаны. И люди раньше всего научились использовать энергию рек в качестве путей сообщения. Когда наступил золотой век электричества, произошло возрождение водяного колеса в виде водяной турбины. Считают, что современная гидроэнергетика родилась в 1891 г.
В результате воздействия сил притяжения Луны и Солнца происходят периодические колебания уровня моря и атмосферного давления, что приводит к образованию приливных волн, которые и используются для выработки электроэнергии на приливных электростанциях (ПЭС). Из современных приливных электростанций наиболее хорошо известны крупномасштабная электростанция Ране мощностью 240 МВт (Бретань, Франция), построенная в 1967 году на приливах высотой до 13 м, и небольшая, но принципиально важная опытная станция мощностью 400 кВт в Кислой Губе на побережье Баренцева моря (Россия). Блоки этой ПЭС буксировались на плаву в нужные места для включения ее в местные энергосети в часы максимальной нагрузки электроэнергии потребителями.
Большое распространению получает использование биомассы для получения электроэнергии. Большое внимание приобрела «океанотермическаяэнергоконверсия» (ОТЭК), то есть получение электроэнергии за счет разности температур между поверхностными и засасываемыми насосами глубинными океанскими водами, например, при использовании в замкнутом цикле турбины таких легко испаряющихся жидкостей, как пропан, фреон или аммоний.
Большие запасы энергии содержаться в местах впадения пресноводных рек в моря и соленые водоемы. При наличии перепадов солености возникает осмотическое давление, которое может быть использовано для производства энергии, например, с помощью мембранных установок и другими способами. Остается заманчивой идея использования потока теплой воды Гольфстрима, несущего ее вблизи берегов Флориды со скоростью 5 миль в час.
Ветровая энергия использовалась человеком с давних времен для приведения в движение лодок и судов, ветряных мельниц и водоподъемников. В настоящее время ветровые установки применяются более чем в 30 странах. Использование энергии ветра возможно только в тех местах, где средняя скорость ветра на протяжении года составляет в пределах 4 м/с, или 14,4 км/ч и более. Наиболее сильные и устойчивые ветры в Европе имеют место на морском побережье в Ирландии, Шотландии, в отдельных районах Дании, Голландии, Франции, Испании, на юго-западе Англии и в Уэльсе.
Геотермальные ресурсы представляют собой запасы термальных вод, к которым относятся подземные воды, естественных коллекторов геотермальной энергии - природных теплоносителей (воды, пара и пароводяных смесей).
Небольшая северная страна Исландия практически не имеет других источников энергии, кроме как энергию от тепла земли в виде знаменитых гейзеров-фонтанов горячей воды. Благодаря им многочисленные исландские теплицы, обогреваемые подземными источниками, полностью обеспечивают страну помидорами, яблоками и даже бананами. Столица страны Рейкьявик, в которой проживает половина населения страны, отапливается только за счет подземных источников.
Но не только для отопления черпают люди энергию из глубин земли. Уже давно работают электростанции, использующие горячие подземные источники. Первая такая электростанция была построена в 1904 году в Италии. В настоящее время такие электростанции существуют в ряде стран (Новая Зеландия, США и др.).
В отличие от многих других источников возобновляемой энергии, тепловая энергия Земли доступна днем и ночью, зимой и летом. На нее не влияют капризы погоды, и это делает ее очень привлекательной для использования. Значительные запасы термальных вод имеются на Дальнем Востоке России. А в Грузии, например, запасы их составляют 220-250 млн м3/год. В 1999 г. они добывались в 23 месторождениях, общий тепловой потенциал составлял 120 тыс. Гкал в год, что эквивалентно 105 тыс. т у. т. в год.
К невосполняемым энергетическим ресурсам относят: - каменный уголь, запасы которого в мире оцениваются в 10-12 трлн т; нефть, запасы которой распределены крайне неравномерно на Земле: на Ближнем и Среднем Востоке - 67, в Африке - 12,5, Юго-Восточной Азии и Дальнем Востоке - 3, Северной Америке - 9, Центральной и Южной Америке - 5,5, Западной Европе - 3 %. По уровню добычи нефти Россия занимает 3-е место в мире, уступая только Саудовской Аравии и США. В 1999 г. ее добыто 305 млн т. Рост цен на энергоресурсы делает экономически целесообразной задачу энергосбережения. На сегодняшний день в любой отечественный продукт заложено в 3-5-10 раз больше энергозатрат, чем в аналогичный западноевропейский. Радикальным решением является использование нового технологического оборудования и процессов с меньшим потреблением электроэнергии.
Учитывая, что энергия является важнейшим элементом устойчивого развития любого государства, каждое из них стремится разработать такие способы энергоснабжения, которые наилучшим образом обеспечивали бы развитие и повышение качества жизни людей, особенно в развивающихся странах, при одновременном сведении к минимуму воздействия человеческой деятельности на здоровье людей и окружающую среду. В последние 25 лет все развитые страны мира перестали наращивать потребление первичной энергии на душу населения, обеспечив достаточно высокий уровень жизни своих граждан.