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

б) несвоєчасне проведення експертного обстеження використання

паливно-енергетичних ресурсів,

ЕНЕРГЕТИЧНА СТРАТЕГІЯ УКРАЇНИ НА ПЕРІОД ДО 2030 РОКУ

Цілями Енергетичної стратегії є:

• створення умов для постійного та якісного задоволення попиту

на енергетичні продукти;

•

визначення шляхів і створення умов для безпечного, надійного та

сталого функціонування енергетики та її максимально ефективного

розвитку;

•

забезпечення енергетичної безпеки держави;

•

зменшення техногенного навантаження на довкілля та

забезпечення цивільного захисту у сфері техногенної безпеки ПЕК;

•

зниження питомих витрат у виробництві та використанні

енергопродуктів за рахунок раціонального їх споживання,

впровадження енергозберігаючих технологій та обладнання,

раціоналізації структури суспільного виробництва і зниження

питомої ваги енергоємних технологій;

Завдання та напрями Енергетичної стратегії

Основними завданнями та напрямами реалізації Енергетичної

стратегії є:

1. Формування цілісної та дієвої системи управління і регулювання в

паливно-енергетичному секторі, розвиток конкурентних відносин на ринках

енергоносіїв.

5. Оптимізація видобутку власних енергоресурсів з урахуванням їх

пропозицій на зовнішніх ринках, цінової та геополітичної ситуації,

збільшення обсягів енергії та енергопродуктів, видобутих із нетрадиційних

та

відновлюваних джерел енергії.

1.3. Позиціонування України на міжнародних енергетичних ринках

Кафедра енергетики та електротехніки Джерела енергії на Землі

К.т.н., доц. Є.О. Баганов

Недоліки:

• обмеженість у власних розвіданих ресурсах природного газу,

нафти, а також ядерному паливі власного виробництва;

•

використання переважної частини потужностей власних

гідроресурсів;

Переваги:

• достатні запаси вугілля та складових ядерного палива: урану і

цирконію;

•

надлишкові потужності для транспортування газу, нафти та

експорту електроенергії;

•

вигідне географічне та геополітичне становище;

•

розвинута інфраструктура енергетики;

•

високопрофесійний кадровий потенціал.

З точки зору глобальних енергетичних процесів слід врахувати вигідне

геополітичне та географічне становище України та пов’язану із цим її роль

як транзитної держави.

Згідно з базовим сценарієм до 2030 року прогнозується збільшення

обсягу виробництва ВВП майже в 3 рази, а споживання первинних

енергоресурсів – тільки на 51% (з 200,6 млн. т

у.п. у 2005 р. до 302,7 млн. т

у.п. – у 2030 р.).

Досягнення такого рівня планується здійснити за рахунок двох

основних факторів:

•

технічного (технологічного) енергозбереження, що передбачає

модернізацію або заміну енергоємних наявних технологій, підвищення

енергоефективності промисловості і соціально-комунального сектора

економіки та зменшення втрат енергоресурсів;

•

структурного енергозбереження, що передбачає докорінні

структурні зміни для створення малоенергоємної та малоресурсної економіки

шляхом впровадження новітніх технологій.

Кафедра енергетики та електротехніки Джерела енергії на Землі

К.т.н., доц. Є.О. Баганов

Заміна газових котелень на електричні теплогенератори та

акумуляційний електричний нагрів може забезпечити витіснення більше

половини природного газу, що використовується для теплопостачання у

промисловості і побуті.

Забезпечення та регулювання ринку нафтопродуктів України

передбачається за рахунок переробки нафти і газового конденсату власного

видобутку та видобутих українськими компаніями за межами України,

заміщенням моторного

палива стиснутим (метан) та скрапленим (пропан-

бутан) газом, а також рідким паливом, отриманим внаслідок переробки

органічної маси (ріпаку, зерна, цукрових буряків тощо) та кам’яного вугілля.

