Раздел 1.Энергосбереж.тренир / ЛИТЕРАТУРА ПО ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЮ / Основы энергосбережения. Курс лекций. Ольшанский А.И. 2007 г. Основы энергосбереженияОсновы энергосбережения Поспелова ТГ 2000STATE COMMITTEE FOR ENERGY SAVING AND ENERGY SUPERVISION OF THE REPUBLIC OF BELARUS TATYANA POSPELOVA THE FUNDAMENTALS OF ENERGY SAVING Minsk, «Technoprint» ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ ПО ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЮ ИЭНЕРГЕТИЧЕСКОМУ НАДЗОРУ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ Т.Г. ПОСПЕЛОВА ОСНОВЫ ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЯ Минск, «Технопринт» ТадК 620.9(476) пео^ Поспелова Т. Г., Основы энергосбережения. - Мн.: УП «Технопринт», 2000. - 353 е.- ISBN985-6582-94-6 Изложены современная концепция, основные понятия и принципы эффективного энергоиспользования, рассматриваются механизмы и способы энергосбережения в условиях рыночной экономики, анализируется мировой опыт, состояние и перспективы энергосбережения в Республике Беларусь. Рецензенты; директор ГП БелТЭИ, к. т. и. Ф. И. Молочко, инженер В. И. Новыш Научный редактор: директор ГП БелВИЭЦ, к. т. н. В. В. Кузьмич Издано при участии УП "Белэнергосбережение "
о ПРОБЛЕМАХ ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЯ ИПРЕДЛАГАЕМОЙ КНИГЕ всовременном мире условием сохранения и развития цивилизации на Земле стало обеспечение человечества достаточным количеством топлива и энергии при все возрастающих материальных и духовных потребностях людей, сложности экологических проблем. Ограниченность запасов традиционных топливно-энергетическихресурсов заставила обратиться к энергосбережению как одному из основных элементов современной концепции развития мировой энергетики. Энергосбережение означает переход к энергоэффективным технологиям во всех отраслях экономики, включая топливно-энергетическийкомплекс и, прежде всего, энергоемкие отрасли, а также коммунальнобытовой сектор. Энергосбережение означает рациональное энергоиспользование во всех звеньях преобразования энергии - от добычи первичных энергоресурсов до потребления всех видов энергии конечными пользователями, т. е. эффективные технологии производства, передачи, распределения и потребления энергии, максимальное использование возобновляемых источников энергии. Проблемы энергосбережения актуальны и решаются во всех странах, но при общем содержании конкретные способы и пути решения диктуются национальными, природ-но-геологическимиисоциально-экономическимиособенностями и условиями каждой страны. 6 Основы энергосбережения В Республике Беларусь в одной из первых из бывших республик Советского Союза была осознана необходимость энергосбережения и возведена в ранг государственной политики. Для решения проблем энергосбережения разработана концепция, приняты Закон об энергосбережении, система государственных программ и создана республиканская система управления энергосбережением, верхним звеном которой является Государственный комитет по энергосбережению и энергетическому надзору. За истекшее пятилетие сформировалась и успешно развивается комплексная система энергосбережения: широкая правительственная поддержка, привлечены лучшие силы инженерно-техни-ческого потенциала страны, учтены зарубежный опыт и местные условия, найдены действенныесоциально-экономические,психологические рычаги и стимулы рационального расходования энергоресурсов как на предприятиях, так и на бытовом уровне. В республике разработаны и внедряются новые технические энергосберегающие решения, организована передача передовых технологийиз-зарубежа, проводится активнаяинформационно-рекламнаяработа. С самого начала поставлена и решается задача создания комплексной непрерывной системы образования в области энергосбережения - от закрепления на подсознательном уровне в дошкольном возрасте навыков бережного, рачительного отношения к энергии до подготовки высококвалифицированных менеджеров по энергосбережению и инженеров, способных находить энергосберегающие решения в своей профессиональной деятельности. Учебный центр ГП «Белэнергосбережение» координирует и проводит систематическую работу по подготовке и переподготовке кадров с учетом новейших отечественных и зарубежных технологий энергосбережения. Издается республиканский журнал «Энергоэффективность», начато издание серии книг по энергосбережению. В их числе - широкий спектр отнаучно-популярныхпознавательных до серьезных учебных пособий и монографий. Настоящая книга доктора технических наук, профессора Т. Г. Поспеловой рекомендуется в качестве учебника по курсу «Основы энергосбережения». Она представляет собой первое подобное издание как в нашей республике, так и в странах ближнего зарубежья. Это достаточно серьезное и глубокое изложение научно-техническихоснов, современных состояния и тенденций в области энсргосбереже- о проблемах энергосберелсения и предлагаемой книге пш, учитывающее мировой опыт, реальные достижения и задачи в нашей республике. Достоинством книги следует считать системность, ясность и простоту изложения. Нельзя не отметить оригинальность подхода к подаче материала и наличие интересных результатов собственных исследований автора. Так, впервые уделено значительное внимание энергетическому менеджменту как одному из важных механизмов энергосбережения, правовым и экономическим аспектам. Энергосбережение - чрезвычайно широкая область прикладных знаний. Книга дает представления и сведения по его основным разделам, вполне отражает мировые тенденции, состояние и перспективы энергосбережения в Республике Беларусь. На наш взгляд, книга будет интересна и полезна широкому кругу читателей: инженерам всех профилей, менеджерам, преподавателям, аспирантам, студентам. Порядок и стиль ее изложения таков, что позволяет не обязательно читать все подряд, а лишь то, что интересно и нужно данному читателю. Хочется надеяться, что книга будет способствовать росту знаний и культуры в области энергосбережения, что необходимо для устойчивого экономического развития нашей республики. А. А. САВАНОВИЧ, заместитель председателя Государственного комитета по энергосбережению и энергетическому надзору. Посвящается моим родителям и учителям: светлой памяти моей матери - доктора технических наук, профессора ФЕДОРОВОЙ ИРИНЫ АНАТОЛЬЕВНЫ и моему отцу - доктору технических наук, профессору, заслуженному деятелю науки и техники РБ ПОСПЕЛОВУ ГРИГОРИЮ ЕФИМОВИЧУ,- преданность которых энергетической науке и самоотдача в педагогической деятельности могут служить примером для молодежи ОТ АВТОРА Настоящая книга является учебником по дисциплине «Основы энергосбережения», введенной в учебные планы, по которым обучаются студенты технических и экономических специальностей Республики Беларусь. Введение этой дисциплины связано с актуальностью проблем рационального пользования энергоресурсами для стабильного и поступательного развития национальной экономики и реализацией Государственной программы «Энергосбережение». В книге излагаются в едином плане основные сведения в области теоретических основ и практических механизмов энергосбережения, необходимые инженерам, экономистам