Место и роль энергосбережения в энергетике и экономике

Размещено на http://www.allbest.ru/

1. Основные понятия и определения в соответствии с СТБ 1770 - 2007

Энергия - общая количественная мера различных форм движения материи, это способность тела или системы тел совершать работу.

Основные виды энергии:

механическая - энергия механического движения и взаимодействия тел системы или их частей

тепловая - вид энергии который может переходить в другой: энергия движения в тепловую, и наоборот; тепловая энергия в световую и электрическую, и наоборот; причем все формы энергии эквивалентны друг другу в работе

химическая - энергия, выделяющаяся при химическом взаимодействии атомов и молекул

электрическая - энергия выделяемая электронами при движении проводника в электромагнитном поле

солнечная - энергия, выделяющаяся при преобразовании солнечного излучения в тепловую и электрическую энергию;

ветра - энергия преобразования кинетической энергии воздушных масс в атмосфере в электрическую

энергию воды - энергия преобразования кинетической энергии воды в электрическую и др.

Энергосбережение - организационная, научная, практическая, информационная деятельность государственных органов, юридических и физических лиц, направленная на снижение удельного расхода энергетических ресурсов на производство единицы продукции работ или услуг в процессе добычи, переработки, транспортирования, хранения, производства, использования и утилизации.

Закон сохранения энергии - один из фундаментальных законов природы, согласно которому энергия в природе не возникает из ничего и не исчезает; она может только переходит из одной формы в другую.

Энергетические ресурсы - материальные объекты, в которых сосредоточена энергия, пригодная для практического применения человеком. Энергосбережение - это процесс планомерного проведения организационно - технических мероприятий, позволяющих уменьшить потребление энергии без снижения качества и объемов выпускаемой продукции или оказываемых услуг, ухудшения условий работы и отдыха людей, и т.п. К таким мероприятиям можно отнести внедрения современных технологий и оборудования, внедрение датчиков контроля над состоянием энергосистем, повышения культуры производства и пр.

2. Единицы измерения мощности и расхода энергии. Взаимные пересчеты между различными единицами измерения

Мощность постоянного тока, потребляемая данным участком электрической цепи, равна произведению напряжения на силу тока:

P=IU

Для определения мощности необходимо включить в цепь вольтметр и амперметр и показания приборов перемножить. Показания электродинамическом ваттметра при измерении мощности переменного тока пропорциональны произведению напряжения на силу тока и коэффициент мощности:

P=IUcosц

Для измерения расхода электрической энергии переменного тока применяют индукционные счетчики. Для подсчета энергии за некоторый промежуток времени необходимо знать начальное и конечное показания счетчика. Разность этих показаний определяет количество использованной электро-энергии (квт?ч.)

Таблица пересчета физических величин. Энергия, тепло, работа.

Пересчет	В
	Дж	кВт ч	кгс м	ккал
Из	1 Дж	1	0,278 10-6	0,102	2,39 10-4
	1 кВт ч	3,6 106	1	0,366 106	860
	1 кгс м	9,807	2,728 10-6	1	23,4 10-4
	1 ккал	4,187 103	1,163 10-3	426,8	1

3. Роль энергетики и энергоресурсов в развитии человеческого общества и уровне цивилизации

Энергетика составляет основу основ современной цивилизации. 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. Доступность энергии и внедрение новых машин, оборудования, автоматических систем управления позволили многократно повысить производительность труда и минимизировать объем физической работы. О важной роли энергетики и энергоресурсов в развитии экономики свидетельствуют данные об удельном энергопотреблении в различных странах мира. Взаимосвязь между объемом ВВП и энергопотреблением отметил академик П.Л. Капица. На основе данных ООН и Всемирного банка он показал, что между этими величинами существует сильная линейная зависимость и сделал вытекающий из неё с очевидностью вывод: "Если люди будут лишаться энергетических ресурсов, их материальное благосостояние будет падать". Следует отметить, что к настоящему времени произошло значительное ослабление данной зависимости, и уровень экономического благосостояния в конкретной стране определяется уже не только объемом, но и эффективностью использования энергоресурсов. Одним из основных факторов бурного развития промышленности и повышения уровня жизни в 21 веке стала электрификация. На сегодняшний день электроэнергия является самым универсальным и удобным из известных видов энергии, темпы прироста её производства почти в полтора раза превышают темпы роста суммарного энергопотребления, электроэнергетика является одной из наиболее динамично развивающихся отраслей. По объемам удельного потребления электроэнергии и топливно-энергетических ресурсов в целом наша республика существенно уступает индустриально развитым странам, но еще большее отставание наблюдается по эффективности их использования

4. Эффективность использования и потребления энергии в различных странах мира и Республике Беларусь

В РБ энергоэффективность промышленного производства, сельского хозяйства, коммунально-бытового сектора и экономики в целом находится на крайне низком уровне. Это связано с тем, что народное хозяйство долгое время развивалось по экстенсивному и энергоемкому пути. Нормы расхода энергоресурсов разрабатывались министерствами и ведомствами без привязки к конкретным производственным условиям и обычно значительно превышали уровень реального энергопотребления. В результате на выпуск единицы продукции в республике расходуется в 2ч4 раза больше энергетических ресурсов, чем в развитых странах.

