Основы энергосбережения
Краткий конспект лекций
ПодготовилА: Кураченко И.В.
Гомель 2016
СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ………………………………………………………………………………….. 3
топливно-энергетический баланс…………………………………………. 3
АТОМНАЯ ЭНЕРГЕТИКА……………………………………………………………….. 12
ЖИЛИЩНО-КОМУНАЛЬНОЕ ХОЗЯЙСТВО…………………………………………. 13
Тепловые насосы…………………………………………………………………….. 15
Топливные элементы……………………………………………………………….. 17
КОГЕНЕРАЦИОННЫЕ УСТАНОВКИ……………………………………………………. 19
ЛИТЕРАТУРА………………………………………………………………………….. 20
ПРИЛОЖЕНИЯ
Приложение 1. Понятие условного топлива, единицы измерения…………………………….. ………………. 21
Приложение 2. Используемые термины и определения…………………………………. 22
Введение
В 1973-1976 годах страны Западной Европы, США, Японии пережили энергетический кризис, что заставило их проводить активную энергосберегающую политику: высокие цены на энергоресурсы послужили толчком к внедрению энергоэффективных технологий, т. е. заработали рыночные механизмы. С другой cтороны, на правительственном уровне принимались согласованные программы по энергосбережению. Проводилось и проводится финансовое стимулирование для поощрения внедрения инноваций, передовых энергосберегающих технологий, инвестиций в эффективное использование энергии.
В результате к 1990 году в странах Западной Европы, США, Японии объем потребления энергии на душу населения практически стабилизовался, в то время как объем национального продукта вырос на 30-40%.
Как известно, в конце 70-х годов прогнозировалось мировое энергопотребление на 2000 год ≈ 30 млрд. т у.т., т. е. практически в 2 раза больше, чем оказалось. Основной вклад в решение энергетической проблемы внесло не наращивание производства первичных энергоресурсов, не расширение номенклатуры источников энергии, а энергоэффективное использование ТЭР.
Анализ опыта этих стран показывает, что без государственной политики и программ энергосбережения выйти из энергетического кризиса невозможно.
Эти задачи решает энергосбережение - организационная, научная, практическая, информационная деятельность государственных органов, юридических и физических лиц, направленная на снижение расхода (потерь) ТЭР в процессе их добычи, переработки, транспортировки, хранения, производства, использования и утилизации. Закон РБ «Об энергосбережении». (ТЭР - совокупность всех природных преобразованных видов топлива и энергии0.
Согласно последним прогнозам, в структуре мирового потребления ТЭР к 2020 году за счет энергосбережения будет покрываться 9-10%, а вместе с возобновляемыми источниками 12-14%.
ТОПЛИВНО-ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ БАЛАНС
Электроэнергетика Беларуси — ключевая, жизнеобеспечивающая система для всех отраслей и субъектов экономики, а также населения. Она является структурообразующим элементом народнохозяйственного комплекса и гарантирует целостность и эффективность его работы. От энергетической составляющей в значительной степени зависят издержки производства и доходы общества, его материальное благосостояние, взаимоотношения человека с окружающей природой.
Энерговооружённость экономики и её энергоэффективность в современном мире являются важными показателями уровня развития государства.
На сегодняшний день доказанные мировые запасы основных ископаемых видов топлива составляют:— 1100 млрд. тут, в т.ч. уголь — 680 млрд. тут, газ — 200 млрд. тут, нефть — 220 млрд. тут. По уровню потребления 2006 г., обеспеченность разведанными запасами газа составляет - 70 лет, нефти - 40 лет, угля – 200 лет, урановой руды - 85 лет.
Потенциальные запасы органического топлива оцениваются в
7 трлн. т у.т. Солнечное излучение на планету Земля ежегодно составляет
84 трлн. т у.т. = 2,5∙1024 Дж.
В мире суммарное потребление ТЭР в 2006 г. оценивалось величиной
15,8 млрд. т у.т. (11 млрд. тонн нефтяного эквивалента).