и менеджерам для осуществления их профессиональной деятельности. Кроме основного назначения настоящая книга может служить учебным пособием для студентов специальности Т 22.01 «Энергетический От автора W менеджмент и энергоэффективные технологии». Автор надеется, что ее труд будет полезен также для инженеров и аспирантов. Достаточное энергопроизводство - условие существования, движитель человеческой цивилизации, основа ее экономического и социального прогресса. Наша жизнь немыслима без света и тепла в квартирах, без современных средств связи, компьютеров, бытовых устройств. Без энергоресурсов остановится любое производство, не сможет прийти в движение ни один вид транспорта. Экономический рост и увеличение численности населения - два основных фактора, которые определяют рост энергопотребления на Земле. Согласно прогнозам, прирост мирового валового продукта ожидается в среднем около 3% в год, прирост объема энергопотребления - 2% в год. Численность населения также возрастет существенно, но интенсивность се роста составит меньше половины от интенсивности экономического роста. Это позволяет ожидать существенного улучшения благосостояния отдельных людей. Но как уровень потребления энергии на человека, так и его качественный состав по видам энергии зависит от экономического развития стран и персональных доходов отдельных людей. Энергопроизводство и энергопотребление - два неразрывно связанных полюса современной экономики, определяемые ее структурой, национальными историей и особенностями, ее социальной направленностью в различных странах. В то же время, они определяют возможности и пропорции ее дальнейшего развития и, в конечном счете, место данного государства в современном мире, уровень жизни и благосостояние его граждан. Развитие энергопроизводства для удовлетворения потребностей народонаселения планеты в энергии связано с проблемами экологии. Объекты энергетики дают до трети всех выбросов в окружающую среду окислов азота и серы. Сжигание топлива переводит природный кислород в углекислый газ, угрожая Земле парниковым эффектом, а атомные станции в случае аварий - радиоактивным заражением. Вобозримой перспективе не ожидается кардинальных изменений вспособах получения и преобразования энергии. Рост энергопотребления в основном будет удовлетворяться за счет традиционных энергоисточников: электростанций, котельных установок, двигателей внутреннего сгорания, реактивных двигателей и т. п. По-прежнемубудет 10 Основыэнергосбережения сжигаться органическое топливо: нефть, газ, уголь, древесина, - использоваться ядерное топливо. Поэтому экология предъявляет жесткие требования к темпам развития традиционной энергетики. В этих условиях единственный путь развития человечества - гармоничное сочетание его экологических и материальных потребностей, стремления сохранить окружающую среду для будущих поколений и желания получить сегодня все блага промышленной цивилизации. Основа такой гармонии - рациональное энергообеспечение общественного развития на основе сопоставления принятых обществом показателей качества жизни и экономико-экологическихиздержек, неизбежных при достижении этих показателей. Таким образом, рациональное энергоиспользование, энергосбережение - забота всего человечества, процесс, требующий сотрудничества, согласованных действий всех стран и народов. Принимая во внимание международное значение энергосбережения, следует подчеркнуть его значение для стабильного социально-эко-номического развития, для обеспечения энергонезависимости и энергобезопасности отдельных стран. Республика Беларусь относится к числу государств, которые недостаточно обеспечены собственными топливно-энергетическимиресурсами, вынуждена импортировать 85% потребляемых энергоресурсов. Так что потенциал энергосбережения, оцениваемый в30-40%,является важнейшим резервом, существенным источником энергии втопливно-энер-гетическом балансе экономики страны. Кроме того, внедрение энергоэффекшвных технологий, энергосберегающего оборудования позволит резко поднять качество выпускаемой продукции, снизит энергетическую составляющую в ее себестоимости, будет способствовать конкурентоспособности белорусской продукции на мировом рынке. По сути, энергосбережение - одно из кардинальных условий становления Беларуси как независимого индустриально и аграрно развитого государства. В Беларуси принят Закон «Об энергосбережении», разработана и внедряется система республиканских, отраслевых и региональных программ энергосбережения. Проводится целенаправленная государственная политика по повышению эффективности использования топливноэнергетических ресурсов, решению организационных, технических, экономических, нормативно-правовыхпроблем по приоритетным направ- studfiles.net Основы энергосбережения. Курс лекций. Ольшанский А.И. 2007 гОЛЬШАНСКИЙ А.И. ОЛЬШАНСКИЙ В.И. БЕЛЯКОВ Н.В. ОСНОВЫ ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЯ КУРС ЛЕКЦИЙ 1 УДК 620.9(075.8) ББК 31 О-56 Рецензенты: д.т.н., академик НАНАБ Клубович В.В. к.т.н., доцент кафедры МТВПО УО «ВГТУ» Алексеев И.С. Рекомендовано к опубликованию редакционно-издательскимСоветом УО «ВГТУ» протокол №3 от «18» сентября 2007г. Ольшанский, А. И. Основы энергосбережения : курс лекций / А. И. Ольшан- О56 ский, В. И. Ольшанский, Н. В. Беляков ; УО «ВГТУ». – Витебск, 2007. – 223 с. ISBN 985-481-091-7 В пособии проанализированы энергетические ресурсы мира и Республики Беларусь. Рассмотрены понятия: топливно-энергетическогокомплекса, станции преобразования энергии, графиков нагрузки, аккумулирования энергии. Приводятся методы прямого преобразования энергии. Описаны нетрадиционные возобновляемые источники энергии, вопросы транспорта и распределения энергии, ценового и тарифного регулирования, нормирования энергопотребления, а также основные правовые и нормативные документы в области энергосбережения, программы по энергосбережению, некоторые технические направления энергосбережения в Республике Беларусь. Приводятся основы энергетического менеджмента и аудита. Уделено внимание вторичным энергетическим ресурсам и способам их утилизации, вопросам эффективного использования энергии в различных сферах городского хозяйства, а также вопросам экологии при энергосбережении и энергосбережения в странах дальнего зарубежья Настоящее пособие предназначено для студентов дневной и заочной форм обучения Учреждения образования «Витебский государственный технологический университет». УДК 620.9(075.8) ББК 31 ISBN 985-481-091-7 © А.И. Ольшанский, В. И. Ольшанский Н.В. Беляков 2007 © Учреждение образования «Витебский государственный технологический университет», 2007 2 ОГЛАВЛЕНИЕ Предисловие……………………………………………………………………………………….. 6 Блок 1. Введение в дисциплину. Энергетические ресурсы мира и РБ. ТЭК ……………... 7 1.1.Роль энергетики в развитии человеческого общества…………………………………... 7 1.2.Виды энергии и энергетических ресурсов………………………………………………… 9 1.3.Качество энергии и энергетических ресурсов……………………………………………. 12 1.4.Электрическая энергия……………………………………………………………………. 13 1.5.Ресурсная обеспеченность мировой энергетики и перспективы ее развития…………... 15 1.6.Невозобновляемые энергетические ресурсы Республики Беларусь……………………. 