Эффективность энергопотребления оценивается с помощью макроэкономического показателя "энергоемкость экономики", равного отношению суммарно потребленной энергии к объему внутреннего валового продукта (ВВП) За три десятилетия потребление энергии на душу населения в Норвегия, Канада Швеция, США, Австралия, Япония, Россия, Польша, Турция, Беларусь существенно выросло, и одновременно произошла резкая дифференциация стран по эффективности использования энергии. Большинство развитых стран за это время увеличили не только количество потребляемой энергии, но и эффективность её использования. Наличие в стране сырьевых, а также ресурсо- и энергоемких отраслей промышленности (металлургия, химия и др.) снижает общий уровень энергоэффективности. Это проявляется не только на примере стран, ориентированных исключительно на производство и продажу сырья, но даже на примере высокоразвитых стран, таких, как США и Канада.

При высочайшем уровне технологий они, тем не менее, уступили по эффективности использования энергии при создании ВВП странам первой группы (Швейцария, Япония). РБ по уровню энергоэффективности в настоящее находится между III и IV группами, несмотря на то, что располагает меньшими запасами горючих ископаемых, чем некоторые страны первой группы. Поэтому повышение энергоэффективности при постепенном наращивании объемов потребления энергии является важнейшим и необходимым условием подъема экономики Беларуси и её интеграции в мировую экономику.

5. Причины низкой энергоэффективности отечественной экономики, основные направления развития энергетического комплекса

Основные причины неэффективного использования энергоресурсов:

* в хозяйственной системе отсутствуют действенные механизмы обеспечения рационального использования и экономного расходования ТЭР;

* большинство предприятий работает со сниженной производительностью;

* установленные на предприятиях двигатели и прочее электрооборудование имеют чрезмерный запас мощности;

* в связи с экономическим кризисом обострилась проблема технического ремонта и обслуживания электрооборудования;

* в РБ нет собственного развитого промышленного производства энергетических средств, энергосберегающего оборудования;

* отсутствует психологическая настроенность и желание людей экономно расходовать энергоресурсы.

Основные направлений развития энергетического сектора РБ:

* снижение энергоёмкости внутреннего валового продукта; энергосбережение;

* импорт ТЭР для устойчивой работы имеющихся энергомощностей;

* частичное покрытие дефицита электро- и теплоснабжения за счет нетрадиционных источников энергии;

* развитие и модернизация традиционной энергетики на оргтопливе на базе более экономичных высокоэффективных энергетических установок

* развитие ядерной энергетики.

6. Место и роль энергосбережения в энергетике и экономике

Энергосбережение является приоритетом государственной политики, важным направлением в деятельности всех без исключения субъектов хозяйствования и самым дешевым, но не бесплатным, источником энергии! Быстрое истощение запасов горючих полезных ископаемых, ухудшение состояния окружающей среды, экономические проблемы топливно-энергетического комплекса подтолкнули в конце 20-го века мировую общественность к необходимости применения энергосберегающих мероприятий во всех сферах энергетики и промышленности.

К созданию согласованных программ и действий на государственном и международном уровнях. Результатом стали серьезные успехи во внедрении энергосберегающих технологий, многообещающие разработки в области производства электроэнергии. В настоящее время энергосбережение уже выделяют как самостоятельный отдельный энергоресурс. Такой подход к пониманию энергосбережения объясняется тем, что во многих случаях для получения необходимого количества энергии экономически более целесообразным оказывается внедрение энергосберегающих технологий, чем бурение нефтяных скважин, разработка новых угольных месторождений, строительство нефтегазопроводов, атомных электростанций и т.д.

Так как энергосбережение позволяет избежать строительства вышеуказанных объектов, снизить количество сжигаемых топлив, объемы использования ядерного топлива, способствует совершенствованию промышленных технологий, то это приводит к уменьшению загрязнения окружающей среды. Поэтому энергосбережение называют самостоятельным экологически чистым источником энергии.

В нашей стране энергосбережение рассматривается как крупный потенциальный источник энергии, способный обеспечить 30 - 40% потребностей республики в энергоресурсах, то есть практически вдвое сократить их импорт, который обходится ежегодно в миллиарды долларов. Цифры показывают, насколько отсталой и неэффективной в плане энергоиспользования является на данный момент отечественная экономика. Реализация имеющегося потенциала энергосбережения стала приоритетом энергетической и экономической политики государства, так как эффективность использования энергоресурсов является фактором, который определяет производство конкурентоспособной продукции, и, в конечном счете, стабильность и эффективность национальной экономики.

7. Классификация энергоресурсов: истощаемые и возобновляемые, традиционные и нетрадиционные энергетические ресурсы

Под энергоресурсами понимаются материальные объекты, в которых сосредоточена энергия, пригодная для практического использования человеком. Классификация первичных энергоресурсов: традиционные виды энергии, которые широко используются человечеством, и нетрадиционные виды энергии, мало использовавшиеся до последнего времени в силу отсутствия экономических условий и эффективных способов их промышленного преобразования в такие энергоносители как электроэнергия, тепловая или механическая энергия. Энергоресурсы подразделяют также на возобновляемые и невозобновляемые.

Невозобновляемые энергоресурсы (Органические виды топлива, гидроэнергия рек, атомная энергия.) - это те, которые ранее были накоплены в природе и в новых геологических условиях либо вообще не образуются, либо их образование идет с гораздо меньшей скоростью, чем потребление. Возобновляемые энергоресурсы - это те, восстановление которых постоянно осуществляется в природе (Солнца; Энергию волн; рек; ветра; морских). Недостатком возобновляемых источников энергии является низкая степень ее концентрации.

Но это в значительной степени компенсируется широким распространением, относительно высокой экологической частотой и их практической неисчерпаемостью. Неиспользование потоков энергии возобновляемых источников приводит к ее безвозвратной потере, предопределяет несколько иной подход к оценке эффективности устройств, применяющих эти источники. Учитывая истощенность энергетических ресурсов, роль использования возобновляемых источников энергии во многих странах с каждым годом возрастает.

