Баганов Є.О. Конспект лекцій з дисципліни Джерела енергії на Землі

Подождите немного. Документ загружается.

Кафедра енергетики та електротехніки Джерела енергії на Землі

К.т.н., доц. Є.О. Баганов

У країнах, що розвиваються, відносно високі темпи використання

гідроенергії значною мірою обумовлені вкрай низьким вихідним рівнем. При

більш ніж 50-кратному збільшення за піввіку встановлених

гідроенергетичних можностей країни, що розвиваються, у середині 70-х років

більш ніж в 4,5 рази відставали від розвинених країн і по потужності

електростанцій, і по виробітку на них електроенергії

. І якщо в розвинених

країнах гідропотенціал використовується приблизно на 45 %, те в країнах, що

розвиваються – тільки на 5 %. Для всього світу цей показник у цілому

становить 18 %.

Особливості функціонування гідроенергетики України

Гідроенергетика України почалася зі спорудження найбільшої в Європі

Дніпровської ГЕС - 560 мВт (1927р. - початок будівництва, 1932р. - уведена в

експлуатацію). До складу споруди входили будівлі ГЕС із дев'ятьма

агрегатами. Концентрація потужностей у процесі розвитку енергетики

привела до будівництва переважно потужних ГЕС. З ГЕС середньої

потужності була споруджена лише Теребле-Рикська (27 Мвт, 1955

р.).

У період з 1955р. почалося освоєння гідропотенціалу р.Дніпро -

спорудження ГЕС Дніпровського каскаду. Всі ГЕС, крім Каховської (

періодично-напівпіковий об'єкт), є піковими електростанціями.

В 1983р. уведена в експлуатацію Дністровська ГЕС. Установлена

потужність Дністровської ГЕС - 702 мВт, середнє багаторічне (проектне)

виробництво електроенергії становить 800 млн. квт·год,

Рівень освоєння гідропотенціалу великих рік

практично вичерпаний. В

останні роки використання технічного гідропотенціалу великих рік в Україні

перевищувало 60 %. Ще в 1975р. уведена перша в СРСР електростанція, що

гідроакумулює, - Київська ГАЭС потужністю 225 Мвт.

У 30-ті роки почався масовий розвиток малої гідроенергетики. Так, в

1924 р. в Україні експлуатувалося 84 малих гідроелектростанцій (МГЕС)

Кафедра енергетики та електротехніки Джерела енергії на Землі

К.т.н., доц. Є.О. Баганов

(сумарна потужність 4000 кВт, середня потужність 47,6 кВт), а до 1929 р. їх

була вже 150 (сумарна потужність 8400 кВт, середня потужність 56 кВт).

В 1950 р. по даним "Укргидропроект" в Україні експлуатувалося 956

МГЭС, але потім їхнє будівництво було припинено.

З розвитком потужного гідроенергобудівництва, спорудженням

більших ТЕС, зростанням централізації енергопостачання, а також низькими

цінами на паливо й

електроенергію у відомств і підприємств, на балансі яких

перебували МГЭС, інтерес до них зник, почалася їхня консервація й

стихійний демонтаж. Значною мірою втрачений досвід проектування,

виробництва встаткування й спорудження. Сотні МГЭС були закинуті й

поступово руйнувалися, зносилося основне встаткування, колись споруджені

греблі або зруйновані, або перебувають в аварійному стані.

До 2010

р. установлена потужність ГЕС і ГАЕС України повинна бути

доведена до 14,5 млн. кВт, а виробництво електроенергії - до 17 млрд. кВт-

год

Вторинні джерела енергії

Будь-який технологічний процес вимагає певної витрати палива,

електричної й теплової енергії; у результаті хімічних реакцій, механічних

впливів горючі гази, теплоносії, гази й рідини з надлишковим тиском

виділяють тепло. Ці енергетичні ресурси, як правило, використовуються не в

повному обсязі або не використовуються зовсім. Невикористовувані в

даному технологічному процесі або установці енергетичні відходи одержали

назву вторинних енергетичних ресурсів (ВЕР).

"Вторинні енергетичні ресурси" - енергетичний потенціал продукції,

відходів, побічних і проміжних продуктів, який утворюється в технологічних

агрегатах (установках, процесах) і не використовується в самому агрегаті, але

може бути частково або повністю використаний для енергопостачання інших

агрегатів (процесів).