18 1.7.Энергетический кризис: суть и причины………………………………………………….. 19 1.8.Эффективность использования и потребления энергии в различных странах и в Рес- публике Беларусь…………………………………………………………………………………….. 20 1.9.Топливно-энергетическийкомплекс (ТЭК) ……………………………………………… 22 Контрольные вопросы………………………………………………………………………….. 24 Блок 2. Станции преобразования энергии. Графики нагрузки и аккумулирование энергии. Методы прямого преобразования энергии…………………………………………….. 25 2.1.Тепловые, атомные и гидро электростанции……………………………………………. 25 2.2.Газотурбинные и парогазовые установки…………………………………………………. 29 2.3.Графики нагрузки…………………………………………………………………………..... 30 2.4.Системы аккумулирования энергии………………………………………………………. 32 2.4.1.Механические системы аккумулирования энергии……………………………….. 32 2.4.2.Электрические системы аккумулирования…………………………………......... 33 2.4.3.Химические системы аккумулирования энергии……………………………….. 34 2.4.4.Аккумуляторы тепловой энергии……………………………………….………… 35 2.5.Методы и перспективы прямого преобразования энергии…………………………..….. 35 2.5.1.Преобразование тепловой энергии в электрическую…………………………….. 35 2.5.2.Преобразование световой энергии…………………………………………………. 39 2.5.3.Преобразование химической энергии………………………………………………. 39 Контрольные вопросы………………………………………………………………………….. 41 Блок 3. Нетрадиционные возобновляемые источники энергии …………………………. 42 3.1.Перспективы, достоинства и недостатки нетрадиционных возобновляемых источ- ников энергии………………………………………………………………………………………… 42 3.2.Биологическая энергия.………………………………………………………………….. 43 3.3.Гидроэнергетические ресурсы. ………………………………………………………… 48 3.4.Ветроэнергетические ресурсы.……………………………………………………….... 49 3.5.Солнечная энергия……………………………………………………………………….. 52 3.6.Геотермальные ресурсы ………………………………………………………………..... 58 3.7.Твердые бытовые отходы……………………………………………………………….. 58 Контрольные вопросы………………………………………………………………………….. 59 Блок 4. Транспорт и распределение энергии ………………………………………………… 60 4.1.Транспортировка первичных энергоресурсов…………………………………………... 60 4.2.Транспортировка теплоты……………………………………………………………….... 62 4.3.Теплоносители…………………………………………………………………………….. 67 4.4.Транспортирование электрической энергии……………………………………………... 70 Контрольные вопросы………………………………………………………………………….. 73 Блок 5. Цены и тарифы на энергоресурсы. Ценовое и тарифное регулирование. Нормирование энергопотребления. Потенциал энергосбережения …………………………….. 74 5.1.Понятие тарифа. История тарифообразования на энергоносители РБ………………… 74 5.2.Виды систем тарифов на электроэнергию………………………………………………. 75 5.3.Тарифы на природный газ и тепловую энергию…………………………………………. 77 5.4.Регулирующая роль государства ………………………………………………………… 78 5.5.О нормировании энергопотребления……………………………………………………... 80 5.6.Потенциал энергосбережения…………………………………………………………….. 83 Контрольные вопросы………………………………………………………………………….. 86 Блок 6. Основные правовые и нормативные документы в области энергосбережения. Управление ТЭК. Программы по энергосбережению…………………………………………... 87 6.1.Закон «Об энергосбережении»……………………………………………………………. 87 6.2.Структура управления ТЭК и системой энергосбережения Республики Беларусь…… 89 6.3.Республиканские отраслевые и региональные программы по энергосбережению……. 92 6.4.Система финансовой поддержки энергосбережения…………………………………… 95 Контрольные вопросы………………………………………………………………………….. 96 Блок 7. Некоторые технические направления энергосбережения в Республике Бела- русь…………………………………………………………………………………………………….. 97 7.1.Малые и мини-ТЭЦ,повышение эффективности котельных……………………...... 97 7.2.Компрессорное оборудование и холодильная техника………………………………… 99 7.3.Электропривод…………………………………………………………………………….. 101 7.4.Автоматизация управления производственными процессами……………………. 103 7.4.1.Общие положения…………………………………………………………………… 103 7.4.2.Понятие автоматического регулирования…………………………………………. 104 7.4.3.Классификация подсистем автоматизации……………………………………….. 105 7.4.4.Датчики ……………………………………………………………………………… 105 7.4.5.Первичный приборный учет………………………………………………………. 111 7.4.6.Схемы автоматизации. Автоматизированные системы контроля и управления различными энергообъектами……………………………………………………………………….. 113 7.5.Приоритетные направления энергосбережения в промышленных отраслях…………. 114 Контрольные вопросы…………………………………………………………………………... 118 Блок 8. Вторичные энергетические ресурсы…………………………………………………. 119 8.1.Общие вопросы……………………………………………………………………………. 119 8.1.1.Вторичные энергетические ресурсы в промышленности…………………………… 119 8.1.2.Вторичные энергетические ресурсы на предприятиях текстильной промышлен- ности……………………………………………………………………………………………………. 120 8.1.3.Определение выхода ВЭР и экономия топлива за счет их использования………… 125 8.1.4.Экономическая эффективность использования вторичных энергетических ресур- сов……………………………………………………………………………………………………… 126 8.2.Утилизация ВЭР…………………………………………………………………………... 131 8.2.1.Теплообменные аппараты для утилизации вторичных энергоресурсов…………… 131 8.2.2.Теплообменные аппараты для утилизации высокотемпературных ВЭР………….. 133 8.2.3.Теплообменные аппараты для утилизации низкопотенциальных вторичных энер- горесурсов…………………………………………………………………………………………….. 137 8.2.4.Некоторые примеры экономии тепловой энергии за счет использования ВЭР….. 143 4 Контрольные вопросы………………………………………………………………………. 146 Блок 9. Основы энергетического менеджмента и аудита ………………………………….. 147 9.1. Понятие энергетического менеджмента и аудита……………………………………… 147 9.1.1.Понятие энергетического менеджмента…………………………………………….. 147 9.1.2.Энергетический баланс………………………………………………........................... 149 9.1.3.Энергетические аудиты и обследования……………………………………………… 151 9.2.Проектный подход в энергетическом менеджменте……………………………………. 157 9.2.1.Планирование капиталовложений на развитие энергетических источников……… 157 9.2.2.Оценка и анализ рисков инвестиционных проектов…………………………………. 160 9.2.3.Схемы финансирования проектов…………………………………………………….. 163 9.2.4.«Экономические» методы проектного анализа……………………………………… 164 9.2.5.Показатели эффективности инвестиционных проектов……………………………. 167 9.2.6.«Неэкономические» методы проектного анализа…………………………………… 172 9.2.7.Энергетическое планирование……………………………………………………….. 176 Контрольные вопросы………………………………………………………………………….. 181 Блок 10. Вопросы эффективного использования энергии в различных сферах город- ского хозяйства ………………………………………………............................................................ 182 10.1.Концепция и задачи энергосбережения………………………………………………… 182 10.2.Энергосбережение при в градостроительстве и зданиях……………………………… 182 10.2.1.Градостроительство………………………………………………………………….. 182 10.2.2.Здания…………………………………………………………………………………. 183 10.3.Энергосбережение при освещении……………………………………………………… 189 10.4.Теплоснабжение…………………………………………………………………………... 193 10.4.1. Реконструкция и модернизация систем централизованного теплоснабжения… 193 10.4.2.Децентрализация и регулирование теплоснабжения………………………………. 194 10.4.3.Теплоснабжение производственных зданий………………………………………... 197 10.5.Автомобильный транспорт………………………………………………………………. 198 10.6.