8. Объем и структура мировых запасов и потребления ТЭР

Ресурсы органического топлива разделяются на общие - имеющиеся в недрах земли и извлекаемые - доступные для извлечения человеком. Коэффициент извлечения, определяющий долю данного вида энергоресурсов, потенциально возможную в настоящее время к извлечению, в его общих запасах, зависит от следующих факторов: вида топлива, характера месторождения, развития техники добычи. Коэффициенты извлечения для наиболее употребляемых первичных энергоресурсов следующие: для нефти - 0,3-0,4; природного газа - 0,5-0,8; угля - 0,25-0,5.

В России и странах СНГ отбор нефти от потенциала редко превышает 30%. Это варварское отношение к такому ценнейшему полезному ископаемому как нефть существенно приближает то время, когда человечество попадет в условия не только энергетического кризиса, но и сырьевого кризиса всей химической промышленности. Это связано с тем, что нефтепродукты составляют основу сырья всех отраслей химической промышленности. В настоящее время объём энергопотребления составляет около 15 млрд. тут. К 2020 г. прогнозируется повышение этой величины до 19 млрд. тут/год.

В настоящее время доля атомной энергии в мировом энергетическом балансе составляет около 5%. То есть авария на ЧАЭС, по сути, локальная катастрофа, ускорила процесс глобального потепления на планете и приблизила время глобальных проблем. Тем не менее современная ситуация дефицита энергоресурсов вынуждает к интенсивному развитию атомной энергетики. Разработаны новые поколения ядерных реакторов и АЭС повышенной безопасности.

Потенциальные ресурсы возобновляемых источников энергии. Потенциал этих ресурсов значительно выше, чем суммарные запасы всех видов органических топлив и ядерного топлива. Естественно, полное использование этого потенциала невозможно, но, в принципе, человечество в будущем вполне сможет обеспечить себя энергией, используя только возобновляемые энергоисточники. (Энергия Солнца, Гидравлическая энергия (реки, приливы, волны), Тепловая энергия океана, Геотермальная энергия (только для районов вулканической деятельности), Энергия ветра).

9. Объем и структура запасов ТЭР в РБ

Топливо подразделяют на следующие четыре группы:

- твердое (древесину, уголь, торф; горючие сланцы.)

- жидкое;

- газообразное;

- ядерное.

Ископаемые твердые топлива (за исключением сланцев) являются продуктом разложения органической массы растений.

Торф. Запасы торфа составляют 70 % от первоначальных. Приведенные данные свидетельствуют о значительных запасах торфа располагаемых республикой, однако без пересмотра направлений использования имеющихся ресурсов использование торфа для энергетических целей нереально. Учитывая имеющиеся ресурсы торфа и то, что брикеты относительно дешевый вид топлива, можно говорить о целесообразности поддержания их производства на достигнутом уровне.

Бурые угли. Разработка угольных месторождений возможна открытым способом, однако в ближайшей перспективе не рекомендована республиканской экологической комиссией, поскольку в результате вынужденного резкого снижения грунтовых вод возможный экологический ущерб из-за гибели лесных угодий, рыбных прудов, снижения урожайности сельхозугодий, запыленности территорий значительно превысит получаемые выгоды.

Горючие сланцы представляют собой полезное ископаемое, дающее при сухой перегонке значительное количество смолы, близкой по составу к нефти. По своим качественным показателям белорусские горючие сланцы не являются эффективным топливом из-за высокой их зольности и низкой теплоты сгорания. Они не пригодны для прямого сжигания, а требуют предварительной термической переработки с выходом жидкого и газообразного топлива.

Жидкие виды топлива, получаемые путем переработки нефти. Сырую нефть нагревают до 300-370°С, после чего полученные пары разгоняют на фракции, конденсирующиеся при различной температуре:

- сжиженный газ (выход около 1 %);

- бензиновая (около 15 %,);

- керосиновая (около 17 %,);

- дизельная (около 18%,).

Жидкий остаток с температурой начала кипения 330-350 °С называется мазутом. Разведанные месторождения нефти на территории Беларуси сосредоточены в нефтегазоносной области - Припятской впадине. Основная часть нефти (96 %) добывается из активных остаточных запасов, которые составляют 41 %. Обеспеченность активными запасами составляет 15 лет, а вместе с трудноизвлекаемыми 31 год. Газообразными видами топлива являются природный газ, добываемый как непосредственно, так и попутно с добычей нефти, называемый попутным. Основным компонентом природного газа является метан СН₄ и в небольшом количестве азот N₂, Попутный газ содержит меньше метана, чем природный, но больше высших углеводородов, и поэтому выделяет при сгорании больше теплоты.

В промышленности широко распространен сжиженный газ, получаемый при первичной переработке нефти. Ядерным топливом является уран. Об эффективности использования его показывает работа первого в мире атомного ледокола "Ленин" Он был создан для проводки караванов судов по Северному морскому пути, толщина льда по которому достигала 2 и более метров. Анализ оценки обеспеченности ТЭР показывает, что наиболее дефицитным видом топлива является нефть. Ее хватит по разным источникам на 50 - 100 лет. Затем, через 35 - 64 года, истощатся запасы горючего газа и урана. Лучше всего обстоит дело с углем, запасы которого в мире достаточно велики, и обеспеченность углем составит 200 - 330 лет.

