Теплоносители: виды, преимущества и недостатки. Использование энергии воды, ветра, биомассы, геотермальной и солнечной энергии

Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

Вопрос №1. Теплоносители. Основные требования к выбору теплоносителей

Вопрос №2. Горячая вода, водяной пар, дымовые газы и воздух как теплоносители. Преимущества и недостатки

Вопрос №3. Анализ основных видов тепловых ВЭР текстильной промышленности

Вопрос №4. Возобновляемые источники энергии. Использование энергии воды, геотермальной энергии, энергии биомассы, солнечной энергии, энергии ветра

Вопрос №5. Ценовое и тарифное регулирование в области энергосбережения

Задача №5

Литература



Вопрос №1. Теплоносители. Основные требования к выбору теплоносителей

Теплоносители - движущаяся среда, применяемая для передачи теплоты от более нагретого тела к менее нагретому. Теплоносители служат для охлаждения, сушки, термической обработки и т. п. процессов в системах теплоснабжения, отопления, вентиляции, в технологических тепловых и др. устройствах. Наиболее распространенные теплоносители: топочные (дымовые) газы, вода, водяной пар, жидкие металлы (калий, натрий, ртуть), фреоны, аэровзвеси сыпучих материалов и т. д. Теплоносители могут в процессе передачи теплоты изменять свое агрегатное состояние (кипящие жидкости, конденсирующиеся пары) или сохранять его неизменным (некипящие жидкости, перегретые пары, неконденсирующиеся газы). В первом случае температура теплоносителя остается неизменной, т. к. передается лишь теплота фазового перехода; во втором случае температура теплоносителя изменяется (понижается или повышается). Особые требования предъявляются к теплоносителям в ядерных реакторах.

К веществам, используемым в качестве теплоносителей, предъявляют ряд специфических требований. Теплоноситель должен быть удобен для транспортировки от источника тепловой энергии к потребителю. Наиболее подходят жидкие и газообразные теплоносители, которые можно транспортировать по трубопроводам. Единицей объема теплоносителя должно переноситься максимальное количество теплоты. Следовательно, удельная (на единицу массы) энтальпия теплоносителя у источника и потребителя должна изменяться максимально, насколько это возможно, а плотность теплоносителя должна быть наибольшей. Выполнение этих условий позволяет уменьшить сечение трубопровода, по которому он движется, а также уменьшить скорость движения.

Если агрегатное состояние теплоты не изменяется, теплоноситель должен иметь максимальную удельную (на единицу массы) теплоемкость. Теплоноситель должен также иметь минимальную вязкость. Выполнение этого требования совместно с выполнением требования максимальной плотности позволяет добиться минимальных гидравлических потерь при движении теплоносителя и, следовательно, снизить затраты энергии на его транспортировку.

В процессе подвода и отвода теплоты должны быть обеспечены максимальные значения коэффициента теплоотдачи. Выполнение этого требования позволяет уменьшить площадь поверхности теплообменных аппаратов, а, в конечном счете, снизить их стоимость и эксплуатационные расходы. Теплоноситель должен позволять производить доставку теплоты на необходимом температурном уровне. Соблюдение этого требования необходимо для достижения рабочей температуры в потребителе теплоты. Теплоноситель должен позволять регулировать уровень температуры. Выполнение этого условия дает возможность регулировать температурный режим потребителя теплоты. Рабочее давление теплоносителя по возможности должно быть близко к атмосферному. Это позволяет уменьшить толщину стенок трубопроводов, теплообменных аппаратов, упростить конструкцию уплотнительных устройств, Теплоноситель должен быть термостойким, т.е. не разлагаться при рабочих температурах. Теплоноситель должен иметь низкую химическую активность. Выполнение этого условия позволяет при изготовлении трубопроводов использовать дешевые конструкционные материалы. Теплоноситель должен быть нетоксичен. Единственными нетоксичными теплоносителями являются вода, водяной пар и воздух. Теплоноситель должен быть сравнительно дешевым и доступным. Выполнение этого требования дает возможность снизить капитальные затраты и эксплуатационные расходы.



Вопрос №2. Горячая вода, водяной пар, дымовые газы и воздух как теплоносители. Преимущества и недостатки

К основным теплоносителям относятся следующие вещества:

Вода широко используется в качестве теплоносителя, особенно для отопления. К преимуществам воды как теплоносителя следует отнести ее высокую плотность, удельную теплоемкость, сравнительно низкую вязкость, высокие значения коэффициента теплоотдачи, низкую химическую активность, нетоксичность, дешевизну и доступность, возможность регулирования уровня температуры. Недостатком воды является ограниченный верхний уровень температуры. Подогрев воды осуществляется в специальных водогрейных котлах, в нагревательных установках, ТЭЦ и котельных. Горячую воду, как правило, транспортируют по трубопроводам на расстояния до 20 км. При этом снижение температуры воды в хорошо теплоизолированном трубопроводе не превышает 1°С на 1 км.