Экономия энергии в быту………………………………………………………………. 199 Контрольные вопросы………………………………………………………………………….. 202 Блок 11. Энергосбережение и экология ………………………………………………………. 203 11.1.Экологические проблемы, связанные с работой ТЭС, ГЭС, транспорта…………….. 203 11.2.Специфические экологические проблемы ядерной энергетики………………………. 206 11..3. Парнниковый эффект………………………………………………................................ 208 11.4.Экологические эффекты энергосбережения……………………………………………. 210 Контрольные вопросы………………………………………………………………………….. 211 Блок 12. Энергосбережение в странах дальнего зарубежья ………………………………… 212 12.1.Мировой опыт энергосбережения………………………………………………............. 212 12.2.Энергосберегающая политика в США………………………………………………...... 216 12.3.Японский опыт энергосбережения………………………………………………........... 218 12.4.Опыт энергосбережения Дании………………………………………………................. 220 Контрольные вопросы………………………………………………………………………….. 222 Список использованных источников…………………………………………………………. 223 ПРЕДИСЛОВИЕ Среди важнейших проблем, поставленных наукой и практикой особое место занимает проблема энергосбережения. Энергосбережение в народном хозяйстве Республики Беларусь поднято на уровень государственной политики. Главные направления и важнейшие мероприятия по развитию топливно-энергетическогокомплекса страны и повышению эффективности энергоиспользования отражены в законе Республики Беларусь «Об энергосбережении» и закреплены энергетической программой до 2010 года. Энергосберегающая политика имеет особо важное значение для отраслей промышленного производства, основанных на теплотехнологии с большой энергоемкостью и с низким уровнем полезного использования топлива. Во многих отраслях легкой промышленности имеются особо крупные резервы экономии топлива и тепла и возможности их практической реализации. Значительное место занимает проблема рационального использования вторичных энергетических ресурсов. Дисциплина «Основы энергосбережения» введена в учебные планы высших учебных заведений. Поставлена задача качественно нового уровня образования инженерного корпуса в области энергосбережения с учетом современных задач государства. Курс лекций представляет собой содержание курса «Энергосбережение» и содержит все разделы, отраженные государственной учебной программой «Основы энергосбережения». Цель учебного пособия – связать основы энергосбережения как общетехническую дисциплину с их практическим применением в работе инженера и дать конкретные знания для принятия и внедрения энергоэффективных мероприятий и решений. Сформировать у будущих специалистов важность понимания энергосбережения как обязательного процесса, как системы при осуществлении своей деятельности и реализации своего интеллектуального потенциала. Учебное пособие предназначено для студентов дневной и заочной форм обучения специальностей 1-5001 01 «Технология пряжи, тканей, трикотажа и нетканых материалов»,1-5002 01 «Конструирование и технология изделий из кожи»,1-5001 02 «Конструирование и технология швейных изделий»,1-3608 01 «Машины и аппараты легкой, текстильной промышленности и бытового обслуживания» Учреждения образования «Витебский государственный технологический университет». БЛОК 1 ВВЕДЕНИЕ В ДИСЦИПЛИНУ. ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ РЕСУРСЫ МИРА И РБ. ТЭК 1.1. Роль энергетики в развитии человеческого общества Источником всей энергии на Земле является Солнце. В процессе фотосинтеза, являющегося основой жизни многих видов растений, живая природа потребляет лишь незначительную часть (около 40 ТВт) от общего количества исходящей от Солнца энергии (около 200000 ТВт). Большее количество солнечной энергии расходуется на согревание атмосферы Земли (50 %), освещение планеты (30 %) и на осуществление процессов кругооборота веществ на Земле (20 %). Использование энергии человечеством растет в геометрической профессии. В 1990 году оно составило около 12 ТВт, т. е. 30 % от ее общего количества, поглощаемого в процессе фотосинтеза. Энергия является основой жизни на Земле. Растения поглощают солнечную энергию в процессе фотосинтеза; животные потребляют эту энергию косвенным путем, поедая растения и других животных. Человек потребляет солнечную энергию различными путями, в том числе и с пищей. Еще в глубокой древности человек научился перерабатывать энергию Солнца путем сжигания биологической материи (например, древесины или навоза). История энергетики насчитывает тысячелетия. Процесс потребления энергии на нашей планете исторически протекал крайне неравномерно. Ориентировочное представление о нем может дать рис. 1.1, на котором показано изменение расхода энергии человечеством во времени. Кривая указывает на резкое возрастание потребления энергии начиная с XX в. Человечество за всю историю своего существования израсходовало около 900-950тыс. ТВт ∙ч энергии всех видов, причем почти 2/3 этого количества приходится на последние40-50лет. На каждом новом этапе исторического развития усложнение хозяйственной деятельности человека неизбежно приводило к нехватке
никами энергии были собственная сила человека и сила животных. Выход из этого кризиса был найден в использовании мускульной силы рабов. Развивались ремесла, техника: появились приспособления для увеличения «силовых» возможностей человека – блоки, рычаги, катки и т. п. Встречались в те давние времена и с энергетическими проблемами, похожими на современные. Исследования археологов в древнем горнопромышленном и металлургическом центре Востока – Древнем Египте установили, что выплавка меди там внезапно прекратилась примерно за 1000 лет до нашей эры. Хотя до этого в течение 1000 лет не менее 1000 печей плавили металл, причем в качестве топлива использовали древесный уголь из стволов пальм, там произраставших. Когда пальмовые леса близ месторождения были вырублены, топлива стало не хватать - «локальный энергетический кризис» привел к прекращению производства металла. С крахом рабовладельческого строя кончилась эпоха «живой энергетики», и человечество должно было искать новые источники энергии. Прежде всего, люди обратили свои поиски к источникам, которые всегда были перед их глазами – к текущей воде и к ветру. Парусные суда, водяные колеса, мельницы, ветряные мельницы нашли применение уже в Древней Греции и в период Римской империи. Новый, феодальный строй вызвал к жизни и новую технику, основными энергетическими источниками становятся сила воды и ветра, более продуктивно используется сила животных, меняется энергетическая база производства: для приведения в движение самых разнообразных станков и механизмов широко используются водяные колеса. К середине XVIII в. водяные колеса распространились по всей Европе, вокруг них строятся фабрики, возникают города. Развивающаяся промышленность (ткацкая, металлургическая, горное дело, металлообрабатывающая) требовала все больше и больше энергии. В поисках возможных источников энергии люди настойчиво пытались создать машины, которые работали бы сами по себе – вечные двигатели. Навязчивая идея не умерла и до настоящего времени, хотя и развенчана наукой. Великим изобретением, предоставившим человечеству необходимую энергию и возможность