10. Назначение и основные типы электростанций

Производство энергии предполагает её получение в удобном для использования виде, а сам процесс получения - только преобразование из одного вида в другой. Наиболее удобным из известных в настоящее время видов энергии является электроэнергия. С помощью несложных приборов и устройств её можно преобразовать в механическую, тепловую, электромагнитную и химическую энергию. Электроэнергию относительно легко передавать на большие расстояния и распределять между потребителями. Еще одним ценным достоинством электрической энергии является возможность бесконечного дробления и концентрирования её мощности, изменения напряжения и других рабочих параметров.

Основная часть электроэнергии вырабатывается централизованно на электростанциях. Электростанцией называется совокупность установок, оборудования и аппаратуры, используемых непосредственно для производства электрической энергии, Выработка электроэнергии на электростанциях осуществляется путем преобразования первичной энергии. При этом традиционная энергетика базируется на использовании гидроэнергии крупных рек, ресурсов органического и ядерного топлива.

Для использования различных видов ПЭР применяются разные типы электростанций: ТЭС - тепловая электростанция вырабатывает электроэнергию в результате преобразования тепловой энергии, выделяющейся при сжигании органического топлива; АЭС - атомная электростанция вырабатывает электроэнергию путем преобразования энергии ядерного топлива; ГЭС - гидравлическая электростанция преобразует гидравлическую энергию в электроэнергию. Указанные типы станций составляют основу современной электроэнергетики и обеспечивают более 95% мировых потребностей в электроэнергии.

11. Тепловые электростанции. Принцип действия и типовые схемы паротурбинных конденсационных электростанций (КЭС, ГРЭС), теплоэлектроцентралей (ТЭЦ). Преимущества когенерации

Тепловая электростанция (ТЭС), электростанция, вырабатывающая электрическую энергию в результате преобразования тепловой энергии, выделяющейся при сжигании органического топлива. Около 95% всей электроэнергии Беларуси производится на тепловых электростанциях. Топливом для ТЭС могут служить уголь, торф, газ, горючие сланцы, мазут. Тепловые электрические станции подразделяют на конденсационные (КЭС), предназначенные для выработки только электрической энергии, и теплоэлектроцентрали (ТЭЦ), производящие кроме электрической тепловую энергию в виде горячей воды и пара.

Крупные КЭС районного значения получили название государственных районных электростанций (ГРЭС).. Простейшая принципиальная схема КЭС, работающей на угле: Уголь подается в топливный бункер, а из него - в дробильную установку, где превращается в пыль. Угольная пыль поступает в топку парогенератора (парового котла), имеющего систему трубок, в которых циркулирует химически очищенная вода, называемая питательной. В котле вода нагревается, испаряется, а образовавшийся насыщенный пар доводится до температуры 400-650 °С и под давлением 3-24 МПа поступает по паропроводу в паровую турбину.

Тепловые конденсационные электростанции имеют невысокий КПД (30 - 40%), так как большая часть энергии теряется с отходящими топочными газами и охлаждающей водой конденсатора. Сооружать КЭС выгодно в непосредственной близости от мест добычи топлива. Теплоэлектроцентраль (ТЭЦ) отличается от конденсационной станции (КЭС) установленной на ней специальной теплофикационной турбиной с отбором пара.

На ТЭЦ одна часть пара полностью используется в турбине для выработки электроэнергии в генераторе и затем поступает в конденсатор, а другая, имеющая большую температуру и давление, отбирается от промежуточной ступени турбины и используется для теплоснабжения. Конденсат насосом через деаэратор и далее питательным насосом подается в парогенератор. Количество отбираемого пара зависит от потребности предприятий в тепловой энергии. Коэффициент полезного действия ТЭЦ достигает 60 - 70%.

Такие станции строят обычно вблизи потребителей - промышленных предприятий или жилых массивов. Чаще всего они работают на привозном топливе.

12. Электростанции с газотурбинными (ГТУ) и парогазовыми (ПГУ) установками

Основу современных газотурбинных электростанций составляют газовые турбины мощностью 25-100 МВт. Топливо (газ, дизельное горючее) подается в камеру сгорания, туда же компрессором нагнетается сжатый воздух. Горячие продукты сгорания отдают свою энергию газовой турбине, которая вращает компрессор и синхронный генератор. Запуск установки осуществляется при помощи разгонного двигателя.

Общий КПД таких электростанций составляет 25 -30 %.Для повышения экономичности газовых турбин разработаны парогазовые установки (ПГУ). Парогазовые установки производят электричество и тепловую энергию. Тепловая энергия используется для дополнительного производства электричества. В них топливо сжигается в топке парогенератора, пар из которого направляется в паровую турбину. Продукты сгорания из парогенератора, после того как они охладятся до необходимой температуры, направляются в газовую турбину. Таким образом, ПГУ имеет два электрических генератора, приводимых во вращение: один - газовой турбиной, другой - паровой турбиной.

При этом мощность газовой турбины составляет около 20% паровой. Общий электрический КПД парогазовой установки составляет ~58 - 64%. В стандартных газотурбинных установках КПД составляет ~ 35%. ПГУ - относительно новый тип электростанций, работающих на газе, жидком или твердом топливе, предназначены для получения максимального кол-ва электроэнергии.

13. Гидравлические (ГЭС) и атомные (АЭС) электростанции; принцип работы и технико-экономические характеристики

ГЭС состоит из последовательной цепи гидротехнических сооружений, обеспечивающих необходимую концентрацию потока воды и создание напора, и энергетического оборудования, преобразующего энергию движущейся под напором воды в механическую энергию вращения которая, в свою очередь, преобразуется в электрическую энергию. Напор ГЭС создается концентрацией падения реки на используемом участке плотиной, либо деривацией совместно. Основное энергетическое оборудование ГЭС размещается в здании ГЭС: в машинном зале электростанции - гидроагрегаты, вспомогательное оборудование, устройства автоматического управления и контроля; в центральном посту управления - пульт оператора-диспетчера или автооператор гидроэлектростанции.

