18 Март 2011

Основы энергосбережения — курс лекций




Это означает, что 64–61% топлива используется «впустую», загрязняя окружающую среду в виде тепловых вы-бросов в атмосферу. КПД ТЭЦ примерно в 2 раза выше, чем КПД ТЭС. Поэтому использование ТЭЦ является существенным фак-тором энергосбережения.

Атомная электростанция отличается от ТЭС тем, что котел заменен ядерным реактором. Теплота ядерной реакции использу-ется для получения пара.

Первичной энергией на АЭС является внутренняя ядерная энергия, которая при делении ядра выделяется в виде колоссаль-ной кинетической энергии, которая, в свою очередь, превращается в тепловую. Установка, где идут эти превращения, называется ре-актором.

Через активную зону реактора проходит вещество теплоно-ситель, которое служит для отвода тепла (вода, инертные газы и т.д.). Теплоноситель уносит тепло в парогенератор, отдавая его воде. Образующийся водяной пар поступает в турбину. Регули-рование мощности реактора производится с помощью специаль-ных стержней. Они вводятся в активную зону и изменяют поток нейтронов, а значит, и интенсивность ядерной реакции.

Природное ядерное горючее атомной электрической станции – уран. Для биологической защиты от радиации используется слой бетона в несколько метров толщиной.

При сжигании 1 кг каменного угля можно получить 8 кВт•ч электроэнергии, а при расходе 1 кг ядерного топлива вырабаты-вается 23 млн. кВт•ч электроэнергии.

Более 2000 лет человечество использует водную энергию Земли. Теперь энергия воды используется на гидроэнергетических установках (ГЭУ) трех видов:

1) гидравлические электростанции (ГЭС), использующие энергию рек;

2) приливные электростанции (ПЭС), использующие энергию приливов и отливов морей и океанов;

3) гидроаккумулирующие станции (ГАЭС), накапливаю-щие и использующие энергию водоемов и озер.

Гидроэнергетические ресурсы в турбине ГЭУ преобразуются в механическую энергию, которая в генераторе превращается в электрическую.

Таким образом, основными источниками энергии являются твердое топливо, нефть, газ, вода, энергия распада ядер урана и других радиоактивных веществ.

НЕТРАДИЦИОННАЯ ЭНЕРГЕТИКА И ЕЕ ХАРАКТЕРИСТИКА

Главным фактором роста энергопроизводства является рост численности населения и прогресс качества жизни общества, кото-рый тесно связан с потреблением энергии на душу населения. Сейчас на каждого жителя Земли приходится 2 кВт, а признанная норма качества – 10 кВт (в развитых странах). Если все население Земли рано или поздно должно иметь душевое потребление

10 кВт, то с учетом теплового барьера численность населения не должна превышать 10 млрд. чел. Таким образом, развитие энерге-тики на невозобновляемых ресурсах ставит жесткий предел чис-ленности населения планеты. Однако уже через 75 лет население Земли может достигнуть 20 млрд. чел. Отсюда видно: уже сейчас надо думать о сокращении темпов прироста населения примерно вдвое, к чему цивилизация совсем не готова. Очевиден надвигаю-щийся энергодемографический кризис. Это еще один веский аргу-мент в пользу развития нетрадиционной энергетики.

Многие специалисты энергетики считают, что единственный способ преодоления кризиса – это масштабное использование возобновляемых источников энергии: солнечной, ветровой, океанической, или как их еще называют нетрадиционных. Правда, ветряные и водяные мельницы известны с незапамятных времен, и в этом смысле они – самые, что ни есть традиционные.

В наши дни поворот к использованию энергии ветра, солнца, воды происходит на новом более высоком уровне развития науки и техники.

Использование традиционных энергоресурсов, кроме по-глощения кислорода, приводит к значительному загрязнению ок-ружающей среды. Ограниченность энергоресурсов, влияние их использования на состав атмосферного воздуха и другие негатив-ные воздействия на окружающую среду (образование отходов, нарушение пластов земной коры, изменение климата) вызывают повышенный интерес во всем мире к нетрадиционным источникам энергии, к которым относятся: солнечная энергия; энергия ветра; геотермальная энергия; энергия океанов и морей в виде ак-кумулированной теплоты, морских течений, морских волн, при-ливов и отливов, использование водорослей, сельскохозяйствен-ных и городских отходов, биомассы.

Экономическое сравнение электростанций разного типа (на 1991 год) представлено в табл. 2.1.

Таблица 2.1

Экономическое сравнение электростанций разного типа

Тип электростан-ции Затраты на строитель-ство,

USD/кВт Стоимость произведен-ной

энергии, цент/кВт•ч

ТЭС на угле 1000 – 1400 5,2 – 6,3

АЭС 2000 – 3500 3,6 – 4,5

ГЭС 1000 – 2500 2,1 – 6

ВЭС 300 – 1000 4,7 – 7,2

Приливные (ПЭС) 1000 – 3500 5 – 9

Волновые От 13000 от 15

Солнечные (СЭС) От 14000 от 20

Экономически целесообразным считается строительство электростанций с удельными капитальными затратами до 2000 USD/кВт.

К 2010 году страны Европейского союза (ЕС) планируют увеличить использование нетрадиционных источников энергии до 8% в общем объеме энергопотребления.

Удельные мощности нетрадиционных возобновляемых ис-точников энергии (НВИЭ) для сопоставления и сравнения с тра-диционными источниками представлены в табл. 2.2.

Таблица 2.2

Удельные мощности нетрадиционных возобновляемых

источников энергии

Источник Мощность, Вт/м2 Примечание

Солнце 100 – 250

Ветер 1500 — 5000 При скорости 8-12 м/с, может быть и больше в

зависимости от скорости вет-ра

Геотермальное тепло 0.06

Ветровые океанические

волны 3000 Вт/пог.м Может достигать 10000 Вт/пог.м

Для сравнения:

Двигатель внутреннего сгорания

Турбореактивный двига-тель

Ядерный реактор

Около 100 кВт/л

До 1 МВт/л

До 1 МВт/л

Говоря о НВИЭ, необходимо также отметить, что многие из них на единицу произведенной электроэнергии и обеспечение функционирования требуют расхода природных источников энергии (табл. 2.3).

Таблица 2.3

Энергетические потребности для производства электроэнергии при использовании возобновляемых источников

Тип энергетической установки Расход энергии природного ис-точника на единицу произведенной электроэнергии, отн.ед.

Установка на биомассе 0,82 – 1,13

ГеоТЭС 0,08 – 0,37

ГЭС малой мощности

большой мощности 0,03 – 0,12

0,09 – 0,39

Солнечная фотоэлектрическая ус-тановка:

наземная

спутниковая

0,47

0,11 – 0,48

Солнечная теплоустановка (зерка-ла)

0,15 – 0,24

Приливная станция 0,07

Ветроэнергетическая установка 0,06 – 1,92

Волновая станция 0,3 – 0,58

Ветроэнергетика.