За базовим сценарієм прогнозується таке споживання основних

енергоресурсів до 2030 року:

- Споживання електроенергії збільшиться в 2,2 рази і перевищить за

прогнозними даними 395,1 млрд.кВтг, експортні можливості

зростуть до 25

млрд.кВтг;

•

Споживання вугільної продукції збільшиться майже в 2,2 разу – до 130,3

млн.тонн;

•

Споживання природного газу зменшиться майже на 36% – до 49,5 млрд. м

;

•

Споживання нафти для внутрішніх потреб збільшиться на третину – до 23,8

млн. тон.

Висновки за стратегією

Забезпечення зростаючих потреб в паливно - енергетичних ресурсах до

2030 року планується здійснити за умов:

•

зменшення енергоємності ВВП та збільшення рівня

енергозабезпеченості країни;

•

збільшення власного видобутку вугілля, нафти, газу та урану;

•

виробництва електричної енергії на атомних електростанціях на

власному ядерному паливі;

Кафедра енергетики та електротехніки Джерела енергії на Землі

К.т.н., доц. Є.О. Баганов

• збільшення експорту нафтопродуктів за рахунок збільшення обсягів

переробки нафти;

•

реалізації програм енергозбереження в галузях економіки і в соціальній

сфері;

•

збільшення використання нетрадиційних і відновлювальних джерел

енергії;

•

зменшення рівня енергетичної залежності країни від зовнішніх поставок

палива та збільшення обсягів споживання власних енергетичних

продуктів.

Висновки за енергозбереженням

1. Енергозбереження є важливим енергетичним потенціалом держави.

Прогнозований потенціал енергозбереження України складатиме у

2030 році 318,4 млн. т у.п., що майже у 1,5 рази перевищує існуючий рівень

споживання первинної енергії. Впровадження заходів технологічного

та

структурного енергозабезпечення дозволить на 51,3 % зменшити рівень

енергоспоживання у 2030 році – з 621 млн. т у.п. за існуючим рівнем

енергоефективності, до 302,7 млн. т у. п. за прогнозованим рівнем

енергоефективності. Тобто, майже трьохкратне зростання ВВП у період до

2030 року обійдеться зростанням споживання енергії лише у 1,5 рази.

2. З метою досягнення у 2030 році показника

енергоємності ВВП на

рівні

0,24 кг у.п/грн. необхідно забезпечити щорічні темпи його зниження не

нижче 4-6 %.

3. Прогнозується значне зростання частки й абсолютних показників

використання відновлюваних і нетрадиційних джерел енергії із додержанням

принципових засад Зеленої книги «Європейська стратегія стабільної,

конкурентоздатної та безпечної енергетики». На рівні 2030 року розвиток

НВДЕ забезпечить заміщення 57,73

млн.т у.п., що складає 19% сумарного

рівня споживання первинної енергії.

Кафедра енергетики та електротехніки Джерела енергії на Землі

К.т.н., доц. Є.О. Баганов

ДЕРЖАВНА ПРОГРАМА

РЕФОРМУВАННЯ, МОДЕРНІЗАЦІЇ ТА РОЗВИТКУ КОМУНАЛЬНОЇ

ТЕПЛОЕНЕРГЕТИКИ УКРАЇНИ

Основними завданнями Програми є:

оптимізація державної політики в частині раціонального використання

централізованого і децентралізованого теплопостачання;

часткове самозабезпечення регіонів тепловою та електричною енергією,

виробленою з максимальним використанням місцевих енергоресурсів;

максимально можливе залучення для виконання Програми вітчизняного

виробника енергетичного обладнання.

Найбільше значення для модернізації комунальної енергетики України

мають наступні технології:

Когенераційні;

Глибока утилізація теплоти відхідних газів котлоагрегатів, що забезпечує

економію палива до 12%;

Застосування при модернізації тепломереж попередньоізольованих труб,

що практично повністю ліквідує величезні втрати енергії при її

транспортуванні;

Широкомасштабне застосування приладів обліку та регулювання

споживання тепла;

Впровадження керованого електричного приводу;

Впровадження енергоекономних систем і приладів освітлення.