По установленной мощности (в Мвт) различают ГЭС мощные, средние и малые. Мощность ГЭС зависит от напора На, расхода воды, используемого в гидротурбинах, и КПД гидроагрегата. По ряду причин напор и расход воды непрерывно меняются, а кроме того, меняется расход при регулировании мощности ГЭС. Важнейшая особенность гидроэнергетических ресурсов по сравнению с топливно-энергетическими ресурсами - их непрерывная возобновляемость. Отсутствие потребности в топливе для ГЭС определяет низкую себестоимость вырабатываемой на ГЭС электроэнергии. Атомные электростанции Генератором энергии на АЭС является атомный реактор. Тепло, которое выделяется в реакторе в результате цепной реакции деления ядер некоторых тяжёлых элементов, затем так же, как и на обычных тепловых электростанциях (ТЭС), преобразуется в электроэнергию. Ядерное топливо сжигается в реакторах атомных электростанций и теплоцентралей.

АЭС по своей сути также является тепловой электростанцией и имеет ту же принципиальную схему. Только вместо котла-парогенератора, в котором сжигается органическое топливо, используется ядерный реактор. Внутриядерная энергия превращается в тепловую энергию пара, которая затем - в механическую энергию вращения турбогенератора и в электрическую энергию. В качестве топлива используется обогащенный уран АЭС являющиеся наиболее современным видом электростанций, имеют ряд существенных преимуществ перед другими видами электростанций: при нормальных условиях функционирования они абсолютно не загрязняют окружающую среду, не требуют привязки к источнику сырья и соответственно могут быть размещены практически везде. Недостаток АЭС заключается в отсутствии маневренности: пуск и остановка блоков и агрегатов этих станций требует значительных затрат времени и труда. Однако нельзя не отметить опасность АЭС при возможных форс-мажорных обстоятельствах: землетрясениях, ураганах, и т.п.

14. Графики нагрузки отдельных потребителей и энергосистемы в целом

Режим потребления электрической и тепловой энергии отражается с помощью графика нагрузки. Графики нагрузки отдельных потребителей и в целом энергосистемы имеют неравномерный характер. Суточный график нагрузки района, города, страны складывается из графиков нагрузки множества отдельных потребителей. Характер изменения мощности потребляемой энергии в течение суток различен для разных групп приемников. Самым равномерным энергопотреблением характеризуются крупные промышленные предприятия, использующие непрерывные технологические процессы. Наименее равномерно используют электроэнергию отдельные бытовые потребители. Кратковременные включения мощных бытовых электроприборов, освещение квартир и интенсивное использование различных приборов в утренние и вечерние часы при практически полном отсутствии энергопотребления в ночное время обуславливают отклонения моментальной потребляемой мощности от среднесуточной величины в десятки раз. Из графиков нагрузки всех отдельных потребителей страны складывается так называемая национальная кривая нагрузки, которая за счет значительного и достаточно равномерного потребления энергии в большом городе крупными промышленными предприятиями является более гладкой.

Задача энергосистемы страны состоит в обеспечении национальной кривой нагрузки. Непрерывность процесса производства, передачи и потребления электроэнергии, невозможность её складирования требуют поддержания на электростанциях в каждый момент времени мощности, соответствующей потреблению при условии соблюдения графиков межгосударственных перетоков. При несоответствии режимов производства и потребления возникают сбои электропитания Кардинально изменить характер потребления электрической и тепловой энергии весьма сложно. В связи с этим выявляются две важные цели энергетического менеджмента:

- обеспечение графиков нагрузки;

- выравнивание национальной кривой нагрузки.

Одним из условий надежного функционирования энергосистем является точное прогнозирование энергопотребления в целях планирования режимов работы генерирующих мощностей для обеспечения графиков нагрузки и бесперебойного энергоснабжения.

15. Надежность в энергетике

Надежность - свойство объекта выполнять заданные функции, сохраняя во времени свои эксплуатационные показатели в заданных пределах, соответствующих заданным режимам и условиям использования, технического обслуживания, ремонтов, хранения и транспортирования. Понятие надежности очень широкое, его нельзя охарактеризовать с пот мощью какого-либо одного показателя. Надежность объекта обеспечивается его безотказностью, ремонтопригодностью, сохраняемостью и долговечностью. Различают два основных состояния объекта: работоспособность и отказ. Работоспособность - это состояние объекта, при котором он способен выполнять заданные функции с параметрами, установленными требованиями технической документации. Отказ - это нарушение работоспособности. Следствием отказов энергетических объектов может быть значительный народнохозяйственный ущерб. Отказы, которые характеризуются крупными нарушениями режима объекта, приводящими к частичному или полному его разрушению, создающими опасность для жизни людей и окружающей среды, называют авариями.

По характеру функционирования энергетические объекты могут быть:

а) восстанавливаемыми, которые после нарушения работоспособности ремонтируются и вновь включаются в работу;

б) невосстанавливаемыми, которые используются однократно до отказа, после чего должны заменяться.

Большинство энергетических объектов относится к числу восстанавливаемых; В качестве восстанавливаемых могут рассматриваться главным образом отдельные детали и узлы энергетического оборудования. Итак, надежность - это всегда или почти всегда понятие технико-экономическое, поскольку повышение надежности объекта, как правило, требует дополнительных затрат, связанных с применением материалов и деталей повышенного качества, с созданием резервных элементов.