Кафедра енергетики та електротехніки Джерела енергії на Землі

К.т.н., доц. Є.О. Баганов

Термін "енергетичний потенціал" означає наявність певного запасу

енергії у вигляді хімічно зв'язаного тепла, фізичного тепла, потенційної

енергії надлишкового тиску й напору, кінетичної енергії й ін.

Хімічно зв'язане тепло продуктів паливопереробних установок

(нафтопереробних, газогенераторних, коксувальних, вуглезбагачувальних і

ін.), а також теплова енергія відходів, що використовується для підігріву

потоків, що надходять в агрегат-джерело ВЭР (регенерація, рекуперація), не

належать до вторинних енергетичних ресурсів.

Вихід вторинних енергетичних ресурсів - це кількість вторинних

енергоресурсів, які утворилися в даній установці за певну одиницю часу й

придатні до використання в даний період часу.

Виробленням за рахунок вторинних енергетичних ресурсів називається

кількість тепла, холоду, електроенергії, отримана за рахунок ВЕР в

утилізаційній установці. Вироблення за рахунок ВЕР підрозділяються на:

можливе вироблення, тобто максимальну кількість енергії, яку можна

одержати при роботі установки; економічно доцільне вироблення, тобто

вироблення з урахуванням ряду економічних факторів (собівартість, витрати

праці й т.д.); плановане вироблення - кількість енергії, що передбачається

одержати в певний період при уведенні або модернізації наявних

утилізаційних установок; фактичне вироблення - енергію, реально отримана

за звітний період.

Використання вторинних енергетичних ресурсів - це використана

кількість ВЕР даного агрегату в інших установках і системах. Використання

вторинних енергоресурсів споживачем може здійснюватися безпосередньо

без зміни виду енергоносія або за рахунок перетворення його в інші види

енергії, або виробітку тепла, холоду, механічної роботи в утилізаційних

установках.

Теплові ВЕР - це фізичне тепло, що відходять газів, основної й побічної

продукції, тепло золи й шлаків, гарячої води й пари, що відробили в

Кафедра енергетики та електротехніки Джерела енергії на Землі

К.т.н., доц. Є.О. Баганов

технологічних установках, тепло робітників тіл систем охолодження

технологічних установок.

Горючі ВЕР - горючі гази й відходи, які можуть бути застосовані

безпосередньо у вигляді палива в інших установках і непридатні надалі в

даній технології: відходи деревообробних виробництв (тріска, тирса, обрізки,

стружки), горючі елементи конструкцій будинків і споруд, демонтованих

через непридатність для подальшого використання по призначенню, луг

целюлозно-паперового виробництва й інші тверді й рідкі паливні відходи.

До вторинних енергетичних ресурсів надлишкового тиску ставиться

потенційна енергія газів, води, пари, що залишають установку з підвищеним

тиском, що може бути ще використана перед викидом в атмосферу, водойми,

ємності або інші приймачі. Надлишкова кінетична енергія також ставиться до

вторинних енергоресурсів надлишкового тиску.

Фактична економія палива за рахунок теплоти ВЕР стосовно

можливого становить 30-32%, у тому числі в нафтопереробній і

нафтохімічній промисловості -40%, у чорній металургії -40%, у хімічної -25

Основними напрямками використання вторинних енергетичних

ресурсів є: паливне - коли вони використовуються безпосередньо як паливо;

теплове - коли вони використовуються безпосередньо як тепло або для

виробітку тепла в утилізаційних установках; силове - коли вони

використовуються у вигляді електричної або механічної енергії, отриманої в

утилізаційних установках; комбіноване - коли вони використовуються як

електрична (механічна) енергія й тепло, отримані одночасно в утилізаційних

установках за рахунок ВЕР.

Значна кількість горючих ВЕР використовується безпосередньо у

вигляді палива, таке ж безпосереднє застосування знайшли й теплові ВЕР,

наприклад, гаряча вода системи охолодження для опалення й ін.

Необхідно відзначити, що зміна схем паливо- і теплоспоживання, коли

використання енергоресурсів усередині технологічних агрегатів

Кафедра енергетики та електротехніки Джерела енергії на Землі

К.т.н., доц. Є.О. Баганов

покращилося, а вихід вторинних енергоресурсів скоротився, не є

використанням ВЕР. Такі перетворення схем тільки вдосконалили

технологічний процес даної установки (агрегату).