дальнейшего прогресса, стало изобретение паровой машины и ее распространение в XVIII в. Здесь нельзя не отметить заслуги нашего соотечественника – И. И. Ползунова. С изобретением паровой машины человек научился превращать в движение, в работу теплоту, запасенную в угле, дереве, торфе. Однако серьезные недостатки паровых машин: низкий коэффициент полезного действия, большие размеры машины, необходимость подвоза топлива, сложный привод станков (передача движения от машины к станкам), большое количество выделяемой сажи - требовали искать другие, новые источники энергии, новые способы ее получения и преобразования. Наступает век электричества. Открытие вольтовой дуги, электрического освещения русским электротехником В. В. Петровым положило начало практическому использованию электричества. В 1831 г. Майкл Фарадей изобрел электрогенератор, а за 10 лет до этого - электродвигатель. Электрические машины совершенствовались. Резкий рывок в их развитии – изобретение русским ученым М. О. Доливо-Добровольскимнового типа машины - трехфазного асинхронного двигателя, работающего на переменном токе. Вначале – середине XX в. электрификация стала основным фактором увеличения производительности труда и условием повышения уровня благосостояния народа. Современные энергосистемы являются неотъемлемым компонентом инфраструктуры общества, в особенности промышленно развитых стран, которые расходуют примерно 4/5 энергоносителей и в которых живет лишь 1/4 населения планеты. На страны третьего мира, где живет 3/4 населения Земли, приходится около 1/5 мирового потребления энергии. 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, особенно в развивающихся странах, при одновременном сведении к минимуму воздействия человеческом деятельности на здоровье людей и окружающую среду. Впоследние 25 лет все развитые страны мира перестали наращивать потребление первичной энергии на душу населения, обеспечив достаточно высокий уровень жизни своих граждан. Существует тесная взаимосвязь между энергообеспечением, богатством государства и благосостоянием народа. Уровень развития общества определяется способом его энергообеспечения. По подсчетам академика А. Берга еще 100 лет назад 98 % потребляемой на Земле энергии приходилось на мускульную силу человека и животных. Энергия, вырабатываемая ветровыми мельницами, водяными колесами, паровыми и электрическими машинами, составляла лишь малую долю. Внастоящее время в результате научно-техническогопрогресса почти всю тяжелую работу выполняют машины, а на мускульную силу людей приходится меньше 1 % энергии. Пользование даровыми природными энергоресурсами (ветром и солнечным теплом) способствовало зарождению и становлению цивилизации. Последовательно сменяющиеся виды все более калорийных энергоносителей - дрова, уголь, нефть, газ и, наконец, ядерное топливо - это этапы прогресса, который, создавая блага для человечества, вместе с тем ухудшает эко- логическую среду, уменьшает предел экологической емкости среды обитания, что явля- ется глобальной энергетической проблемой. 1.2. Виды энергии и энергетических ресурсов Согласно представлениям физической науки, энергия – это способность тела или сис- темы тел совершать работу. Существуют различные классификации видов и форм энергии. Назовем те ее виды, с которыми люди наиболее часто встречаются в своей повседневной жизни: механическая, электрическая, электромагнитная, тепловая, химическая, атомная (внутриядерная). Последние три вида относятся к внутренней форме энергии, т. е. обусловлены потенциальной энергией взаимодействия частиц, составляющих тело, или кинетической энергией их беспорядочного движения. Энергию в естествознании в зависимости от природы делят на следующие виды. Механическая энергия — проявляется при взаимодействии, движении отдельных тел или частиц. К ней относят энергию движения или вращения тела, энергию деформации при сгибании, растяжении, закручивании, сжатии упругих тел (пружин). Эта энергия наиболее широко используется в различных машинах — транспортных и технологических. Тепловая энергия — энергия неупорядоченного (хаотического) движения и взаимодействия молекул веществ. Тепловая энергия, получаемая чаще всего при сжигании различных видов топлива, широко применяется для отопления, проведения многочисленных технологических процессов (нагревания, плавления, сушки, выпаривания, перегонки и т.д.). Электрическая энергия — энергия движущихся по электрической цепи электронов (электрического тока). Электрическая энергия применяется для получения механической энергии с помощью электродвигателей и осуществления механических процессов обработки материалов: дробления, измельчения, перемешивания; для проведения электрохимических реакций; получения тепловой энергии в электронагревательных устройствах и печах; для непосредственной обработки материалов (электроэррозионная обработка). Химическая энергия — это энергия, "запасенная" в атомах веществ, которая высвобождается или поглощается при химических реакциях между веществами. Химическая энергия либо выделяется в виде тепловой при проведении экзотермических реакций (например, горении топлива), либо преобразуется в электрическую в гальванических элементах и аккумуляторах. Эти источники энергии характеризуются высоким КПД (до 98%), но низкой емкостью. Магнитная энергия — энергия постоянных магнитов, обладающих большим запасом энергии, но «отдающих» ее весьма неохотно. Однако электрический ток создает вокруг себя протяженные, сильные магнитные поля, поэтому чаще всего говорят об электромагнитной энергии. Электрическая и магнитная энергии тесно взаимосвязаны друг с другом, каждую из них можно рассматривать как "оборотную" сторону другой. Электромагнитная энергия — это энергия электромагнитных волн, т.е. движущихся электрического и магнитного полей. Она включает видимый свет, инфракрасные, ультрафиолетовые, рентгеновские лучи и радиоволны. Таким образом, электромагнитная энергия — это энергия излучения. Излучение переносит энергию в форме энергии электромагнитной волны. Когда излучение поглощается, его энергия преобразуется в другие формы, чаще всего в теплоту. Ядерная энергия — энергия, локализованная в ядрах атомов так называемых радиоак- тивных веществ. Она высвобождается при делении тяжелых ядер (ядерная реакция) или синтезе легких ядер (термоядерная реакция). Бытует и старое название данного вида энергии – атомная энергия, однако это название неточно отображает сущность явлений, приводящих к высвобождению колоссальных количеств энергии, чаще всего в виде тепловой и механической. Гравитационная энергия — энергия, обусловленная взаимодействием (тяготением) массивных тел, она особенно ощутима в космическом пространстве. В земных условиях, мо, например, энергия, «запасенная» телом, поднятым на определенную высоту над поверхностью Земли – энергия силы тяжести. Таким образом, в зависимости от уровня проявления, можно выделить энергию макромира – гравитационную, энергию взаимодействия тел – механическую, энергию молекулярных взаимодействий – тепловую, энергию атомных взаимодействий – химическую, энергию излучения – электромагнитную, энергию, заключенную в ядрах атомов –ядерную. Современная наука не исключает существование и других видов энергии, пока не зафиксированных, но не нарушающих единую естественнонаучную картину мира и понятие об энергии. В Международной системе единиц СИ в качестве единицы измерения энергии принят 1 Джоуль (Дж). 