Водяной пар - самый распространенный теплоноситель для производственных целей. Его преимуществами являются высокая теплота парообразования, высокие значения коэффициента теплоотдачи при кипении воды и при конденсации пара, возможность поддержания постоянного режима теплоиспользующего оборудования благодаря постоянству температуры при конденсации, нетоксичность, доступность. Водяной пар имеет сравнительно невысокую вязкость и приемлемую плотность. Основным его недостатком является ограниченный верхний предел температуры. Для повышения температуры насыщенного пара необходимо значительно повышать давление. Подача перегретого пара в рекуперативные теплообменники нецелесообразна, так как теплота перегрева мала по сравнению с теплотой парообразования. Так как давление пара, полученного в парогенераторах, обычно выше, пар дросселируют до необходимого давления и лишь после этого направляют в паропровод. Транспортировку пара осуществляют, как правило, на расстояния до 5 км.

Топочные газы используют в качестве греющего теплоносителя в большинстве случаев на месте их получения для непосредственного нагревания материалов и изделий, качество которых не зависит от загрязнения продуктами сгорания. Преимуществом топочных газов является возможность их получения непосредственно у аппаратов, теплоснабжение которых они обеспечивают. При этом отпадает необходимость в теплотрассе, промежуточных теплообменниках, уменьшается металлоемкость теплоиспользующего оборудования. Применение топочных газов позволяет достичь любого практически необходимого уровня температуры и тем самым повысить производительность теплотехнологических установок. К недостаткам топочных газов следует отнести их низкую плотность и теплоемкость, низкие значения коэффициента теплоотдачи, способность загрязнять поверхность теплообмена, пожароопасность, токсичность.

Горячий воздух в технологии текстильного производства используют для сушки материалов, где он служит для доставки теплоты к материалу и уноса испарившейся влаги. К преимуществам горячего воздуха относятся его нетоксичность и доступность. Недостатками воздуха как теплоносителя являются низкие плотность и удельная теплоемкость, низкие значения коэффициента теплоотдачи. Перечисленные недостатки затрудняют процесс теплообмена, а также ограничивают расстояние возможной транспортировки воздуха.

Вопрос №3. Анализ основных видов тепловых ВЭР текстильной промышленности

К основным видам тепловых вторичных энергоресурсов текстильной промышленности следует отнести конденсат глухого пара, сбросные растворы и паровоздушную смесь. Оценивая показатели качества конденсата глухого пара как, вида ВЭР следует принимать во внимание сравнительно высокий уровень его температуры (порядка 120... 150° С), высокий коэффициент теплоотдачи [порядка 10000 Вт/(м²·К)]; плотность и сравнительно низкую вязкость; отсутствие загрязняющих примесей и низкую химическую активность, что позволяет использовать для изготовления теплообменной аппаратуры и трубопроводов конструкционные стали. Совокупность всех этих показателей дает возможность утилизировать теплоту конденсата, используя простые теплообменники с небольшой поверхностью теплообмена, а, следовательно, и при минимальных капитальных и эксплуатационных затратах. На текстильных предприятиях теплоту конденсата чаще всего применяют для нагрева технологической воды. При этом - охлаждение конденсата производят до температуры не ниже 70...80 °С, после чего возвращают конденсат на ТЭЦ или в котельную для использования его в качестве питательной воды котлоагрегатов. Переохлаждение конденсата до более низких температур приводит к повышению растворимости в нем различных газов, что в конечном итоге вызывает коррозию поверхностей трубопроводов и теплообменников.

Различают чистый и условно - чистый конденсат. Чистым называют конденсат, который не может быть загрязнен нагреваемой средой, например конденсат от сушильных машин. Чистый конденсат после утилизации его теплоты направляют непосредственно в котельную для использования в качестве питательной воды котлоагрегатов. Условно-чистым называют конденсат, который может быть загрязнен при наличии течи в теплообменнике, вызванной коррозией, механическими повреждениями, не плотностью соединений. Например, в машинах с разогревом жидкостей и растворов глухим паром получается условно - чистый конденсат. Условно чистый конденсат подвергают химическому анализу и в зависимости от степени его загрязнения направляют или в котлоагрегат, или на химводоподготовку, или сбрасывают в канализацию. В последнем случае охлаждение конденсата при утилизации его теплоты следует вести не до температуры 70…80 °С, а до возможно более низких температур (обычно до 35 ...40°С).

Несмотря на то, что конденсат глухого пара возвращается в котельную, его все же следует отнести к видам ВЭР, так как температура и соответственно энтальпия конденсата, возвращаемого в котлоагрегат, должна быть существенно ниже температуры (энтальпии) конденсата на выходе из теплоиспользующей установки. Возврат в котельную конденсата повышенных параметров, а тем более с наличием пролетного пара, приводит к увеличению расхода пара, требуемого для теплоснабжения теплоиспользующих установок, увеличению потерь теплоты при транспортировке конденсата, ухудшению гидравлического режима конденсатопроводов, перекачивающих насосов. При определении выхода вторичной теплоты с конденсатом энтальпию конденсата на выходе аз теплоутилизационной установки следует устанавливать соответственно требуемой температуре конденсата на входе в котлоагрегат.

Горячие сбросные растворы, как вид ВЭР, характеризуются сравнительно низким уровнем температуры (порядка 40...70°С), высокой химической активностью, высоким уровнем загрязнения. Первый из перечисленных недостатков не является существенным, гак как дли сбросных растворов характерны высокие значения коэффициента теплоотдачи порядка 4000 Вт (м²·К), что позволяет, несмотря на невысокий температурный напор, использовать теплоту горячих сбросных растворов для подогрева технологической воды с помощью небольших теплообменников. Высокая химическая активность горячих сбросных растворов требует выполнения теплообменной аппаратуры для утилизации их теплоты из коррозиестойких материалов, что существенно удорожает ее изготовление. Высокая степень загрязнения растворов требует их фильтрации перед подачей в теплообменник. Конструкция теплообменника должна позволять выполнение периодической Чистки поверхности теплообмена.