В то же время снижение надежности ведет к росту ущерба у потребителей, к росту затрат на создание ремонтных служб и запасов деталей для ремонта. Для количественной оценки надежности в настоящее время используются методы теории вероятности и математической статистики, рассматривающие отказ как случайное событие

16. Качество электрической энергии

Качество электрической энергии - степень соответствия параметров электрической энергии их установленным значениям. В свою очередь, параметр электрической энергии - величина, количественно характеризующая какое-либо свойство электрической энергии. Под параметрами электрической энергии понимают напряжение, частоту, форму кривой электрического тока. Качество электрической энергии является составляющей электромагнитной совместимости, характеризующей электромагнитную среду. Качество электрической энергии может меняться в зависимости от времени суток, погодных и климатических условий, изменения нагрузки энергосистемы, возникновение аварийных режимов в сети и т.д.

Снижение качества электрической энергии может привести к заметным изменениям режимов работы электроприёмников и в результате уменьшению производительности рабочих механизмов, ухудшению качества продукции, сокращению срока службы электрооборудования, повышению вероятности аварий. В России показатели и нормы качества электрической энергии в электрических сетях систем электроснабжения общего назначения переменного трёхфазного и однофазного тока частотой 50 Гц в точках, к которым присоединяются электрические сети или электроустановки потребителей устанавливаются Межгосударственным стандартом ГОСТ 32144-2013 "Электрическая энергия. Совместимость технических средств электромагнитная. Нормы качества электрической энергии в системах электроснабжения общего назначения" (от 22 июля 2013 г. N 400-ст). В связи с развитием рыночных отношений в электроэнергетике электроэнергию следует рассматривать не только как физическое явление, но и как товар, который должен соответствовать определённому качеству и требованиям рынка. Федеральный закон "Об электроэнергетике" определяет ответственность энергосбытовых организаций и поставщиков электроэнергии перед потребителями за надёжность обеспечения их электрической энергией и её качество в соответствии с техническими регламентами и иными обязательными требованиями. Показатель годовой заработной платы ППП значительно полнее учитывает затраты труда работников энергопредприятий, чем среднегодовая численность ППП. Он пропорционален не только количеству работающих, но и объему и качеству их труда. Но показатель эффективности труда, определяемый как отношение годовой чистой продукции энергопредприятия к годовому фонду заработной платы ППП, в энергетике не рассчитывается

17. Производительность труда и ее определение в энергетике

Эффективность использования трудовых ресурсов определяется производительностью труда, которая представляет собой отношение количества продукции к затраченному на нее труду. На практике производительность труда в основном измеряют выработкой, т. е. путем деления объема валовой продукции на среднесписочное число промышленно-производственного персонала. Такой способ измерения производительности труда нельзя признать удовлетворительным, так как при нем продукт живого и прошлого труда относят к затратам только живого труда. При большой доле прошлого труда в продукции энергетики образуется значительная погрешность в измерении производительности труда выработкой. Фактическая выработка электроэнергии определяется. графиком ее потребления, а распределение нагрузки по энергопредприятиям зависит от решений, принимаемых диспетчерской службой энергообъединения (энергосистемы). Поэтому результатом труда коллектива отдельной электростанции не может служить только отпущенная энергия. Кроме того, продукция электроэнергетики весьма материалоемка. Вследствие этого на энергопредприятиях для оценки результатов труда применяется несколько показателей. В качестве измерителей используются и натуральные, и стоимостные показатели. Как один из натуральных показателей результатов труда отдельного предприятия использовался показатель готовности оборудования электростанций к несению электрических и тепловых нагрузок.

Производительность труда на электростанциях часто измеряется штатным коэффициентом, представляющим собой численность промышленно-производственного персонала электростанций в расчете на единицу установленной мощности, чел./МВт:

Т = Ч/iVy

Этот показатель используется как натуральный измеритель производительности труда действующих и проектируемых, электростанций. Щтатный коэффициент применяют и для измерения производительности труда в отдельных цехах электростанций.

18. Особенности определения себестоимости в энергетике

1. Себестоимость энергии исчисляет франко-потребитель, т.е. учитываются затраты не только на производство, но и на передачу и распределение энергии. Это обусловлено жесткой и неразрывной связью между производством и передачей энергии.

2. Отсутствие незавершенного производства ведет к тому, что издержки производства за определенный отрезок времени полностью могут быть отнесены на себестоимость произведенной энергии.

3. Значительное влияние режима производства энергии обусловливает необходимость деления затрат на условно-переменные и условно-постоянные. При этом первые пропорциональны объему производства, а вторые мало зависят от режима производства. В результате появляется зависимость производства и распределения энергии от числа часов использования установленной мощности.

4. На величину себестоимости энергии оказывает влияние наличие расходов по содержанию резерва мощности на электростанциях и в электросетях (например, топливо для обеспечения бесперебойности энергоснабжения потребителей).

5. Уровень себестоимости энергии может значительно изменяться по отдельным типам электростанций и по энергообъединениям.

19. Треугольник Гинтера

Наиболее наглядной иллюстрацией ситуации в разделении топлива на ТЭЦ является известный треугольник Гинтера.

Он отражает в системе координат удельный расход условного топлива на электроэнергию от удельного расхода условного топлива на тепло - множество точек, которые соответствуют всем возможным способам деления расхода топлива между продуктами ТЭЦ, включая крайние возможности отнесения всего расхода только на электрическую и только на тепловую энергию. Методы деления топлива отличаются между собой тем, что указывают на разные точки этого треугольника, но при этом каждый отдельный метод соответствует только одной точке графика.