Технології пов’язані з використанням місцевих палив, нетрадиційних та

відновлюваних джерел енергії:

біоенергетичні технології;

використання біогазу;

Кафедра енергетики та електротехніки Джерела енергії на Землі

К.т.н., доц. Є.О. Баганов

- використання біогазу зі звалищ твердих побутових відходів;

утилізація побутових відходів;

енергетичне використання мулу та осаду з каналізаційних стоків на

очисних спорудах;

переробка автомобільних шин та гумових відходів;

впровадження сонячних колекторів;

використання місцевих гідроресурсів.

Потенціал економії палива за рахунок енергозбереження у споживачів

енергії складається за рахунок впровадження таких технологій:

Теплоізоляція будівель 10-12%;

Впровадження приладів обліку та регулювання

споживання теплової енергії (теплорегулятори

та балансувальні клапани і т.і.) 15-20%;

Застосування новітніх енергоефективних засобів

зовнішнього освітлення та внутрішнього освітлення

адміністративних і житлових приміщень 1,5-2%;

Кафедра енергетики та електротехніки Джерела енергії на Землі

К.т.н., доц. Є.О. Баганов

Лекція 10

Основи утилізації та перетворення енергетичних ресурсів.

Термодинамічні оцінки ККД. Ідеальні та реальні перетворювачі.

Можливість утилізації та перетворення енергетичних ресурсів

Основними факторами при оцінці можливості та доцільності застосування

ресурсів є:

Наявність рушійних сил:

У загальному вигляді рушійна сила має вигляд:

∂

U – потенційна або внутрішня енергія джерела енергії, Х – будь-яка ступінь

вільності (напрямок розвитку процесу) системи.

Приклади: grad

H, gradT тощо.

Напрямок рушійних сил визначає напрямок самостійного процесу, який і

визначає вироблення та перетворення енергії.

Інколи необхідно подолання активаційного бар’єру процесу: запалення

речовини (бар’єр у джерелі), теплові насоси (бар’єр у принципі перетворення

для подолання зворотного градієнту температур).

Можливість організації розвитку процесу у необхідному напрямку

(наприклад, аеробне зброджування навозу, виходом якого є аміак , СО

та Н

О та анаеробний, виходом якого є метан та СО

Величина рушійних сил – економічна доцільність (тепле повітря із

необмеженою подачею тепла та невелика геотермальна сходинка у

землі з низькою теплопровідністю). Вторинні енергетичні ресурси –

ресурси зі штучно збільшеними рушійними силами.

Можливість контрольованого розвитку процесу перетворення палива

(запобігання автокаталізу).

Передбаченість наявності ресурсу

Кафедра енергетики та електротехніки Джерела енергії на Землі

К.т.н., доц. Є.О. Баганов

Термодинамічні оцінки ккд

Аналіз умов перетворення одних видів енергетичного впливу в інші,

тобто умов перетворення енергії необхідний у всіх випадках, коли наявні

джерела первинної енергії виробляють її не в тій формі, яка потрібна

споживачеві, або ж коли потенціал джерела енергії (температура, тиск,

електрична напруга й т.д.) не відповідає потенціалу споживача. У загальному

випадку

перетворювач енергії може одержувати первинну енергію в різних

формах і кількостях

, Q

, ... від декількох джерел А, В, ... і віддавати

енергію різним споживачам

М, N, ... також у різних формах і кількостях Q

, ... Перетворювач може сам бути джерелом енергії для споживача. У

цьому випадку енергія, що віддається їм, дорівнює зменшенню власної

внутрішньої енергії.

(ОС - навколишнє середовище)

У більшості випадків перетворювач одержує первинну енергію в якій-

небудь одній формі, а віддає енергію споживачам у декількох формах,

причому одна (або деякі) із цих форм є корисної, а інші - побічними й

становлять так звані «втрати» енергії. Ефективність перетворення енергії в

загальному випадку характеризується відношенням кількості

корисної

енергії, що віддається споживачам, до кількості первинної енергії, отриманої

перетворювачем від джерела.