Паровоздушная смесь, как вид ВЭР, по показателям качества существенно уступает конденсату пара. Для отработавшего воздуха сушильных машин характерны сравнительно высокая температура порядка 60... 120 °С, низкий коэффициент теплоотдачи порядка 50 Вт/(м²*К), малая плотность, наличие примесей, способных загрязнять поверхность теплообмена. Совокупность этих показателей требует использования для утилизации теплоты паровоздушной смеси сравнительно громоздких теплообменников, позволяющих очищать поверхность теплообмена, установки фильтров предварительной очистка воздуха от частиц волокна в других примесей. Особенностью применения теплоты паровоздушной смеси валяется то, что при ее охлаждении ниже точки росы на поверхности теплообмена выпадает влага, а это может привести к коррозии элементов конструкции. Особую сложность представляет собой использование теплоты отработавшей паровоздушной смеси карбонизационных машин, так как она сильно загрязнена продуктами карбонизации. Перечисленные причины объясняют то обстоятельство, что теплота отработавшей паровоздушной смеси сушильных машин в текстильной промышленности используется редко, так как требуются сравнительно большие капитальные и эксплуатационные расходы. Тем не менее, утилизация теплоты паровоздушной смеси в настоящее время необходима, так как выход ВЭР этого вида соизмерим с суммарным выходом всех других видов вторичных энергоресурсов текстильной промышленности.

Источником отработавшей паровоздушной смеси являются не только сушильные машины, но и машины для влажно - тепловой обработки материала. Если сравнивать показатели качества, то паровоздушная смесь, выходящая из машины для влажно - тепловой обработки, имеет температуру не ниже 100 єС и значительно большее влагосодержание, чем паровоздушная смесь, выходящая из сушильных машин. Наименьшие значения содержания воздуха в отработавшей паровоздушной смеси характерны для таких машин, как восстановительные зрельники, запарные камеры. Соответственно снижение содержания воздуха при прочих равных условиях приводит к повышению энтальпии и паровоздушной смеси и коэффициента теплоотдачи от нее к поверхности теплообмена. Следовательно, показатели качества отработавшей паровоздушной смеси машин для влажно - тепловой обработки существенно выше, чем показатели качества паровоздушной смеси, получаемой от сушильных машин.

Вопрос №4. Возобновляемые источники энергии. Использование энергии воды, геотермальной энергии, энергии биомассы, солнечной энергии, энергии ветра

Энергия солнца

Ведущим экологически чистым источником энергии является Солнце. В настоящее время используется лишь ничтожная часть солнечной энергии из-за того, что существующие солнечные батареи имеют сравнительно низкий коэффициент полезного действия и очень дороги в производстве. Однако не следует сразу отказывать от практически неистощимого источника чистой энергии: по утверждениям специалистов, гелиоэнергетика могла бы одна покрыть все мыслимые потребности человечества в энергии на тысячи лет вперед. Возможно, также повысить КПД гелиоустановок в несколько раз, а разместив их на крышах домов и рядом с ними, мы обеспечим обогрев жилья, подогрев воды и работу бытовых электроприборов даже в умеренных широтах, не говоря уже о тропиках. Для нужд промышленности, требующих больших затрат энергии, можно использовать километровые пустыри и пустыни, сплошь уставленные мощными гелиоустановками. Но перед гелиоэнергетикой встает множество трудностей с сооружением, размещением и эксплуатацией гелиоэнергоустановок на тысячах квадратных километров земной поверхности. Поэтому общий удельный вес гелиоэнергетики был и останется довольно скромным, по крайней мере, в обозримом будущем. На протяжении миллиардов лет Солнце ежесекундно излучает огромную энергию. Около трети энергии солнечного излучения, попадающего на Землю, отражается ею и рассеивается в межпланетном пространстве. Много солнечной энергии идёт на нагревание земной атмосферы, океанов и суши. В настоящее время в народном хозяйстве достаточно часто используется солнечная энергия - гелиотехнические установки (различные типы солнечных теплиц, парников, опреснителей, водонагревателей, сушилок). Солнечные лучи, собранные в фокусе вогнутого зеркала, плавят самые тугоплавкие металлы. Ведутся работы по созданию солнечных электростанций, по использованию солнечной энергии для отопления домов и т.д. Практическое применение находят солнечные полупроводниковые батареи, позволяющие непосредственно превращать солнечную энергию в электрическую.

Ветер

Потенциал энергии ветра подсчитан более менее точно: по оценке Всемирной метеорологической организации ее запасы в мире составляют 170 трлн кВт·ч в год. Ветроэнергоустановки разработаны и опробованы настолько основательно, что вполне прозаической выглядит картина и сегодняшнего небольшого ветряка, снабжающего дом энергией вместе с фермой, и завтрашних тысяч гигантских сотнеметровых башен с десятиметровыми лопастями, выстроенных цепью там, где постоянно дуют сильные ветры, вносящих тоже свой немаловажный “процент” в мировой энергобаланс.