Статистические требования к методу деления топлива между производством электрической и тепловой энергии можно свести к следующим:

1. Метод должен давать минимальный разброс значений при незначительных колебаниях отпуска обоих видов энергии, т.е. в отсутствии принципиальных изменений в структуре производственных мощностей. Чем меньше разброс, тем меньше будет погрешность при оценке прогнозного топливо потребления. Критерием разброса в статистике является дисперсия.

2. Метод должен быть таким, чтобы в нем адекватно отражались изменения в эффективности использования оборудования по производству электроэнергии и тепла.

20. Оптимизация структуры генерирующих мощностей для обеспечения графиков нагрузки

Для обеспечения неравномерных графиков нагрузки энергосистема должна быть способной быстро и в широких пределах изменять мощность вырабатываемой энергии без существенного снижения КПД и ресурса работы генерирующего оборудования.

В большинстве промышленно развитых стран основная часть электроэнергии вырабатывается на ТЭС (в РБ более 90%), для которых наиболее желателен равномерный график нагрузки. Поэтому оптимальным вариантом является использование ТЭС в качестве так называемых базовых электростанций, покрывающих постоянную нагрузку энергосистемы, то есть базовую часть графика нагрузки. Следует отметить, что разные ТЭС характеризуются различной степенью маневренности, которая зависит от вида используемого топлива, единичной мощности и технических характеристик агрегатов, а также степени реализации принципа блочности - разделения электростанции на независимые параллельно работающие системы. Ещё более нежелательны переменные режимы для атомных электростанций.

В настоящее время активно изучаются возможности и целесообразность участия АЭС в покрытии годовых графиков нагрузки за счет изменения числа и мощности работающих блоков, расписания плановых ремонтов и операций по перегрузке ядерного топлива с целью переноса их на летний период и т.д. Ещё одним важным фактором обеспечения графиков нагрузки, повышения надежности энергообеспечения и экономии энергоресурсов является интеграция национальных электроэнергетических систем в крупные транснациональные энергообъединения. Совместный режим работы позволяет осуществлять ряд мероприятий по оптимизации использования топливно-энергетических ресурсов и создает условия для взаимовыгодных отношений между странами.

Обязательным условием устойчивого развития энергетической отрасли и экономики в целом является разработка, реализация и постоянное совершенствование политики управления спросом на энергию. Причем для управления энергопотреблением и выравнивания национальной / региональной кривой нагрузки могут и должны использоваться как социально-экономические, так и технические мероприятия и средства. Эффективной технической мерой выравнивания графиков нагрузки служит аккумулирование различных видов энергии. Идея заключается в том, что в часы пониженного потребления следует запасать вырабатываемую энергию, а в часы пикового потребления использовать её. Внедрение технологий и устройств аккумулирования является второй задачей энергоменеджмента в решении проблемы несоответствия режимов производства и потребления энергии.

21. Аккумулирующие электростанции

В "большой" энергетике пока применяются только механические системы аккумулирования энергии, в первую очередь, гидроаккумулирующие электростанции (ГАЭС). Принцип действия гидроаккумулирующей станции заключается в преобразовании электрической энергии, получаемой от электростанций других типов, в потенциальную энергию воды; при обратном преобразовании накопленная энергия выдаётся в энергосистему. Гидротехнические сооружения ГАЭС состоят из двух бассейнов, расположенных на разных уровнях, и соединительных трубопроводов - водоводов. Гидроагрегаты, установленные в здании ГАЭС, могут быть трёхмашинными, состоящими из обратимой электрической машины (двигатель-генератор), гидротурбины и насоса, или двухмашинными, состоящими из обратимой электромашины и обратимой гидромашины, которая в зависимости от направления вращения может работать как насос либо как гидротурбина.

Избыток электроэнергии, вырабатываемой недогруженными электростанциями во время пониженного энергопотребления, используется работающими в насосном режиме гидроагрегатами ГАЭС для перекачки воды из нижнего бассейна в верхний, аккумулирующий бассейн. Вырабатываемая электроэнергия отдается в сеть, а вода снова накапливается в нижнем бассейне.

Емкость ГАЭС как аккумулятора энергии определяется объемом бассейнов и рабочим напором. Важным достоинством ГАЭС является высокая эксплуатационная маневренность. Еще одной ценной характеристикой ГАЭС является широкий регулировочный диапазон, который, близок к двукратной установленной мощности. Уникальные возможности ГАЭС позволяют не только использовать их для аккумулирования энергии, но и возлагать на них ряд системных функций.

Наиболее целесообразным и распространённым является размещение ГАЭС в центре нагрузок энергосистемы, что позволяет свести к минимуму строительство электросетей и потери энергии при транспортировке. Однако порой сочетание природных условий и хозяйственной деятельности создаёт уникальные условия для образования энергетического комплекса с совместным использованием технологических объектов основных генерирующих электростанций (АЭС, ТЭС, ГЭС) и ГАЭС.

22. Ценовое и тарифное регулирование с целью управления энергопотреблением и выравнивания графиков нагрузки

Тарифообразование в РБ строится на затратном принципе формирования цены на энергию. В промышленно развитых странах, как правило, источником развития энергетики являются заемные средства, кредиты, акционерный капитал.

В Республике Беларусь для расчетов с потребителями применяются одно- и двухставочные тарифы.