Обеспечение первичными энергоресурсами играет ключевую роль в мировой энергетике. Из всех видов энергетических ресурсов органического происхождения (нефть, газ и уголь, составляющие до 85% первичных энергоресурсов) наибольшую тревогу вызывает ресурсная база обычных видов нефти, доля которых составляет до 38% объема потребления первичных энергоресурсов. Учитывая крайне неравномерное распределение в мире запасов обычных видов нефти (до 79% запасов сосредоточены в странах ОПЕК) и дальнейшее наращивание объемов потребления, уже к 2050 году можно ожидать значительного исчерпания ее запасов. В принципе начало истощения запасов нефти может наступить и гораздо раньше – к 2030 году, если принять во внимание колоссальный объем наращивания ее потребления: с 4250 млн. тонн в 2005 году до 6000 млн. тонн в 2030 году, как об этом говорится в прогнозе администрации в области энергетической информации Министерства энергетики США (Energy Information Administration of DOE, US).
Согласно докладу, опубликованному британской нефтяной компанией British Petroleum, мировых запасов нефти хватит еще на 40 лет. Об этом сообщает Интерфакс. По данным компании, крупнейшими нефтяными запасами в 262,7 млрд. баррелей обладает Саудовская Аравия, что составляет 22,9% от всех мировых запасов. На втором месте находится Иран с объемом запасов в 130,7 млрд. баррелей (11,4%), на третьем - Ирак (115 млрд. барелей и 10%). Ближний Восток хранит 63,3% мировых запасов нефти, Европа и Центральная Азия - 9,2% (из них 6%, или 69,1 млрд. баррелей запасов находятся в России). Африке принадлежит 8,9% нефтяных запасов, Латинской и Центральной Америке - 8,9%, Северной Америке - 5,5%, Юго-Восточной Азии и Океании - 4,2% мирового нефтяного богатства.
Распределение разведанных запасов нефти по регионам:
Страны-лидеры по запасам нефти
| Страна | Запасы, млрд. баррелей | Запасы, в % от мировых |
| Саудовская Аравия | 262,7 | 22,9% |
| Иран | 130,7 | 11,4% |
| Ирак | 115,0 | 10,0% |
| Всего | 508,4 | 63,3% |
Снижение добычи нефти в долгосрочной перспективе на какой-то период можно компенсировать наращиванием добычи природного газа, являющегося наиболее экологически чистым из органических видов топлива. По данным того же американского источника, на 01.01.2006 года доказанные мировые запасы природного газа оцениваются на уровне 173,09 трлн. куб. м и еще не открытые запасы – на уровне 119,53 трлн. куб. м. Обеспеченность запасами газа в мире составляет около 64 лет. Несмотря на это, озабоченность вызывает проблема неравномерного распределения имеющихся запасов природного газа по отношению к рынкам сбыта. Основные запасы природного газа в 100,88 трлн. куб. м, или 58,3%, сосредоточены в трех странах: в России – 47,58 трлн. куб. м (27,5%), Иране – 27,50 трлн. куб. м (15,9%), Катаре – 25,80 трлн. куб. м (14,9%). Соответственно эти страны имеют наиболее высокую обеспеченность запасами газа: Россия – 74 года, Иран – 227 лет и Катар – 680.
К наименее обеспеченным запасами газа относятся следующие регионы и страны: страны Западной Европы – 11 лет, КНР – 9,8, Канада – 8,9, СА – 8,5 и Япония – 0,5 года.