У энергии ветра есть несколько существенных недостатков, которые затрудняют ее использование, но отнюдь не умаляют ее главного преимущества - экологической чистоты. Она сильно рассеяна в пространстве, поэтому необходимы ветроэнергоустановки, способные постоянно работать с высоким КПД. Ветер очень непредсказуем - часто меняет направление, вдруг затихает даже в самых ветреных районах земного шара, а иногда достигает такой силы, что ломает ветряки. Ветроэнергостанции не безвредны: они мешают полетам птиц и насекомых, шумят, отражают радиоволны вращающимися лопастями. Но, как мы увидим дальше эти недостатки можно уменьшить, а то и вовсе свести на нет.

В настоящее время разработаны ветроэнергоустановки, способные эффективно работать при самом слабом ветре. Шаг лопасти винта автоматически регулируется таким образом, чтобы постоянно обеспечивалось максимально возможное использование энергии ветра, а при слишком большой скорости ветра лопасть столь же автоматически переводится во флюгерное положение, так что авария исключается.

Разработаны и действуют так называемые циклонные электростанции мощностью до ста тысяч киловатт, где теплый воздух, поднимаясь в специальной 15-метровой башне и смешиваясь с циркулирующим воздушным потоком, создает искусственный “циклон”, который вращает турбину. Такие установки намного эффективнее и солнечных батарей и обычных ветряков.

Чтобы компенсировать изменчивость ветра, сооружают огромные “ветряные фермы”. Ветряки при этом стоят рядами на обширном пространстве, потому что их нельзя ставить слишком тесно - иначе они будут загораживать друг друга. Такие “фермы” есть в США, во Франции, в Англии, но они занимают много места; в Дании “ветряную ферму” разместили на прибрежном мелководье Северного моря, где она никому не мешает, и ветер устойчивее, чем на суше.

Положительный пример по использованию энергии ветра показали Нидерланды и Швеция, которая приняла решение на протяжении 90-х годов построить и разместить в наиболее удобных местах 54 тысячи высокоэффективных энергоустановок. В мире сейчас работает более 30 тысяч ветроустановок разной мощности. Германия получает от ветра 10% своей электроэнергии, а всей Западной Европе ветер дает 2500 МВт электроэнергии.

Гидроэнергия

Гидроэнергостанции - еще один из источников энергии, претендующих на экологическую чистоту. В начале XX века крупные и горные реки мира привлекли к себе внимание, а концу столетия большинство из них было перегорожено каскадами плотин, дающими баснословно дешевую энергию. Однако это привело к огромному ущербу для сельского хозяйства и природы вообще: земли выше плотин подтоплялись, ниже - падал уровень грунтовых вод, терялись огромные пространства земли, уходившие на дно гигантских водохранилищ, прерывалось естественное течение рек, загнивала вода в водохранилищах, падали рыбные запасы и т.п. На горных реках все эти минусы сводились к минимуму, зато добавлялся еще один: в случае землетрясения, способного разрушить плотину, катастрофа могла привести к тысячам человеческих жертв. Поэтому современные крупные ГЭС не являются действительно экологически чистыми. Минусы ГЭС породили идею “мини-ГЭС”, которые могут располагаться на небольших реках или даже ручьях, их электрогенераторы будут работать при небольших перепадах воды или движимые лишь силой течения. Эти же мини-ГЭС могут быть установлены и на крупных реках с относительно быстрым течением.

Детально разработаны центробежные и пропеллерные энергоблоки рукавных переносных гидроэлектростанций мощностью от 0.18 до 30 киловатт. При поточном производстве унифицированного гидротурбинного оборудования “мини-ГЭС” способны конкурировать с “макси” по себестоимости киловатт-часа. Несомненным плюсом является также возможность их установки даже в самых труднодоступных уголках страны: все оборудование можно перевезти на одной вьючной лошади, а установка или демонтаж занимает всего несколько часов.

Еще одной очень перспективной разработкой, не получившей пока широкого применения, является недавно созданная геликоидная турбина Горлова (по имени ее создателя). Ее особенность заключается в том, что она не нуждается в сильном напоре и эффективно работает, используя кинетическую энергию водяного потока - реки, океанского течения или морского прилива. Это изобретение изменило привычное представление о гидроэнергостанции, мощность, которой ранее зависела только от силы напора воды, то есть от высоты плотины ГЭС.

Энергия приливов и отливов

Несоизмеримо более мощным источником водных потоков являются приливы и отливы. Подсчитано, что потенциально приливы и отливы могут дать человечеству примерно 70 млн. миллиардов киловатт-часов в год. Для сравнения: это примерно столько же энергии, сколько может дать использование в энергетических целях разведанных запасов каменного и бурого угля, вместе взятых; вся экономика США 1977 г. базировалась на производстве 200 млрд. киловатт-часов, вся экономика СССР того же года - на 1150 млрд., хрущевский “коммунизм” к 1980 г. должен был быть построен на 3000 млрд. киловатт-часов. Образно говоря, одни только приливы могли бы обеспечить процветание на Земле тридцати тысяч современных “Америк” при максимально эффективном использовании приливов и отливов, но до этого пока далеко. Проекты приливных гидроэлектростанций детально разработаны в инженерном отношении, экспериментально опробованы в нескольких странах, в том числе и на Кольском полуострове. Продумана даже стратегия оптимальной эксплуатации приливной электростанции (ПЭС): накапливать воду в водохранилище за плотиной во время приливов и расходовать ее на производство электроэнергии, когда наступает “пик потребления” в единых энергосистемах, ослабляя тем самым нагрузку на другие электростанции.