При правильному використанні вторинних теплових енергетичних

ресурсів, що утворилися у вигляді тепла газів, що відходять, технологічних

агрегатів, тепла основної й побічної продукції, досягається значна економія

палива. Проведеними розрахунками встановлено, що вартість теплоенергії,

отриманої в утилізаційних установках, нижче витрат на виробіток такої ж

кількості теплоенергії в основних енергоустановках.

Виявлення виходу й обліку можливого використання вторинних

енергоресурсів — одне із завдань, яку необхідно вирішувати на всіх

підприємствах і особливо підприємствах з більшою витратою палива,

теплової й електричної енергії.

Використання вторинних енергетичних ресурсів не обмежується лише

енергетичним ефектом - це й охорона навколишнього середовища, у тому

числі повітряного басейну, зменшення кількості викидів шкідливих речовин.

Деякі із цих викидів можуть давати додаткову продукцію, наприклад,

сірчистий ангідрид, що викидається з газами, що відходять, можна

вловлювати й направляти на випуск сірчаної кислоти.

Відмова споживачів від використання вторинних енергетичних ресурсів як на

діючих, так і проектованих підприємствах може бути обґрунтований тільки

розрахунком, що підтверджує економічну неефективність або технічну

неможливість використання ВЭР.

Закон України Про енергозбереження

Суб'єктами правового регулювання відносин у сфері енергозбереження

є юридичні та фізичні особи, в результаті діяльності яких здійснюються:

роботи, пов'язані з розвитком і використанням нетрадиційних

поновлюваних джерел енергії, вторинних енергетичних ресурсів, процесів

заміщення дефіцитних видів палива;

Кафедра енергетики та електротехніки Джерела енергії на Землі

К.т.н., доц. Є.О. Баганов

Енергетична стратегія України на період до 2030 року

7.1.2.2. Оцінка потенціалу міжгалузевого енергозбереження за рахунок

технічного (технологічного) фактора на період до 2030 року

Міжгалузеве технологічне енергозбереження має досить значний

потенціал, проте, його відмінністю від галузевого потенціалу

енергозбереження є більш висока економічність - у 2-4 рази.

До основних міжгалузевих заходів слід віднести: ...

використання вторинних енергетичних ресурсів;

Енергоресурс

2010 2015 2020

203

ідви

ення

івня вико

истання вто

инних ене

го

ес

ур

сів

Паливо млн. т

. 2

64 2

93 3

05 3

Перспективними напрямками розвитку НВДЕ в Україні є:

біоенергетика, видобуток та утилізація шахтного метану, використання

вторинних енергетичних ресурсів (ВЕР), позабалансових покладів

вуглеводнів, вітрової і сонячної енергії, теплової енергії довкілля, освоєння

економічно доцільного гідропотенціалу малих річок України. На базі

відновлювальних джерел вагомий розвиток отримують технології

одержання як теплової, так і електричної енергії.

Економічно доцільні для використання ресурси низькопотенційної

теплоти природного і техногенного походження, що можуть утилізуватися

тепловими насосами, оцінюються у 22,7 млн.т у.п. на рівні 2030 року.

Передбачається збільшити обсяги використання потенціалу

вітроенергетики з 0,018 млн. т у.п. у 2005 році до 0,7 млн. т у.п. у 2030 році.

Державна Програма реформування, модернізації та розвитку

комунальної теплоенергетики України

Основний зміст Програми - перелік і послідовність дій по реформуванню і

розвитку комунальної теплоенергетики, складається з органічного

поєднання двох частин: відновлення основних фондів комунальної

Кафедра енергетики та електротехніки Джерела енергії на Землі

К.т.н., доц. Є.О. Баганов

теплоенергетики і суттєвого підвищення ефективності використання

палива в цій сфері народного господарства.

В сфері генерування реалізуються ресурсозберігаючі

(паливозберігаючі) технології, які дозволяють виробляти ту ж кількість

теплоти при менших витратах палива, або ж забезпечувати

теплопостачання населення за рахунок інших джерел енергії. До цих

технологій належать:

Використання вторинних енергоресурсів різноманітних технологічних

процесів (скидного потенціалу);

Використання потенціалу вторинних енергоресурсів дозволить

зменшити споживання палива ще на 5%.