1 Дж эквивалентен 1 ньютон метр (Н м). Если расчеты связаны с теплотой, биологической и многими другими видами энергии, то в качестве единицы энергии применяется внесистемная единица - калория (кал) или килокалория (ккал), 1кал = 4,18 Дж. Для измерения электрической энергии пользуются такой единицей, как Ватт час (Вт ч, кВт ч, МВт ч), 1 Вт ч = 3,6 МДж. Для измерения механической энергии используют величину 1 кг м = 9,8 Дж. Если энергия – результат изменения cостояния движения материальных точек или тел, то она называется кинетической; к ней относят механическую энергию движения тел, тепловую энергию, обусловленную движением молекул. Если энергия – результат изменения взаимного расположения частей данной системы или ее положения по отношению к другим телам, то она называется потенциальной; к ней относят энергию масс, притягивающихся по закону всемирного тяготения, энергию положения однородных частиц, например, энергию упругого деформированного тела, химическую энергию. Энергетические ресурсы – это материальные объекты, в которых сосредоточена энергия, пригодная для практического использования человеком. Энергия, непосредственно извлекаемая в природе, называется первичной, а носители первичной энергии называются первичными энергоресурсами. На рис. 1.2 представлена классификация первичной энергии. Выделены традиционные виды энергии, во все времена широко использовавшиеся человеком, и нетрадиционные виды энергии, сравнительно мало использовавшиеся до последнего времени в силу отсутствия экономичных способов их промышленного преобразования, но особо актуальные сегодня ввиду их высокой экологичности. Различают невозобновляемые и возобновляемые виды энергии и, соответственно, нево- зобновляемые и возобновляемые энергоресурсы. Невозобновляемые энергоресурсы– это те, которые ранее были накоплены в природе и в новых геологических условиях практически не образуются, например, уголь, нефть, природный газ. Возобновляемые энергоресурсы – те, восстановление которых постоянно осуществляется в природе, например, энергия ветра, биотопливо, энергия морских волн и т. д. На классификационной схеме рис. 1.2 невозобновляемые и возобновляемые виды энергии обозначены, соответственно, белыми и серыми прямоугольниками. К невозобновляемым энергетическим ресурсам относят: каменный уголь; нефть; природный газ, уран. Топливо подразделяют на следующие четыре группы (рис. 1.2): – твердое; studfiles.net Конспект лекций по курсу "основы энергосбережения"МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ ЧАСТНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ОБРАЗОВАНИЯ «ИНСТИТУТ СОВРЕМЕННЫХ ЗНАНИЙ им. А.М.Широкова» ВИТЕБСКИЙ ФИЛИАЛ Часть 3для студентов экономических специальностей Витебск, 2005 ОглавлениеУЧЕТ И РЕГУЛИРОВАНИЕ ПОТРЕБЛЕНИЯ ЭНЕРГОРЕСУРСОВ 3 7.1 Системы учета электрической энергии 3 7.2 Регулирование и учет тепловой энергии, типы приборов, используемых в Республике Беларусь 7 7.3 Основные меры по оснащению приборами учета использования ТЭР 10 7.4 Учет расхода холодной и горячей воды 12 7.5 Учет расхода газа 14 ОСНОВЫ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОГО МЕНЕДЖМЕНТА И АУДИТА 18 8.1 Сущность, цели, задачи и организация энергетического менеджмента и энергоаудита на предприятии 18 8.2 Порядок проведения энергетического аудита на предприятии 21 8.3 Энергетический баланс 24 БЫТОВОЕ ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЕ 27 9.1 Энергосбережение при освещении зданий 27 9.2 Электробытовые приборы и их эффективное использование 29 9.3 Повышение эффективности систем отопления. Автономные энергоустановки 31 9.4 Системы воздушного отопления 34 ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЕ В ПРОМЫШЛЕННЫХ И ОБЩЕСТВЕННЫХ ЗДАНИЯХ И СООРУЖЕНИЯХ 37 10.1 Тепловые потери в зданиях и сооружениях 37 10.2 Тепловая изоляция зданий и сооружений 39 10.3 Энергетическая паспортизация зданий, мониторинг застроенных территорий и экспертиза проектов теплозащиты 41 10.4 Изоляционные характеристики остекления. Стеклопакеты 43 ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЕ И ЭКОЛОГИЯ 47 11.1 Экологические проблемы энергетики 47 11.2 Парниковый эффект 49 ПРИОРИТЕТНЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ ЭНЕРГОСБЕРЕГАЮЩЕЙ ПОЛИТИКИ В ОСНОВНЫХ ОТРАСЛЯХ ЭКОНОМИКИ СТРАНЫ 56 12.1 Развитие отраслей топливно-энергетического комплекса 56 12.2 Энергосберегающие мероприятия в основных отраслях экономики 57 12.2.1 Промышленность 57 12.2.2 Сельское хозяйство 58 12.2.3 Строительный комплекс 59 12.2.4 Химическая и нефтехимическая отрасль 61 12.2.5 Энергетика 61 12.2.6 Жилищно-коммунальное хозяйство 63 СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ И РЕКОМЕНДУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ 66 ЛЕКЦИЯ 7 ( 2 часа) Учет и регулирование потребления энергоресурсов7.1 Системы учета электрической энергии 7.2 Регулирование и учет тепловой энергии, типы приборов, используемых в Республике Беларусь 7.3 Основные меры по оснащению приборами учета использования ТЭР 7.4 Учет расхода холодной и горячей воды 7.5 Учет расхода газа 7.1 Системы учета электрической энергииОтпуск электроэнергии регулируется, как правило, централизованно, а потребление - главным образом вручную при помощи отключения приборов или уменьшения их потребляемой мощности реостатами, автотрансформаторами. В некоторых случаях применяются автоматические отключатели, оборудованные часовыми механизмами (реле времени), например, в коридорах общественных зданий, подъездах. Реле времени отключают уличное освещение, хотя имеются системы, работающие от фотоэлементов по интенсивности природной освещенности. Учет электропотребления осуществляется электросчетчиками. Приборы учета электрической и тепловой энергии обеспечивают экономию ТЭР, отражая их реальное потребление. И, как правило, после установки приборов учета плата за отпущенную тепловую энергию по фактическим отчетным данным в 2-3 раза ниже той, что была до их установки. Отсутствие приборов обусловливает неточную информацию, искажение отчетных данных, что приводит ко многим негативным явлениям. Установку приборов можно и нужно делать в новых зданиях, проекты которых рассчитаны на то, что инженерные коммуникации будут работать с приборами учета. Учет, контроль, минимизация составляющих энергопотребления и его стоимости возможны на предприятии только при автоматизации процессов отпуска энергии и являются одним из главных путей создания автоматизированных систем контроля и учета энергоресурсов. Оснащение потребителей приборами учета расхода газа, воды и тепловой энергии началось в Республике Беларусь с принятием постановления Совета Министров Республики Беларусь от 7 июня 1994 года № 505 «О введении приборного учета расхода газа, воды и тепловой энергии в домах жилищного фонда». Затем были приняты еще одно постановление Совета Министров от 9 июля 1997 