На сегодняшний день ПЭС уступает тепловой энергетике: кто будет вкладывать миллиарды долларов в сооружение ПЭС, когда есть нефть, газ и уголь, продаваемые развивающимися странами за бесценок? В тоже время она обладает всеми необходимыми предпосылками, чтобы в будущем стать важнейшей составляющей мировой энергетики, такой, какой сегодня, к примеру, является природный газ.

Для сооружения ПЭС даже в наиболее благоприятных для этого точках морского побережья, где перепад уровней воды колеблется от 1-2 до 10-16 метров, потребуются десятилетия, или даже столетия. И все же процент за процентом в мировой энергобаланс ПЭС могут и должны начать давать уже на протяжении этого столетия.

Первая приливная электростанция мощностью 240 МВт была пущена в 1966 г. во Франции в устье реки Ранс, впадающей в пролив Ла-Манш, где средняя амплитуда приливов составляет 8.4 м. Открывая станцию, президент Франции Шарль де Голль назвал ее выдающимся сооружением века. Несмотря на высокую стоимость строительства, которая почти в 2.5 раза превосходит расходы на возведение речной ГЭС такой же мощности, первый опыт эксплуатации приливной ГЭС оказался экономически оправданным. ПЭС на реке Ранс входит в энергосистему Франции и в настоящее время эффективно используется.

Существуют также проекты крупных ПЭС мощностью 320 МВт (Кольская) и 4000 МВт (Мезенская) на Белом море, где амплитуда приливов составляет 7-10 м. Планируется использовать также огромный энергетический потенциал Охотского моря, где местами, например в Пенжинской губе, высота приливов достигает 12.9 м, а в Гижигинской губе - 12-14 м .

Благоприятные предпосылки для более широкого использования энергии морских приливов связаны с возможностью применения геликоидной турбины Горлова, которая позволяет сооружать ПЭС без плотин, сокращая расходы на строительство.

Энергия волн

Уже инженерно разработаны и экспериментально опробованы высокоэкономичные волновые энергоустановки, способные эффективно работать даже при слабом волнении или вообще при полном штиле. На дно моря или озера устанавливается вертикальная труба, в подводной части которой сделано “окно”; попадая в него, глубинная волна (а это - почти постоянное явление) сжимает воздух в шахте, а тот крутит турбину генератора. При обратном движении воздух в турбине разрежается, приводя в движение вторую турбину. Таким образом, волновая электростанция работает беспрерывно почти при любой погоде, а ток по подводному кабелю передается на берег.

Некоторые типы ВЭС могут служить отличными волнорезами, защищая побережье от волн и экономя, таким образом, миллионы долларов на сооружение бетонных волнорезов.

Под руководством директора Лаборатории энергетики воды и ветра Северо-Восточного университета в Бостоне был разработан проект первой в мире океанской электростанции. Она будет сооружена во Флоринском проливе, где берет начало Гольфстрим. На его выходе из Мексиканского залива мощность водяного потока составляет 25 млн. м3 в секунду, что в 20 раз превышает суммарный расход воды во всех реках земного шара! По подсчетам специалистов средства, вложенные в проект, окупятся в течение пяти лет.

В этой уникальной электростанции для получения тока мощностью 38 кВт будет использоваться турбина Горлова. Эта геликоидная турбина имеет три спиральные лопасти и под действием потока воды вращается в 2-3 раза быстрее скорости течения. В отличие от многотонных металлических турбин, применяемых на речных гидроэлектростанциях, размеры изготовленной из пластика турбины Горлова невелики (диаметр 50 см, длина 84 см), масса ее всего 35 кг. Эластичное покрытие поверхности лопастей уменьшает трение о воду и исключает налипание морских водорослей и моллюсков. Коэффициент полезного действия турбины Горлова в три раза выше, чем у обычных турбин.

Гольфстрим - не единственное океанское течение, которое может быть использовано для выработки энергии. Японские ученые, например, говорят о большой эффективности подобных сооружений на тихоокеанском течении Куросио. О его колоссальном энергетическом потенциале позволяют судить следующие цифры: у южной оконечности острова Хонсю ширина течения составляет 170 км, глубина проникновения - до 700 м, а объем потока - почти 38 млн. м3 в секунду!

Геотермальная энергия

Подземное тепло планеты - довольно хорошо известный и уже применяемый источник “чистой” энергии. В России первая геоТЭС мощностью 5 МВт была построена в 1966 г. на юге Камчатки, в долине реки Паужетки. В 1980 г. ее мощность составляла уже 11 МВт. В Италии, в районах Ландерелло, Монте-Амиата и Травеле, работают 11 таких станций общей мощностью 384 МВт. ГеоТЭС действуют также в США (Калифорния, Долина Больших Гейзеров), Исландии (у озера Миватн), Новой Зеландии, Мексики и Японии. Столица Исландии Рейкьявик получает тепло исключительно от горячих подземных источников. Но потенциальная мощность геотермальной энергетики намного выше.