Одноставочные используют для расчетов с населением, государственными учреждениями, сельским хозяйством, электрифицированным транспортом. Размер платы определяется как произведение цены за единицу энергии на общее потребленное ее количество за данное время.

Недостаток одноставочного тарифа - экономическая незаинтересованность потребителей в выравнивании графика за счет снижения пиков нагрузки. Поэтому важно стимулировать снижение пиков нагрузки у потребителей и выравнивание графика, т.е. уменьшать затраты на покупку электроэнергии у других энергосистем. Достоинство этого тарифа: прост, понятен абонентам, минимум измерительных приборов - используется счетчик активной энергии.

Двухставочный тариф состоит из двух частей основной ставки за 1 кВт мощности, участвующей в максимуме нагрузки энергосистемы, и дополнительной - за 1кВтч потребленной энергии, как при расчетах по одноставочному тарифу.

Такой тариф экономически поощряет потребителей к снижению мощности и максимума нагрузка за счет уплотнения и выравнивания их графиков, но при этом усложнены расчеты с потребителем. Недостатки всей системы тарифообразования:

1) связь между прибылью энергосистемы и уровнем энергопотребления (система должна иметь механизм, который устранял бы заинтересованность энергосистемы продавать как можно больше энергии);

2) оплата энергии некоторыми группами потребителей по цене ниже себестоимости, что приводит к неоправданному увеличению потребления энергии и, кроме того, превышению реальной цены энергии для других групп, что учитывается в стоимости продукции, а значит отражается на жизненном уровне людей.

В ряде стран используются тарифы, предусматривающие перебои в электроснабжении. Потребители, применяющие их, в основном крупные и достаточно безопасные промышленные предприятия идут на снижение надежности электроснабжения в обмен на уменьшение тарифной ставки за максимум нагрузки.

Электрическая энергия отпускается в республике по регулируемым Минэкономики единым тарифам.

Тепловая энергия отпускается по государственным регулируемым тарифам.

В основу образования цены положены полные текущие издержки производства, необходимая прибыль энергообъединения, формируемая на основе планируемых объемов капитального строительства в расчетном периоде, и всех видов налогов.

Основные недостатки существующей тарифной политики:

Действующие тарифы для населения на электроэнергию и на тепло до сих пор не возмещают себестоимость их производства.

Вся разница в виде перекрестного субсидирования перекладывается на тариф для промышленных потребителей.

23. Экологические аспекты энергетики и энергосбережения

Тепловые электростанции в наибольшей степени "ответственны" за усиливающийся парниковый эффект и выпадение кислотных осадков. В выбросах ТЭС содержится значительное количество металлов и их соединений. Влияние энергетики на среду и ее обитателей в большей мере зависит от вида используемых энергоносителей (топлива). Наиболее чистым топливом является природный газ, далее следует нефть (мазут), каменные угли, бурые угли, сланцы, торф. Выбросы ТЭС являются существенным источником такого сильного канцерогенного вещества, как бензо(а)пирен. С его действием связано увеличение онкологических заболеваний. Серьезную проблему вблизи ТЭС представляет складирование золы и шлаков. Для этого требуются значительные территории, которые долгое время не используются, а также являются очагами накопления тяжелых металлов и повышенной радиоактивности.

Одно из важнейших воздействий гидроэнергетики связано с отчуждением значительных площадей плодородных (пойменных) земель под водохранилища. Со строительством водохранилищ связано резкое нарушение гидрологического режима рек, свойственных им экосистем. В водохранилищах резко усиливается прогревание вод, что интенсифицирует потерю ими кислорода и другие процессы, обусловливаемые тепловым загрязнением. Последнее, совместно с накоплением биогенных веществ, создает условия для зарастания водоемов и интенсивного развития водорослей. Ухудшение качества воды ведет к гибели многих ее обитателей. Возрастает заболеваемость рыбного стада. Снижаются вкусовые качества обитателей водной среды. Кроме биогенных веществ, здесь аккумулируются тяжелые металлы, радиоактивные элементы и многие ядохимикаты с длительным периодом жизни.

Основные экологические проблемы АЭС связывались с захоронением отработанного топлива, а также с ликвидацией самих АЭС после окончания допустимых сроков эксплуатации. При нормальной работе АЭС выбросы радиоактивных элементов в среду крайне незначительны. Воздействия АЭС на среду:

- разрушение экосистем и их элементов (почв, грунтов, водоносных структур и т. п.) в местах добычи руд

- изъятие земель под строительство самих АЭС.

- изъятие значит объемов вод из различных источников и сброс подогретых вод.

Если эти воды попадают в реки и другие источники, в них наблюдается потеря кислорода, увеличивается вероятность цветения, возрастают явления теплового стресса у гидробионтов; Пути решения проблем современной энергетики:

1. Использование и совершенствование очистных устройств. В настоящее время на многих ТЭС улавливаются в основном твердые выбросы с помощью различного вида фильтров.

2. Уменьшение поступления соединений серы в атмосферу посредством предварительного обессеривания углей и др. видов топлива химическими или физическими методами.

3. Большие и реальные возможности уменьшения поступления загрязнений в среду связаны с экономией электроэнергии, повышением ее качества и увеличением продолжительности жизни изделий. Перспективно энергосбережение за счет перехода на наукоемкие технологии, связанные с использованием компьютерных и др. устройств.

24. Получение тепловой энергии с помощью тепловых насосов

Эффективность тепловых насосов принято характеризовать величиной безразмерного коэффициента трансформации энергии Ктр, определяемого для идеального цикла Карно по следующей формуле:

где - температуры соответственно на выходе и на входе насоса.

25. Использование энергии биомассы