года № 855 «О дальнейшем внедрении приборного учета расхода газа, воды и тепловой энергии», а также Концепция развития приборного учета расхода газа, воды и тепловой энергии и Программа работ по производству приборов учета расхода газа, воды и тепловой энергии и оснащение ими потребителей на период до 2000 года. Концепцией развития приборного учета расхода газа, воды и тепловой энергии определены следующие направления оснащения приборами коммер-ческого учета расхода ТЭР: - объекты жилищно-коммунального хозяйства, здравоохранения, образования, культуры и социально-бытовой сферы; - предприятий и организаций отраслей народного хозяйства всех форм собственности. Внедрение приборов учета тепловой энергии и систем автоматического регулирования позволяет получить экономический эффект: - от снижения потребления топлива, энергии и воды; - уменьшения затрат на производство и использование газа, воды и тепла; - уменьшения затрат на устранение аварий и установления водопроводов и теплосетей. В целях получения максимального экономического эффекта необходимо устанавливать приборы учета и регулирования расхода тепловой энергии и воды на центральных и индивидуальных тепловых пунктах. Массовую установку приборов индивидуального учета воды и газа предполагается осуществить при повышении тарифов на энергоносители до уровня, обеспечивающего 100-процентную оплату населением издержек по их производству и подаче. Системы коммерческого учета электроэнергии должны соответствовать тарифу, применяемому при расчетах между потребителями и поставщиками энергии. Основными системами учета являются: 1 При тарифе с основной ставкой за заявленную максимальную нагрузку, участвующую в максимуме ЭЭС (электроэнергетических систем), применяются счетчики с фиксацией максимума нагрузки в киловаттах в определенные часы суток, а также счетчики киловатт-часов активной энергии или специальные счетчики, которые одновременно с учетом потребленных киловатт-часов фиксировали бы средневзвешенный максимум нагрузки в часы прохождения максимума ЭЭС. Замеры получасовой максимальной нагрузки должны производиться ежедневно в часы прохождения максимума ЭЭС в течение всего времени учета энергии. Если в рассматриваемый максимум ЭЭС имеет место утренний и вечерний максимумы, то соответствующие замеры производятся ежесуточно в период прохождения обоих максимумов ЭЭС. 2 При применении тарифов на электроэнергию со ставками, дифференцированными по зонам суток и стимулирующими снижение потребности электроэнергии в часы максимума ЭЭС и повышение потребления во внепиковой зоне, особенно в часы ночных провалов графика нагрузок ЭЭС, необходимы счетчики активной энергии, фиксирующие потребление энергии в соответствующих зонах суток. 3 Для управления специальными счетчиками могут применяться различные системы телеуправления, использующие как специальные и общие каналы связи, так и распределительные сети. Широко используется управление посредствам контактных часов с установленной программой. Контактные часы представляют собой управляющий временной переключатель, который по заданной программе производит определенные переключения. Область применения контактных часов весьма широкая. Они могут ис- пользоваться для управления силовыми цепями (уличное освещение, электри-ческие водоподогреватели, отопление, освещение витрин и т. п.), периоди-ческого включения и отключения счетчиков фиксации в максимумы нагрузки, многофактурных электрических счетчиков. Существуют следующие основные системы централизованного учета электроэнергии. 1 Дистанционное электронное счетное и суммирующее устройство. Применяется для промышленных предприятий, питающихся по нескольким вводам, для расчета за электроэнергию по заявленному максимуму мощности посредствам установки на центральном контрольном пункте электронного дистанционного счетного и суммирующего устройства. 2 Информационная измерительная система «Дата ватт», предназна- ченная для крупных промышленных потребителей, питающихся по несколь- ким вводам, и дающая возможность вести учет и суммирование потребленной активной и реактивной энергии на каждом вводе нарастающим итогом по установленным зонам времени и осуществлять автоматический и визуальный контроль совмещенного 15-минутного максимума нагрузки с предупредительной сигнализацией при тенденциях к превышению сверхза- явленного и последующим трехступенчатым отключением нагрузки. Для учета электрической энергии имеются различные приборы и создан- ные на их основе системы. В настоящее время хорошо известна автоматизированная измеритель-ная система (ИС), позволяющая организовывать автоматизированные систе-мы контроля и управления различными энергообъектами (АСКУЭ) разработан-ная научно-производственным центром (НПЦ) «Спецсистема». Смысл создания и использования АСКУЭ заключается в постоянной экономии энергоресурсов и финансов на предприятии при минимальных начальных одноразовых денежных затратах. Величина экономического эффекта от использования АСКУЭ достигает на предприятиях в среднем 15-30% от годового потребления энергоресурсов, а затраты окупаются за 2-4 квартала. Внедрение АСКУЭ «ИСТОК» позволяет: 1) обеспечить автоматизацию учетно-управленческой деятельности службы главного энергетика, сократив при этом непроизводительные затраты энергоресурсов и рабочего времени; 2) обеспечить привязку энергопотребления к организационно- технической структуре предприятия, что способствует проведению объек- тивного анализа энергопотребления предприятия при различных режимах условиях работы, помогает наладить должный контроль и учет вплоть до каждого конкретного потребителя; 3) наладить оперативный контроль за соблюдением лимитов потребле-ния, что помогает объективно рассчитывать и отслеживать удельные нормы расхода энергоресурсов на единицу продукции. Получаемые при эксплуатации АСКУЭ «ИСТОК» данные о расходе (вы- работке) ТЭР, их дальнейший анализ служит основой составления реального плана организационно-технических мероприятий по перестройке производства, снижению потерь энергоресурсов, а также ужесточению экономических мер за их перерасход и нерациональное использование, т. е. побуждает экономить. Существуют и другие системы учета: ЭРКОН, СИМЭК, СЭМ-1, которые выполняют также функции учета потребляемых ресурсов. studfiles.net ЛЕКЦИЯ 16 ТЕМА. Основы энергосбережения.ЛЕКЦИЯ 16 ТЕМА. Основы энергосбережения. ПЛАН ЛЕКЦИИ. 1. Основы энерготехнологии. 2. Энерготехнологические схемы использования топлив. 3. Основные направления повышения эффективности использования топливо-энергетических ресурсов в народном хозяйстве 4. Методы снижения энергозатрат. Энерготехнология – раздел науки, базирующийся на глубоких исследованиях кинетики и механизма соответствующих химических реакций, изучении физических процессов переноса теплоты вещества при фазовых превращениях в реагирующих системах и на исследовании качественных физико-химических, а также экономических характеристик исходного топлива. 