Геологи открыли, что раскаленные до 180-200оС массивы на глубине 4-6 км занимают большую часть территории нашей страны, а с температурой до 100-150С встречаются почти повсеместно. Кроме того, на нескольких миллионах квадратных километров располагаются горячие подземные реки и моря с глубиной залегания до 3.5 км и с температурой воды до 200С - естественно, под давлением, - так что, пробурив ствол, можно получить фонтан пара и горячей воды без всякой электротеплоцентрали.

Гидротермальная энергия

Кроме геотермальной энергии активно используется тепло воды. Вода - это всегда хотя бы несколько градусов тепла, а летом она нагревается до 25 С. Почему бы не использовать часть этого тепла? Для этого необходима установка, действующая по принципу “холодильник наоборот”. Известно, что холодильник “выкачивает” из своей замкнутой камеры тепло и выбрасывает его в окружающую среду. Если пропускать воду через холодильный аппарат, то у нее тоже можно отбирать тепло. Горячий пар, который образуется в результате теплообмена, конденсируется, его температура поднимается до 110С, а затем его можно пускать либо на турбины электростанций, либо на нагревание воды в батареях центрального отопления до 60-65 С. На каждый киловатт-час затрачиваемой на это энергии природа дает 3 киловатт-часа! По тому же принципу можно получать энергию для кондиционирования воздуха при жаркой погоде.

Подобные установки наиболее эффективны при больших перепадах температур, как, например, в морях: на глубине вода очень холодна - около 4С, а на поверхности нагревается до 25 С, что составляет 20 градусов разницы! Все необходимые инженерные разработки уже проведены и опробованы экспериментально (например, у атолла Каваратти в Лаккадивском архипелаге около юго-западного побережья Индии), осталось только претворить их в жизнь везде, где имеются подходящие природные условия.

Биоэнергетика

Человечество может получить достаточное количество электроэнергии, не вырабатывая ее на ГЭС, АЭС или ТЭС, работающих на угле, нефти, природном газе и горючих сланцах. Можно необходимую энергию получать, используя альтернативные источники энергии, например ветровые, приливные, геотермальные, солнечные и волновые электростанции или ТЭС, работающие на биомассе.

Под альтернативной энергией понимаются биогаз, биодизель и другие углеводороды, полученные в результате переработки биомассы. Ресурсы данных источников колоссальны, но ограниченны. Альтернативная энергетика удовлетворить потребность человечества может только при экономии энергии. Например, в Индии правительство на федеральном и региональном уровнях выделяет значительные субсидии для реализации программ по установке усовершенствованных печей. К концу 2000 года в стране работало 32,6 миллиона таких печей. Использование улучшенных печей спасло от уничтожения более 13 миллионов тонн древесины в год. А если усовершенствовать печи по всему миру? Использование биомассы в энергетических целях дает большие перспективы: можно использовать отходы сельского хозяйства (получение биогаза в животноводстве, использование на ТЭС отходов растениеводства), а также получать топливо (выращивание энергетических лесов).

Что можно сделать из биомассы?

Биогаз. Всего в мире в настоящее время используется или разрабатывается около шестидесяти разновидностей технологий получения биогаза. Наиболее распространенный метод - анаэробное сбраживание в метатанках, или анаэробных колоннах. Биомасса (экскременты сельскохозяйственных животных; солома и прочие отходы растениеводства) сбраживаются в результате жизнедеятельности метанобактерий, в результате чего образуются биогаз и побочные продукты (витамин В, удобрение).

Биодизельное топливо

Биодизель - это экологически чистое топливо для дизельных двигателей, получаемое путем химической обработки растительного масла или животных жиров, которое может служить добавкой к дизельному топливу или полностью заменять его. Биодизель, как показали опыты, при попадании в воду не причиняет вреда растениям и животным. Кроме того, он подвергается практически полному биологическому распаду: в почве или в воде микроорганизмы за 28 дней перерабатывают 99 процентов биодизеля, что позволяет говорить о минимизации загрязнения рек и озер. Производство биодизеля позволяет ввести в оборот не используемые сельскохозяйственные земли, создать новые рабочие места в сельском хозяйстве, машиностроении, строительстве и т.д. Например, в России с 1995 по 2005 год посевные площади сократились на 25,06 миллиона гектаров.

теплоноситель энергосбережение ценовой тарифный

Вопрос №5. Ценовое и тарифное регулирование в области энергосбережения

Ключевым звеном в экономическом механизме стимулирования энергосбережения является система тарифов на энергоносители. Общий принцип тарифообразования в условиях регулируемой рыночной экономики заключается в соответствии тарифов на энергоносители и цен на топливо для всех категорий потребителей (промышленность, транспорт, энергетика, сельское хозяйство, коммунально-бытовой сектор) фактическим затратами на производство и транспорт всех видов энергоносителей одной стороны, система тарифов служит важным элементом системы управления энергосбережением, с другой - средством государственного регулирования взаимоотношений поставщиков и потребителей энергии для реализации энергетической политики.

Тарифы, в том числе на электрическую и тепловую энергию, воду, газ, являются разновидностью монопольной цены, отличаются от цен на вещественную продукцию относительно большей устойчивостью и более сложным дифференцированием ставок, в большей степени подвержены государственному регулированию. Тарифы, как и цены, представляют собой денежное выражение стоимости продукции и призваны возмещать сумму всех затрат предприятия на производство и продажу продукции, обеспечивая прибыль.