Распределение разведанных запасов газа по регионам:
Страны-лидеры по запасам природного газа
| Страна | Запасы, трлн. м³ | Запасы, в % от мировых |
| Россия | 47,58 | 27,5% |
| Иран | 27,50 | 15,9% |
| Катар | 25,80 | 14,9% |
| Всего | 609,28 | 58,3% |
https://www.ng.ru/energy/2006-09-12/9_stavka.html
Распределение мировых запасов энергоресурсов по регионам:
| Страна | Уголь, % | Нефть, % | Газ, % |
| Африка | 8,9 | ||
| Австралия | 0,3 | - | |
| Ближний Восток | 63,3 | 37,5 | |
| Западная Европа | 2,7 | ||
| Россия | 6,5 | 27,5 | |
| Северная Америка | 5,5 | ||
| Юго-Восточная Азия | 4,2 | ||
| Южная Америка | 8,6 |
Распределение мировых запасов угля по регионам:
Страны-лидеры по запасам каменного угля
| Страна | Запасы, млрд. т | Запасы, в % от мировых |
| США | 246,6 | 25% |
| Россия | 157,1 | 16% |
| Китай | 114,5 | 12% |
| Всего | 518,2 | 53% |
Уран очень широко распространен в земной коре. Однако выгодно разрабатывать те месторождения, которые содержат не менее 0,1% урана в руде. По данным МАГАТЭ разведанные запасы такого урана составляют 2,3 млн. т. Первое место в мире по разведанным запасам занимает Австралия – 40 %. За ней идут Казахстан и Канада. В этих трех государствах сосредоточены около половины мировых запасов урана. Кроме них, в первую десятку входят (в порядке убывания) Узбекистан, ЮАР, Бразилия, Намибия, США, Нигер, Россия.
Страны-лидеры по запасам урана
| Страна | Запасы, тыс. т | Запасы, в % от мировых |
| Австралия | 40% | |
| Канада | 8% | |
| Казахстан | 7% | |
| Всего | 55% |
Практически во всех государствах мира, и дефицитных, и избыточных по запасам энергоносителей, в топливном балансе присутствуют три вида органического топлива — нефть, газ, уголь. При этом доля каждого из этих видов не превышает 50%, что подтверждает необходимость диверсификации видов топлива в балансе и нашей республики (табл. 1 и табл.2).
Таблица 1. Динамика и структура мирового потребления первичных энергоресурсов.
| Наименование показателей | 1971г., млн. тут. | 1971 г.,% к итогу | 2000 г.,млн. тут. | 2000г., % к итогу | 2030 г.,млн. тут. | 2030 г., % к итогу |
| Всего | 8 029 | 100,0 | 14 488 | 100,0 | 23 410 | 100,0 |
| в т.ч.: нефть | 3 515 | 43,8 | 5 175 | 35,7 | 8 284 | 35,5 |
| уголь | 2 082 | 25,9 | 3 382 | 23,3 | 5 178 | 22,1 |
| газ | 1 285 | 16,0 | 2 994 | 20,7 | 6 036 | 25,8 |
| атомная энергия | 0,5 | 6,7 | 1 010 | 4,3 | ||
| гидроэнергия | 1,9 | 2,3 | 2,2 | |||
| возобновляемые энергоресурсы | 1,3 | 2,3 | 3,8 | |||
| биомасса и отходы | 10,6 | 1 307 | 9,0 | 1 486 | 6,3 |
Таблица 2.
Структура потребления энергоресурсов по отдельным государствам мира в 2005 г., %
| Страна | Нефть | Природный газ | Уголь | АЭС | ГЭС | Всего |
| Болгария | 24,6 | 14,3 | 36,5 | 20,7 | 3,9 | 100,0 |
| Чешская Республика | 22,3 | 17,3 | 46,2 | 12,6 | 1,6 | 100,0 |
| Дания | 52,9 | 26,2 | 20,9 | 0,0 | 0,0 | 100,0 |
| Финляндия | 43,0 | 14,1 | 9,8 | 21,0 | 12,1 | 100,0 |
| Франция | 35,5 | 15,5 | 5,0 | 39,1 | 4,9 | 100,0 |
| Германия | 37,5 | 23,9 | 25,3 | 11,4 | 1,9 | 100,0 |
| Венгрия | 28,2 | 48,6 | 10,8 | 12,4 | 0,0 | 100,0 |
| Польша | 23,9 | 13,3 | 61,8 | 0,0 | 1,0 | 100,0 |
| Великобритания | 36,6 | 37,4 | 17,2 | 8,1 | 0,7 | 100,0 |
| Япония | 46,6 | 13,9 | 23,1 | 12,6 | 3,8 | 100,0 |
| Южная Корея | 41,5 | 9,6 | 38,1 | 9,0 | 1,8 | 100,0 |
| Весь мир | 36,4 | 23,5 | 27,8 | 6,0 | 6,3 | 100,0 |
Данные о потреблении энергоресурсов в Республике Беларусь приведены в таблице 3.