В результаті поліпшення технологічних процесів генерування

теплоти можна зекономити по Україні до 2-3% природного газу.

Кафедра енергетики та електротехніки Джерела енергії на Землі

К.т.н., доц. Є.О. Баганов

Лекція 8

Ресурсна база невідновлювальних джерел енергії: вугілля, нафти,

природного газу, ядерного палива. Енергетична оцінка резервів.

Характеристики основної паливно-енергетичної сировини:

Види паливно-енергетичної сировини = 1 ТУП

ТУП в долл.

США (2005 р)

Нафта, кг 258 105.7

Уран, кг 0.0165 99.0

Торф, кг 1400 42.9

Вугілля, кг 605 30.3

Газ. куб.м. 94 20.7

Нафта - масляниста горюча рідина світла коричневого, , темно бурого,

і чорного кольору зі специфічним запахом, , розповсюджена у осадовому

шарі Землі ..

Із чого складається нафта:

С–82,5-87%;

Н–11,5-14,5%;

О–0,05-0,35% до0,7%;

S–0,001-5,5% до8%;

N–0,02-1,8%.

Кисень у нафті зосереджений у нафтових кислотах, асфальтенах, смолах.

Сірка - сірководень, меркаптени, сульфіди, дисульфіди, тіофани.

Азот - гомолог іпіридину, гідропіридину, гідрохіноліну.

Механічні домішки:

Кафедра енергетики та електротехніки Джерела енергії на Землі

К.т.н., доц. Є.О. Баганов

Розчинені гази (т.зв. супутній нафтовий газ) у кількості 30-300 м

на 1 т

нафти

Вода - 50-10000 кг на 1 т нафти

Мінеральні солі-10-100 г на літр води.

Зольність нафтей не перевищує десятої частки відсотка.

Нафти концентрують у своєму складі: ванадій(до 0,1%) нікол (до0,01%),

молібден (до0,005%) та інші хімічні елементи.

Основні нафтові родовища

Країна

Родовище,

рік відкриття

Середня

глибина

видобутку, м

Властивості нафти

(щільність, вміст

сірки)

Початкові

запаси,

млн. т.

Ірак Румайла, 1953 2290-3350 850 кг/м

, 2% 3783

Іран Гечсаран, 1928 300-2550 869 кг/м

, 1,66% 1557

Кувейт

Великий Бурган,

1938

1080-2600 871 кг/м

, 2,5% 9900

ОАЕ Закум,1964 2150-2800 830 кг/м

, 0,6% 2137

Гавар, 1948 1550-2 050 845 кг/м

, 1,9% 10142

Саудівська

Аравія

Саффанія-Хафджи,

1951

1500-3000 898 кг/м

, 2,9% 3451

Лівія Серир, 1961 2490-2745 83 6 кг/м

, 0,3% 2026

Мексика Кантарель, 1973 900-1800 2300

США Прадхо-Бей, 1968 2028-3135 873,5кг/м

, 1% 2700

Венесуела Болівар, 1917 190-1500 4380

Великобри

танія

Брент,1971 2440-3200 837 кг/м

, 0,15% 275

Норвегія Статфьйорд, 1944 2400-3200 845 кг/м

, 0,2% 850

Самотлор, 1965 2 000 850 кг/м

, 0,76% 3500

Росія

Ромашкінське, 1948 1500 810 кг/м

, 1,7% 2390

Кафедра енергетики та електротехніки Джерела енергії на Землі

К.т.н., доц. Є.О. Баганов

Запаси нафти:

Країни

Запаси,

млн. т

Частка в

світі, %

Запаси,

млрд дол.

Саудівська Аравія 36063 19,3 12090

Канада 24506 13,1 8216

Іран 17800 9,5 5967

Ірак 15514 8,3 5201

Росія 14955 8 5014

Кувейт 13300 7,1 4459

ОАЕ 12950 6,9 4341

Венесуела 11200 6 3755

Лівія 4687 2,5 1571

Нігерія 4628 2,5 1552

Китай 3247 1,7 1089

США 3106 1,7 1041

Мексика 2147 1,1 720

Катар 1996 1,1 669

Норвегія 1550 0,8 520

Бразилія 1454 0,8 487

Індію 734 0,4 246

Великобританія 610 0,3 205

Австралія 603 0,3 202

ПАР 2,1 0 1

сума 171052,1 91,5 57345

у світі 187078,5 100 62718