Якщо первинна енергія є роботою будь-якого виду, то за допомогою

ідеального перетворювача, у якому відсутні нерівновагі, необоротні процеси

(тертя, електричний опір, дифузія й тому подібні процеси дисипації), вона

може бути повністю перетворена в енергію будь-якого

іншого виду.

Кафедра енергетики та електротехніки Джерела енергії на Землі

К.т.н., доц. Є.О. Баганов

Максимальна теоретична ефективність перетворення роботи в будь-яку іншу

форму енергії (тобто найбільший ККД перетворювача роботи) дорівнює

одиниці. У реальних перетворювачах є процеси дисипації, які переводять

частину енергії, підведеної у формі роботи, в енергію хаотичного теплового

руху мікрочастинок тіл, що беруть участь у процесі перетворення, у зв'язку із

чим ефективність

перетворення знижується. Таке зниження ефективності

викликане наявністю необоротних процесів, тому для характеристики

ефективності перетворювачів роботи необхідно скористатися другим

законом термодинаміки й наслідками з нього.

Якщо вся первинна енергія або частина її підводить до перетворювача

у формі теплоти, те, відповідно до другого закону термодинаміки, повне

перетворення її в роботу в принципі

неможливо. Якщо перетворювач

(тепловий двигун) працює по замкнутому циклі, тобто не робить роботу за

рахунок власної внутрішньої енергії, то ефективність перетворення теплоти в

роботу в ідеальному, оборотному тепловому циклі характеризується

значенням термічного ККД циклу, що має максимальне значення для циклу

Карно. Однак поняття термічного ККД циклу недостатньо для повної

характеристики

ефективності процесів і пристроїв для перетворення енергії.

Дійсно,

циклу не відбиває втрат, викликаних необоротністю реальних

процесів, необхідних для перетворення енергії, і непридатно для

характеристики таких перетворювачів, у яких корисно використовувана

споживачами енергія віддається не тільки у вигляді роботи, але й у вигляді

теплоти (наприклад, у теплофікаційних установках).

Робота, що робиться системою, має максимальне значення за умови

повної оборотності

всіх процесів:

()( )

()

(

)

⎟

⎠

⎞

⎜

⎝

⎛

−+−−−=

∫

001001

max

/TdqTqssTiil

При відсутності джерел первинної теплоти dq = q = 0 і робота може

бути зроблена тільки за рахунок власної енергії робочого тіла, що проходить

Кафедра енергетики та електротехніки Джерела енергії на Землі

К.т.н., доц. Є.О. Баганов

через проточну систему. У цьому випадку рівняння одержить вид

(

)

(

)

01001

ssTiiЭ

−

Функція працездатності Э робочого тіла в проточній системі одержала

назву

ексергії - максимальної кількості розташовуваної роботи, що може

бути отримане від робочого тіла в проточній системі в результаті переходу

робочого тіла в стан рівноваги з навколишнім середовищем за умови, що

навколишнє природне середовище є єдиним джерелом (або приймачем)

теплоти..

Функція працездатності закритої системи (максимальної корисної

роботи)

()() ()

000000

max

/ vvpTdqTqssTuul −−

⎟

⎠

⎞

⎜

⎝

⎛

−+−−−=

∫

При відсутності підведення теплоти oт джерела dq = q = 0, тому

функція працездатності робочого тіла в закритій системі Э

(яку іноді

називають ексергією закритої системи) може бути виражена

()

(

)

(

)

00000

vvpssTuuЭ

−

−=

Цикл Карно

Теореми Карно.

Термічним ККД прямого оборотного циклу називається відношення

зробленої здійснюючий цей цикл двигуном корисної зовнішньої роботи L' до

кількості теплоти Q

відданої тепловіддатчиком:

−

Перша теорема Карно

Термічний ККД циклу будь-якого оборотного двигуна, що працює в

заданому інтервалі температур, рівняється термічному ККД циклу Карно в

тім же інтервалі температур.