Таблица 3. Потребление энергоресурсов в Республике Беларусь в 2005 г.
| Виды энергоресурсов | млн. т у.т. | % |
| Газ природный, включая газ попутный | 23,41 | 77,85 |
| Газ сжиженный | 0,35 | 1,16 |
| Газ НПЗ | 0,63 | 2,10 |
| Мазут | 1,74 | 5,79 |
| Уголь, включая кокс | 0,21 | 0,70 |
| МВТ, в том числе: торф, лигнин | 0,67 | 2,23 |
| дрова | 1,33 | 4,41 |
| прочие виды МВТ | 0,60 | 2,00 |
| Итого котельно-печное топливо | 28,94 | 96,24 |
| Чистый импорт электроэнергии | 1,13 | 3,76 |
| Всего | 30,07 | 100,0 |
В настоящее время около 85% потребляемой в стране электроэнергии вырабатывается на электростанциях белорусской энергосистемы. Генерирующие мощности Белорусской энергосистемы включают 32 тепловые электростанции (3 — конденсационные, 29 — теплофикационные ТЭЦ) с установленной мощностью более 7,8 ГВт, а также ряд мини-ТЭЦ и ГЭС, 36 районных котельных.
Таблица 4. Основные генерирующе мощности Белорусской энергосистемы.
| Лукомльская ГРЭС | 2405 МВт |
| Березовская ГРЭС | 930 МВт |
| Минская ТЭЦ-4 | 1030 МВт |
| Гомельская ТЭЦ-2 | 540 МВт |
| Новополоцкая ТЭЦ | 505 МВт |
| Минская ТЭЦ-3 | 420 МВт |
| Могилевская ТЭЦ-2 | 350 МВт |
| Минская ТЭЦ-5 | 330 МВт |
От состояния электроэнергетического комплекса во многом зависит энергетическая безопасность республики. Под энергетической безопасностью понимают способность обеспечить конечных потребителей энергией в необходимом количестве и необходимого качества в нормальных и чрезвычайных условиях.
Энергетическая безопасность определяется тремя факторами:
1). Энергетическая безопасность прежде всего определяется долей собственных топливно-энергетических ресурсов (ТЭР) в общем энергобалансе. Чем она больше - тем лучше.
2). Следующий фактор - их разнообразие (диверсификация видов топлива и энергии) потому что, даже если страна полностью обеспечена каким-то одним видом ТЭР, это еще не значит, что она неуязвима. Вот Россия - одна из самых богатых в мире стран по запасам природного газа. Но, поскольку его доля в общем энергопотреблении возросла до 62%, уже несколько лет назад РФ перешла порог энергетической безопасности.
Считается нормальным использование в равных пропорциях не менее трех основных видов топлива, например угля, мазута и природного газа. Или как в Германии - урана, угля и природного газа. Однако для каждой страны эти пропорции определяются индивидуально.
Например, в США структура различных источников получения электроэнергиии следующая: - 49.7% электроэнергии за счет сжигания каменного угля, АЭС занимают второе место (19.3%), газовые электростанции - третье (18.7%). На долю гидроэлектростанций приходится 6.5% вырабатываемой электроэнергии; на долю электростанций, использующих возобновляемые источники (солнце, ветер и пр.) - 3.7%. 3% своего электричества США получают за счет сжигания нефтепродуктов.
Структура источников вырабатываемой электроэнергии в США:
3). Важнейшим принципом обеспечения энергетической безопасности является диверсификация поставщиков топлива и энергии. Экономика не должна чрезмерно зависеть от какого-либо одного поставщика ТЭР и недопустима моноструктура топливно-энергетического баланса.
