Современные энергосберегающие технологии

Филиал государственного образовательного учреждения высшего  профессионального образования МОСКОВСКИЙ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ (технический университет) в городе Смоленске

 
 

ГРУППА ПТЭ-1-10 
 
 

  РЕФЕРАТ 

ТЕМА: СОВРЕМЕННЫЕ ЭНЕРГО И ВОДОСБЕРЕГАЮЩИЕ ТЕХНОЛОГИИ 
 
 
 
 

Руководитель –

Любова Т.С.

Подготовил – Шупта Е.А. 
 
 

Смоленск

2010

      В последнее двадцатилетие энергетика обеспечивала рост благосостояния в  мире примерно в равных долях за счет увеличения производства энергоресурсов и улучшения их использования  и в развитых странах меры по энергосбережению давала 60-65% экономического роста. В результате энергоемкость национального дохода уменьшилась за этот период в мире на 18% и в развитых странах – на 21-27%. Не случайно коренное повышение энергетической эффективности экономики (системных мер по энергосбережению) является центральной задачей Энергетической стратегии России. Энергетическая стратегия предусматривает интенсивную реализацию организационных и технологических мер экономии топлива и энергии, т.е. проведения целенаправленной энергосберегающей политики. Для этого Россия располагает большим потенциалом организационного и технологического энергосбережения. Реализация освоенных в отечественной и мировой практике организационных и технологических мер по экономии энергоресурсов способна к 2020 году уменьшить их расход в стране на 40-48% или на 360-430 млн. т. у. т. в год. Около трети потенциала энергосбережения имеют отрасли ТЭК, другая треть сосредоточена в остальных отраслях промышленности и в строительстве, свыше четверти – в коммунально-бытовом секторе, 6-7% - на транспорте и 3% - в сельском хозяйстве.  

      1. АКТУАЛЬНОСТЬ ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЯ  В РФ НА СОВРЕМЕННОМ ЭТАПЕ

      Энергоресурсосбережение является одной из самых серьезных  задач XXI века. От результатов решения  этой проблемы зависит место нашего общества в ряду развитых в экономическом отношении стран и уровень жизни граждан. Россия не только располагает всеми необходимыми природными ресурсами и интеллектуальным потенциалом для успешного решения своих энергетических проблем, но и объективно является ресурсной базой для европейских и азиатских государств, экспортируя нефть, нефтепродукты и природный газ в объемах, стратегически значимых для стран-импортеров. Однако избыточность топливно-энергетических ресурсов в нашей стране совершенно не должна предусматривать энергорасточительность, т.к только энергоэффективное хозяйствование при открытой рыночной экономике является важнейшим фактором конкурентоспособности российских товаров и услуг. Перед обществом поставлена очень амбициозная задача - добиться удвоения валового внутреннего продукта (ВВП) за 10 лет, но решить эту задачу, не изменив радикально отношение к энергоресурсосбережению, не снизив энергоемкость производства, не удастся.

      Энергосбережение  должно быть отнесено к стратегическим задачам государства, являясь одновременно и основным методом обеспечения энергетической безопасности, и единственным реальным способом сохранения высоких доходов от экспорта углеводородного сырья.

      Требуемые для внутреннего развития энергоресурсы можно получить не только за счет увеличения добычи сырья в труднодоступных районах и строительства новых энергообъектов но и, с меньшими затратами, за счет энергосбережения непосредственно в центрах потребления энергоресурсов - больших и малых поселениях.

      Стратегическая  цель энергосбережения одна и следует  из его определения - это повышение  энергоэффективности во всех отраслях, во всех поселениях и в стране в  целом. И задача - определить, какими мерами и насколько можно осуществить  это повышение.

      Цели энергосбережения совпадают и с другими целями муниципальных образований, таких как улучшение экологической ситуации, повышение экономичности систем энергоснабжения и др.

      Снижение  потребления позволяет обеспечивать подключение новых потребителей при минимальных капитальных затратах на развитие инфраструктуры и снимает проблемы выделения земельных участков под новое строительство объектов генерации, отчуждение санитарно-защитных зон и т.д., что в целом положительно сказывается на градостроительном развитии.

