Основы энергосбережения. Конспект лекций - Р. Байтасов

Эффективное использование ТЭР – использование всех видов энергии экономически оправданными, прогрессивными способами при существующем уровне развития техники и технологий и соблюдении законодательства.

Мощность – количество энергии в единицу времени, определяющее интенсивность движения и взаимодействия материальных тел. По другому, это скорость изменения энергии.

Топливо – горючие вещества с углеродной основой, используемые для получения тепловой энергии путём её сжигания.

Ядерное топливо – вещества и материалы, используемые для получения энергии в ядерном ректоре.

Топливно-энергетические ресурсы (ТЭР) – совокупность всех природных и преобразованных видов топлива и энергии, используемых в стране.

Потенциал топливно-энергетических ресурсов (ТЭР) и потребление различных видов энергоносителей, а также экономию ТЭР принято оценивать в килограммах условного топлива (кг. у.т.) (или в тоннах условного топлива (т.у.т.)). За 1 кг у.т. принято значение энергии, равное 29,309 х 10⁶Дж, что соответствует энергосодержанию примерно одного килограмма каменного угля.

Парниковый эффект – это свойство атмосферы пропускать солнечную радиацию, но задерживать земное излучение и тем самым способствовать аккумуляции тепла Землёй. Земная атмосфера сравнительно хорошо пропускает коротковолновую солнечную радиацию, которая почти полностью поглощается земной поверхностью.

Нагреваясь за счёт поглощения солнечной радиации, земная поверхность становится источником земного, в основном длинноволнового излучения, прозрачность атмосферы для которого мала и которое почти полностью поглощается в атмосфере. В случае парникового эффекта при ясном небе только 10—20% земного излучения, проникая через атмосферу, может уходить в космическое пространство. Глобальное потепление частично связано с повышением содержания в атмосфере СО₂, выделяемого при сжигании ископаемого топлива. В Европе общее количество выбросов СО₂ составляет 3000 млн. т в год. Теплоизоляция – весьма эффективный способ сократить расход топлива при отоплении, а следовательно, понизить содержание СО₂ в воздухе. Одновременно сокращаются выбросы двуокиси серы SO₂, нитратов NO и других компонентов, что значительно уменьшает количество кислотных остатков.

1.5. Топливно-энергетические ресурсы мира и Беларуси

Запасы традиционных ТЭР ограничены. По оценкам ряда исследователей и научных организаций разведанные запасы некоторых энергоносителей при существующих темпах их использования могут истощиться уже в ближайшем будущем (табл. 1.5).

Таблица 1.5 Энергетические ресурсы мира [1]

Несмотря на ограниченность запасов нефти и газа, цены на эти энергоносители остаются сравнительно невысокими. Такое положение является следствием политических и экономических механизмов, при помощи которых страны и компании, добывающие, а также активно потребляющие нефть и газ, влияют на мировую экономику.

Наиболее значимы запасы угля и урана. Уголь часто называют топливом XXI века. Ограниченное использование углей в настоящее время связано с проблемами их добычи, транспортировки и использования, которое при наличии дешёвых нефти и газа становится экономически нецелесообразным. Кроме того, сжигание углей ведёт к загрязнению прилегающих территорий радиоактивными веществами. Несмотря на это, доля угля в энергетическом балансе стран Европы часто превышает 50%.

Нужно также отметить, что существующий уровень технологий и цен на энергоносители пока ещё не позволяет активно развиваться альтернативой энергетике, использующей возобновляемые ресурсы. Одним из наиболее перспективных вариантов решения энергетической проблемы считается использование энергии термоядерного синтеза. Однако уже на протяжении десятков лет человечеству не удаётся решить эту проблему.

Потенциал ТЭР в Беларуси по данным межотраслевой научно-технической программы «Энергосбережение и эффективное использование местных топливно-энергетических ресурсов до 2001г.» представлен в таблице.

Месторождения нефти сосредоточены в Припятской впадине, площадь нефтегазоносной области составляет около 30 тыс. км². С начала разработки добыто 100 млн. т нефти и 10,1 млрд. м³ попутного газа, остаточные запасы нефти промышленных категорий составляют 66,0 млн. т, попутного газа – 9,6 млрд. м³.