В настоящее время в государстве сложилась непростая ситуация с обеспечением энергетической безопасности:
- вклад собственных ресурсов в обеспечение потребителей республики котельно-печным топливом — порядка 16,5%,
- доля природного газа в топливном балансе белорусской энергосистемы превышает 95% и составляет 79% в балансе котельно-печного топлива страны,
- почти 99% импортируемых энергоресурсов закупаются в одной стране России,
- более 60% энергетического оборудования выработало свой технический ресурс.
По диверсификации поставщиков газ - только из России, 20-30% электроэнергии импортируем примерно поровну из России и Литвы.
Расчеты показывают, что экономически выгодным для Беларуси может оказаться вариант, при котором к концу 2020 г. доля природного газа в энергобалансе страны составит 63%, ядерного топлива - 28%, возобновляемых источников энергии - 7% и мазута - 3%.
Одним из основных показателей, определяющих эффективность использования ТЭР, является энергоёмкость ВВП, определяемая отношением суммарного объёма использованных ТЭР к стоимости внутреннего продукта в сопоставимых ценах.
Показатели энергоемкости ВВП для стран с динамично развивающимся энерго комплексом приведены ниже (таблица 5).
Таблица 5. Показатели энергоемкости ВВП
| Страна | Энергоемкость | |
| кг н.э./долл | кг у.т./долл. | |
| Великобритания | 0,14 | 0,20 |
| Германия, Франция, | 0,16 | 0,23 |
| Япония, Норвегия | 0,16 | 0,23 |
| Швеция | 0,21 | 0,30 |
| США | 0,22 | 0,31 |
| Китай | 0,23 | 0,33 |
| Финляндия | 0,26 | 0,37 |
| Канада | 0,28 | 0,40 |
| Беларусь | 0,43 | 0,61 |
| Россия | 0,49 | 0,70 |
| Украина | 0,50 | 0,71 |
| Казахстан | 0,53 | 0,76 |
Учитывая мировой опыт потребления ТЭР. а также имеющиеся аналитическо-информационные материалы по динамике энергоемкости ВВП развитых стран, необходимо снизить этот показатель и максимально приблизить его к уровню государств - лидеров. Следует отметить, что что низкая энергоемкость ВВП не всегда обеспечивает высокую эффективность использования топливно-энергетических ресурсов и, как следствие, может не соответствовать высокому уровню развития экономики. Например, энергоемкость ВВП в КНР (0,33 кг у.т./долл.) незначительно отличается от аналогичного показателя в США (0,31 кг у.т./долл.). Хотя очевидно, что фактическое состояние экономики этих государств, и в первую очередь качество жизни в них, не подлежит сравнению. В частности, уровень дохода на душу населения в Соединенных Штатах составляет примерно 35 тыс. долл. в год, в Китае — 3 тыс. Для сравнения: в Республике Беларусь этот показатель равен 7 тыс, долл., Украине — 6 тыс., России — 10 тыс. долл. в год.
Если же сравнивать производственную сферу Китая и нашей республики, то в первом случае очевидно обеспечение развития производства за счет ручного труда, в то время как по объему производства ВВП на душу населения мы находимся на одном уровне с Россией, значительно превосходя КНР.
По информации В.Семашко, с 1995 по 2005 годы рост ВВП составил 193%, а потребление энергии при этом возросло всего на 2,3%. "Если семь-восемь лет назад энергоемкость ВВП составляла примерно 750 кг н.э. (1073 кг у т) на
1 тыс. долларов ВВП, то уже в 2006 году энергоемкость ВВП составила
415 кг н.э. (593 кг у.т) на 1 тыс. долларов ВВП. В 2007 году она снизилась до 365 кг (522 кг у.т) на 1 тыс. долларов ВВП" — сообщил первый вице-премьер. Но тем не менее в настоящее время в Беларуси энергоемкость ВВП в 2-2,5 раза выше, чем в развитых странах Европы. Так соответствующий показатель в Бельгии, Голландии, Франции составляет 150-180 кг н.э. (215-257кг у.т) на
1 тыс. долларов валового внутреннего продукта.