      Решение задач повышения энергоэффективности  на сегодняшнем этапе, когда существует большой резерв малозатратных мероприятий, также совпадает с большинством стратегических целей государства и хозяйствующих субъектов. 

      2. Технологическая  структура энергоснабжающих систем

      Рассмотрим  более подробно технологические  схемы энергоснабжающих систем. На рис. 1-4 представлены наиболее часто  используемые схемы энергоснабжения  в России и Европе. Сравнение этих схем дает красноречивый ответ на вопрос: насколько «оптимальны» эти схемы в России. 

      

      Рис. 1

      

      Рис. 2 

        

      Рис. 3 

        

      Рис. 4 

      На  рис. 5 показана традиционная для России технологическая схема выработки  и транспортировки электроэнергии, из которой видно, что КПД использованной энергии в данном случае колеблется от 40 до 50 %. При этом необходимо отметить, что в реальных условиях этот КПД еще меньше. Так в технических публикациях отмечалось, что потери в электрических сетях при их перегрузке достигают 20 %, т. е. КПД уже не 95 %, а всего лишь 75 %. 

      

      Рис. 5

        ЭНЕРГОНОСИТЕЛЬ

        Первый вывод, который напрашивается  при анализе схем энергоснабжения  (далее введем термин «технологическая  структура») – это какой нужно  использовать энергоноситель.

        Для освещения, очевидно, у электроэнергии  пока конкурента нет. А вот  использование электрических плит вместо газовых – это расточительство, ведь их КПД в рамках всей технологической структуры 20-25 %. Только на электрических плитах страна теряет в год сотни миллионов долларов.

        Для газо- и теплоснабжения следует  в первую очередь определить, использование какого носителя энергии наиболее рационально. На сегодня это газ или вода. Один кг природного газа несет ≈33,5 МДж энергии. Один кг воды с учетом 40-градусного перепада температуры между прямой и обратной магистралью несет 168 кДж (нагрев или охлаждение 1 кг воды на 1 °С требует 4,19 кДж теплоты). Чтобы переместить 1 кг воды на расстояние 1000 м (500 м прямая вода, 500 – обратная) требуется затратить энергию равную 9,8 кДж. Для того, чтобы перенести 168 кДж нужно затратить 9,8 кДж, что составляет 7,5 %, и это без каких-либо гидравлических потерь – в идеальном варианте, т. е. КПД такого использования уже уменьшается на 7,5 %.

        Таким образом, чтобы перенести  33,5 МДж требуется 200 кг воды  и соответствующее количество  энергии на ее перемещение. В реальных условиях на транспортировку энергии с помощью воды требуется 15-25 % энергии. При этом газ перемещается по газопроводу за счет энергии компрессорных станций, а вода за счет дополнительной (к отоплению) энергии, необходимой для преодоления гидравлических потерь в трубах, что влечет за собой увеличение стоимости строительства и эксплуатации теплопроводов.

        Большое влияние на затраты  энергии при транспортировке  воды как теплоносителя имеет  протяженность теплопровода и  качество изоляции.

        Что касается газового носителя, то при увеличении давления газа, на что затрат энергии не требуется, и установке регулятора у потребителя расходы на строительство и эксплуатацию можно снизить в несколько раз.

        Теперь рассмотрим подробнее  отдельные составляющие структуры энергоснабжающих систем и их влияние на общую эффективность энергоснабжения.

        МАТЕРИАЛ ТРУБ

        И в системе газоснабжения,  и в системе теплоснабжения (а  также в водоснабжении и канализации)  энергия переносится по трубам. Труба в зависимости от материала, из которого она изготовлена, может иметь разную себестоимость (иногда достаточно высокую), срок службы, долговечность, различаются и затраты на эксплуатацию, в т. ч. на защиту от коррозии, гидравлические потери энергии (для воды, например, соизмеримые с количеством транспортируемой энергии).

        Труба из полимерных материалов  по всем перечисленным статьям  превосходит стальную или чугунную. Прежде всего – отсутствие  и внешней, и внутренней коррозии, а это увеличение срока службы  и уменьшение затрат на эксплуатацию. Большое значение имеет меньшее гидравлическое сопротивление, особенно за счет отсутствия адгезии по мере продолжительности эксплуатации, что нельзя сказать о стальных и чугунных трубах, где в процессе эксплуатации гидравлические потери резко возрастают из-за уменьшения диаметра за счет различных налипаний на внутреннюю стенку трубы.