Неразведанные ресурсы нефти оцениваются на уровне 170 млн. т.

Объёмы добычи нефти (и соответственно попутного газа) в будущем будут постоянно снижаться. Это связано с тем, что разведанные месторождения находятся в заключительной стадии разработки, а вновь осваиваемые характеризуются малыми размерами и небольшими запасами. Кроме того, они относятся к трудноизвлекаемым, и, соответственно, для добычи нефти требуются новейшие технологии и оборудование.

Таблица 1.6 Потенциал ТЭР в РБ (млн. т.у.т.) [1]

Беларусь располагает значительными запасами торфа. В стране разведано более 9000 торфяных месторождений. Основные запасы торфа залегают в месторождениях, используемых сельским хозяйством или отнесённых к природоохранным объектам.

Основными потребителями торфяных брикетов является население. Планируется поддержание их производства на достигнутом уровне.

В Беларуси запасы горючих сланцев оцениваются в 11 млрд. т, промышленные – 3 млрд. т. По своим качественным показателям белорусские горючие сланцы не являются эффективным топливом из-за высокой зольности и низкой теплоты сгорания. Они требуют предварительной термической переработки с выходом жидкого и газообразного топлива. Стоимость получаемых продуктов выше мировых цен на нефть.

В Беларуси известны три месторождения бурых углей (Житковичское, Бринёвское и Тонежское) с общими запасами 151,6 млн. т. Бурые угли – низкокалорийные, поэтому пригодны в основном для использования как коммунально-бытовое топливо после брикетирования совместно с торфом. Разработка угольных месторождений в ближайшей перспективе не рекомендована Республиканской экологической комиссией, поскольку при современном уровне развития технологий их энергетического использования возможный экологический ущерб значительно превысит возможные выгоды замещения экспортируемых энергоресурсов.

В основном энергетика страны ориентирована на импорт энергоносителей: нефти – 90%, угля – 95%, электроэнергии – 25%, природного газа – 100%. Доля угля в энергетике страны в отличие от других стран Европы не велика. Экономика сориентирована на нефть и природный газ.

В условиях ограниченности собственной ресурсной базы актуальными являются проблемы энергетической безопасности страны. Под энергетической безопасностью подразумевается гарантия надёжного и бесперебойного энергоснабжения страны в нормальных условиях и в чрезвычайных ситуациях. Необходимыми условиями достижения энергетической независимости и безопасности государства является не только наличие резерва электрической и тепловой мощности, запасов топлива, надёжность оборудования и т.д., но и соблюдение некоторых критериев. Первый – если энергетика страны основывается на импорте топлива, то закупки не должны осуществляться в одной стране. В большинстве европейских стран действуют законы об энергетической безопасности, не позволяющие закупать более 70% энергоносителей из одного источника. Второй – доля каждого вида топлива имеет свою предельную величину, энергетика не должна развиваться только на одном топливе.

Сейчас в Беларуси не соблюдается первый критерий: Беларусь покупает более 80% топлива за рубежом (преимущественно в России) и частично закупает у соседних стран электроэнергию. Такое положение не обеспечивает энергетической безопасности, без которой не может быть и независимости политической.

Вплотную подошла Беларусь и к нарушению второго критерия энергетической безопасности. Согласно ему, доля природного газа не должна превышать 60—65%, так как электростанции на газе работают в режиме непрерывной доставки топлива, а отсутствие альтернативы требует больших и экономически неоправданных запасов резервного топлива (например, мазута) или строительства громадных газовых хранилищ.

Более того, в развитых странах для обеспечения энергетической безопасности государства создаётся резерв – избыток энергетических мощностей не менее 15% по сравнению с пиковой нагрузкой.

Тема 2. ВОЗОБНОВЛЯЕМЫЕ ИСТОЧНИКИ ЭНЕРГИИ

2.1. Гелиоэнергетика

Гелиоэнергетика – получение энергии от Солнца.

Солнце является основным источником энергии, обеспечивающим существование жизни на Земле. Вследствие реакций ядерного синтеза в активном ядре Солнца достигаются температуры до 10⁷К. При этом поверхность Солнца имеет температуру около 6000К. Электромагнитным излучением солнечная энергия переносится в космическом пространстве и достигает поверхности Земли.