В Беларуси цены на энергоносители резко возросли. Сложилась порочная практика перекрестного субсидирования на оплату за энергоносители, которая не стимулирует потребителей эффективному энергоиспользованию. Суть ее состоит в том, что промышленные предприятия при оплате за энергию вынуждены покрывать льготы, предоставленные населению и сельскому хозяйству. Сегодня жильцы оплачивают лишь 1/3 стоимости услуг по воде и теплоснабжению, 2/3 - по электроэнергии и 35% стоимости газа. В результате население не заинтересовано в учете и уменьшении расхода энергоносителей. Необоснованно высокие тарифы на энергоносители для промышленной группы потребителей приводят к тому, что многие из них создают альтернативные автономные источники энергии, уходя от перекрестного субсидирования. Усугубляется положение части промышленных потребителей, использующих энергию от централизованных источников. Увеличивается доля расходов на тепло в себестоимости производимой ими продукции, падает её конкурентоспособность при увеличении цены. Структура цен толкает потребителей к нерациональному использованию электроэнергии на цели теплоснабжения.

Таким образом, экономически необоснованные энергетические тарифы приводят к негативным последствиям государственного масштаба. Необходим отказ от перекрестного субсидирования. Система тарифов должна создавать условия для эффективного использования энергоносителей всеми категориями потребителей. В настоящее время для расчетов с потребителями в Беларуси применяются одно- и двухставочные тарифы на электроэнергию. Одноставочные тарифы служат для расчетов с населением, учреждениями, организациями, маломощными промышленными потребителями с присоединенной мощностью до 750 кВт, с предприятиями сельского хозяйства и электрифицированным транспортом. Размер платы определяется как произведение цены за единицу энергии на общее потребленное ее количество за данный промежуток времени:

П=Тэ·Э, (1)

где Тэ - тариф на электроэнергию, руб/кВт·ч,

Э - объем отпущенной электроэнергии, кВт·ч.

Количество потребленной энергии учитывается по счетчикам, установленным у потребителей.

Недостаток одноставочного тарифа - экономическая незаинтерссованностъ потребителей, в выравнивании графика за счет снижения пиков нагрузки, что облегчило бы условия работы и улучшило экономические показатели энергосистемы Положительной же стороной этого тарифа является его простота, понятность абонентам и минимум измерительных приборов учета - счетчиков активной энергии.

Для расчетов с промышленными потребителями с присоединенной мощностью 750 кВт и выше применяется двухставочный тариф, состоящий из двух частей:

- основной ставки за 1 кВт мощности, участвующей в максимуме нагрузки ЭС

- дополнительной ставки за 1 кВт*ч потреблённой энергии, как при расчетах по одноставочному тарифу.

Одно- и двухставочные тарифы, весьма грубо отражая реальный процесс энергопотребления, не позволяют устранить противоречие между заинтересованностью ЭС. продать как можно больше энергии для поучения наибольшей прибыли, интересами потребителей в получении энергии в необходимое для них время по более низкой цене и интересами государства в целом по рациональному использованию национале энергоресурсов и меньшим затратам на приобретение импортных. Развитие тарифных систем во всей мировой практике направлено на гармонизацию интересов поставщиков, потребителей энергии и государства.

Принципы и функции тарифов в условиях регулируемой рыночной экономики:

В Республике Беларусь взят стратегический курс на создание регулируемой рыночной экономики. Так как государство обладает естественной монополией на энергоснабжение, то оно и устанавливает тарифы на энергию. При этом основными принципами являются следующие:

* соответствие тарифов реальным затратам на получение и доставку ТЭР,

* учет экономических интересов производителей и потребителей энергии,

* создание условий для конкуренции между энергоснабжающими организациями, которая способствует снижению тарифов.

В этой связи предстоит решить три основных аспекта тарифной проблемы в Беларуси:

- построить систему тарифов на энергоносители, соответствующую формирующимся рыночным отношениям в энергоснабжении, с механизмом адаптации ее к их изменениям, осуществлять государственное регулирование тарифов,

- устранить практику перекрестного субсидирования и обеспечить в сфере энергоснабжения социальную защиту низкооплачиваемых слоев населения.

Регулирующая роль государства заключается в созданий конкурентной среды между производителями энергии и стимулировании как производителей, так и потребителей энергии на энергосбережение.

Государство может установить льготные энергетические тарифы для отдельных предприятий, продукция которых пользуется спросом на внешнем рынке, тем самым повысить ее конкурентоспособность за счет снижения энергетической составляющей в себестоимости продукции.

Останавливая энергетические тарифы, государство может использовать их как мощный экономический инструмент для реализации своей энергетической политиков зависимости от соотношения тарифов и стоимости производимой энергии энергоисточники оказываются конкуренте- или неконкурентоспособными на энергетическом рынке. Соотношение тарифов на тепловую и электрическую энергию, их внутренняя структура влияют на развитие комбинированного производства тепловой и электрической энергии, т. е. дальнейшее ускорение теплофикации в республике.