        Самое эффективное энергоснабжение  – это газ по полиэтиленовой  трубе с давлением максимально  допустимым в городах и населенных  пунктах, т. е. 3 и 6 бар. Стоимость  газопроводов из полиэтиленовых труб с диаметром до 160 мм в несколько раз ниже, чем из стальных и чугунных, при этом не требуется каких-либо мер по защите от коррозии, т. е. соответственных затрат на эксплуатацию.

        Полиэтиленовые трубы могут использоваться  не только отрезками, но и плетью, что дает возможность проводить строительство с чрезвычайно малым объемом сварочных работ. Сварочная техника для полиэтиленовых труб автоматическая, что значительно облегчает работу сварщика.

        Скорость строительства полиэтиленового газопровода для диаметров до 200 мм значительно выше скорости строительства с применением стальных и чугунных труб, а при больших диаметрах примерно одинакова.

        Что касается использования стальных  труб, то они и дальше будут  использоваться при условии разработки и внедрения надежных и эффективных средств защиты от коррозии, а в каких-то областях, например, очень большие диаметры и высокие температуры переносимой среды, стальные трубы имеют преимущество по сравнению с полиэтиленом.

        Совершенно недопустимо, прежде всего, с точки зрения безопасности, а также экономической эффективности, устройство надземных трубных коммуникаций, в т. ч. по стенам зданий, как это широко применяется в системах газораспределения и частично в теплоснабжении.

        При реконструкции изношенных стальных труб без вскрытия, т. е. бестраншейными методами, в мире широко применяются полиэтиленовые трубы. Например, в мировой практике активно используется протяжка полиэтиленовой трубы внутри стальной, особенно в системах газоснабжения, в т. ч. с увеличением давления. В технологии U-лайнер используются профилированные полиэтиленовые трубы. Существуют и другие технологии, в которых без полиэтиленовых труб не обойтись.

        Интересна технология «Феникс»  с использованием синтетического  чулка, которая наиболее эффективна при реконструкции труб больших диаметров.

        Учитывая огромный износ российских  трубных систем упомянутые выше  технологии должны применяться  в нашей стране как можно  шире.

        Несвоевременная реконструкция  изношенных труб, слабое внедрение полиэтиленовых труб в новом строительстве и при реконструкции ведет к гигантским расходам материальных и человеческих ресурсов, ухудшению социальной атмосферы в стране.

        Вывод. 

        Полиэтиленовые трубы при новом  строительстве и реконструкции  изношенных труб (наряду с использованием технологий типа «Феникс») – основа развития трубного распределительного транспорта.

        ПРОТЯЖЕННОСТЬ ТРУБНЫХ  СИСТЕМ

        На рис. 3 хорошо видна громоздкость  системы централизованного отопления.  Протяженность труб в этом  случае на порядок превышает эту протяженность при локальной генерации теплоты (рис. 4). Это не только увеличивает стоимость строительства, но и требует гигантских затрат при эксплуатации. Например, стальные трубы горячего водоснабжения служат не больше 10 лет.

        Такую систему трудно запустить в начале отопительного сезона, опасно раньше определенного времени отключить, т. к. при неожиданном похолодании ее не запустить.

        Система горячего водоснабжения,  где основное – это поддержание  температуры горячей воды на  высоких значениях, определяет температуру прямой и обратной воды в системе теплоснабжения. И если зимой температура в системе теплоснабжения определяется температурой наружного воздуха, то летом из-за необходимости поддерживать высокую температуру горячей воды вся система теплоснабжения работает вхолостую, увеличиваются тепловые потери в теплопроводах, КПД системы снижается, а большая протяженность магистральных теплопроводов еще усугубляет этот процесс.

        Впечатление особенно неэффективной  производит пятитрубная система от центрального теплового пункта (ЦТП) до непосредственного потребителя. Это очень затратная часть системы теплоснабжения, в частности, дорогостоящая постоянная циркуляция горячей воды, не считая циркуляции воды для отопления.

        ЦТП в крупных городах много, только в Москве их тысячи, легко можно представить затраты на их строительство и содержание, к этому нужно прибавить затраты на «пятитрубку».