Задача №5

Конденсат «глухого» пара от теплотехнологических аппаратов, использующих водяной пар как теплоноситель в количестве М_к (т/ч), поступает в закрытый теплоизолированный конденсатосборный бак с температурой t₁^',°С. Возврат конденсата в котельную производится с температурой t₁^" = 80°С. Определить возможный выход ВЭР от утилизация тепла конденсата в утилизационном водоводяном теплообменнике для подогрева воды. Температура воды на входе в теплообменник - утилизатор t₂^',°С, на выходе t₂^" _,°С, коэффициент теплопередачи К (Вт/м²·град). Рассчитать экономию условного топлива от использования ВЭР, если КПД, учитывающий потери тепла теплообменником и на тракте между источникам ВЭР и потребителем, равен з_ут = 0,92, действительный фонд времени работы основного оборудования (ч), коэффициент несоответствия режима и числа часов работы основного и утилизационного оборудования равен в.

Определить также массовый расход горячей воды, поверхность нагрева водаводяного теплообменника-утилизатора, заводскую эффективность использования тепла ВЭР (прирост чистой прибыли за счет экономии условного топлива) и срок окупаемости капиталовложений. Теплоемкость воды c_р = 4,19 (кДж/кг·град). Капитальные вложения в установку, включая затраты на проектные, строительные работы, оборудование и монтажные работы К_ут (у.е.), нормативный коэффициент капиталовложений Е_н = 0,15, годовые эксплуатационные расходы (издержки) С_уcт (у.е.).

Дано:

= 5200 ч	в = 0,8
Мк = 100 т/ч = 100000 кг/ч	Куcт = 220000 у.е.
t1' = 130 °С	Суст = 50000 у.е.
=80°С
t2' = 10 °С
t2" = 70 °С
К = 510 Вт/м2·град

1. Возможная выработка тепла в утилизационной установке за счет использования ВЭР определяется по формуле:

(кДж), (1)



где Q - возможный выход ВЭР (кДж), c_р - теплоемкости смеси, (кДж/кг·град), в - коэффициент несоответствия режима и числа часов работы утилизационной установки и основного оборудования; з - КПД утилизационной установки, - действительный фонд времени работы основного оборудования (ч), =V·р - выход ВЭР от теплотехнологических аппаратов (кг/ч)= М_к - количество теплоносителя (кг/ч)

=100000 · 4,19 · (130 - 80) · 0,8 · 0,92 · 5200 = 8,0180·10¹⁰ кДж

2. Заводскую эффективность использования тепла от внедрения и использования ВЭР можно определить по упрощенному выражению и определяется:

П_зат = Е_н·К_уст+С_уст, (у.е.) (2)

где: К_уст - капиталовложения в утилизационную установку ВЭР (у.е.); С_уст - годовые эксплуатационные расходы (у.е.); Е_н = 0,15 - годовые эксплуатационные расходы (у.е.);

П_зат = Е_н·К_уст+С_уст = 0,15·220000 + 50000 = 83000 у.е.

3. Экономия условного топлива от использования ВЭР определяется:

= (кг), ДЭ = В_у.т. · в_у.т. (у.е.) (3)

= = 2,737 · 10⁶ (кг)



где Q - возможный выход ВЭР в (кДж); в_у.т. = 45 у.е./т - цена 1т. условного топлива

ДЭ = В_у.т. · в_у.т. = 2,737 · 10³ · 45 = 123165 у.е.

4. Срок окупаемости капиталовложений определяется:

Т = = = 3,007=3 года (4)

5. Массовый расход горячей воды определяется из уравнения теплового баланса теплообменника-утилизатора:

(кДЖ/ч), (5)

= 19,2·10⁶ кДж/ч=5,3 Дж/с

= = 7,64 ·10⁴ кг/ч (6)

6. Поверхность нагрева теплообменника находится из уравнения теплопередачи:

(кВт) (7)

, (8)



Поверхность нагрева теплообменника находится из уравнения теплопередачи (формула 8)

Поверхность нагрева теплообменника:

F = (9)

где К - коэффициент теплопередачи,

, - больший и меньший перепад температур теплоносителей.

°С

°С

= 65 °С

F = = = 1,599 ·10⁵ м²

Ответ:

Возможный выход ВЭР от утилизация тепла конденсата	Q = 8,0180 ·1010 кДж
Экономия условного топлива от использования ВЭР	ДЭ = 123165 у.е
Заводская эффективность использования тепла ВЭР	Пзат =87500 у.е.
Срок окупаемости капиталовложений	Т = 3 года
Массовый расход горячей воды	Мв = 7,64·104 кг/ч
Поверхность нагрева теплообменника	F = 1,599 ·105 м2.



Литература

1.Теплоиспользующие установки в текстильной промышленности: Учеб. Пособие/Е.А. Ганин, С.Д. Корнеев, И.П. Корнюхин - М.: Легпромбытиздат, 1989

2.Поспелов Т.Г. Основы энергосбережения. - Мн.: «Технопринт», 2000

3.Основы энергосбережения: Методические указания/ А.И. Ольшанский - Витебск, УО ВГТУ, 2003

4.Теплотехника/А.В.Чечеткин, Н.А.Занемонец - М.:Высшая школа, 1986

5.Промышленные котельные установки/ Р.И.Эстеркин - Ленинград: Энергоатомиздат, 1985

6.Основы теплотехники, отопление, вентиляция, сушка и охлаждение/ Б.Г.Панин - М.: Легкая индустрия, 1980

7.Эффективное использование электроэнергии/ под ред. К. Смита - М.: Энергоиздат, 1981

8.Основы энергосбережения/ Т.Г. Поспелова - Мн.: Технопринт, 2000

Размещено на Allbest.ru