1. Основы энерготехнологии Современная структура потребления топливно-энергетических ресурсов в народном хозяйстве СССР характеризуется следующими приближенными данными: освещение 0,5%; силовые процессы 25%; высокотемпературные процессы (свыше 673К) 25%; средне- и низкотемпературные процессы (соответственно 373-673 и 373-423К) 49,5%. Расход энергии на освещение и приводы механизмов и машин (электродвигатели) определяет потребность в электроэнергии. Затраты энергии на высокотемпературные процессы формируют необходимый расход топлива, электроэнергии и пара. Затраты энергии на среднетемпературные процессы определяют расход топлива и пара. Для низкотемпературных процессов в качестве энергоносителя, как правило, используется горячая вода. Различают энергетическое (связанное с получением энергоносителя – водяного пара) и технологическое или промышленное (связанное с производством металла, строительных материалов, химического сырья и т.п.) использование топлив. Твердые, жидкие и газообразные виды топлив в основном являются источником теплоты. Вместе с тем топливо – это уникальное невозобновляемое сырье для химической, нефтехимической, фармацевтической, микробиологической промышленности и др. Так, путем переработки угля получают сотни ценных продуктов. Из нефти и газа производится более 95% продукции органического синтеза: полиэтилен, поликарбонатные пластмассы, полиэфирные волокна, различные типы синтетического каучука, кормовой белок и др. Одним из наиболее действенных средств повышения эффективности потребления топлива в народном хозяйстве является переход к комплексным энерготехнологическим методам использования топлива: к извлечению всех ценных составляющих топлива при обязательном комбинировании процесса сжигания части топлива для производства тепловой и электрической энергии с различными технологическими процессами. Энерготехнологические методы производства возможны на базе всех твердых, жидких и газообразных топлив. Комбинирование энергетического и технологического процессов позволяет интенсифицировать все основные процессы, включенные в энерготехнологическую схему, значительно повысить коэффициент использования топлива, а также с максимальной эффективностью и высоким КПД применять как органическую, так и минеральную (зольную) составные части топлива. Разработка эффективных методов комплексного использования топлива неразрывно связана с развитием энерготехнологии. Энерготехнология занимается разработкой основных теоретических положений, позволяющих создавать высокоэффективные комплексные энерготехнологические методы использования различных видов топлива при производстве важнейших видов промышленной продукции из топлива или с его помощью. Энерготехнология имеет два главных практических направления: изыскание путей повышения эффективности использования органической и минеральной частей топлив, применяемых на электростанциях и в промышленной энергетике, и создание интенсивных энерготехнологических методов производства важных видов промышленной продукции (сталь, чугун, цветные металлы, строительные материалы, химическое сырье и т. п.) при потреблении топлив, имеющих малую стоимость, и снижении их удельных расходов. 2. Энерготехнологические схемы использования топлив В простейшей энерготехнологической схеме повышения эффективности использования составных частей топлив (первое направление энерготехнологии) топливо перед сжиганием в топке котла подвергается термической переработке в определенных условиях с получением высококалорийного газа и ценных жидких продуктов. Простейшая схема применима при потреблении большинства твердых, жидких и газообразных видов топлив, однако ее назначение зависит от конкретных условий развития района, в котором располагается электростанция. Простейшие схемы, предназначены для получения жидких смол, содержащих ценные виды химического сырья, бензина, высококалорийного газа с компонентами сжиженного газа и непредельных углеводородов, цементного клинкера и других строительных материалов типа шлаковойлока, шлаковаты и т. п. 3. Основные направления повышения эффективности использования топливо-энергетических ресурсов в народном хозяйстве Основные направления повышения эффективности использования топливно-энергетических ресурсов в народном хозяйстве определены Энергетической программой СССР на длительную перспективу. К их числу относятся: - проведение активной энергосберегающей политики на базе ускоренного научно-технического прогресса во всех звеньях народного хозяйства и в быту, всемерная экономия топлива и энергии, обеспечение на этой основе значительного снижения удельной энергоемкости национального дохода; - ускорение технического прогресса в отраслях топливно-энергетического комплекса, а также в машиностроительных и других смежных отраслях промышленности, поставляющих этому комплексу оборудование, машины и материалы; - обеспечение опережающих темпов роста производства электроэнергии по сравнению с темпами роста добычи и производства первичных энергетических ресурсов; - сокращение всех видов энергетических потерь и повышение уровня использования вторичных ресурсов; - обеспечение роста ресурсов моторных топлив прежде всего за счет увеличения объема и глубины переработки нефти, при одновременном существенном сокращении расхода мазута электростанциями, а также путем широкого использования в качестве моторных топлив сжатого и сжиженного природного газа и организации по мере решения научно-технических проблем производства синтетических моторных топлив из газа, угля и горючих сланцев; - форсированное развитие ядерной энергетики для производства электрической и тепловой энергии и высвобождение на этой основе значительного количества органического топлива, строительство в качестве маневренных мощностей гид-роаккумулирующих электростанций в европейской части страны; - создание технической и материальной базы для широкого использования реакторов на быстрых нейтронах, вторичного ядерного горючего, тория и его соединений, энергии термоядерного синтеза, а также нетрадиционных возобновляемых источников энергии, в том числе солнечной, геотермальной, приливной, ветровой энергии и биомассы; - обеспечение в необходимых количествах экспорта топлива и энергии, в первую очередь для решения совместно с братскими социалистическими странами энергетических проблем, а также для эффективного участия в международном разделении труда; - модернизация действующего и замена устаревшего энергетического и энергоиспользующего оборудования; оптимизация режимов работы энергетических и технологических установок с целью значительного снижения удельных расходов топлива, теплоты и электрической энергии. Использование ВЭР в отраслях народного хозяйства предполагает обязательное включение утилизационных установок в процессы с технологическими агрегатами, дающими ВЭР. Совершенствуются и создаются новые типы конструкций утилизационного оборудования и методов его очистки от пыли. К числу последних относятся установки, вырабатывающие пар повышенных параметров для круглогодового использования ВЭР на промышленных предприятиях, для утилизации физической теплоты доменных шлаков и шлаков печей цветной металлургии. Разрабатываются эффективные конструкции установок, предназначенных для работы на запыленных и агрессивных газах цветной металлургии, термического обезвреживания технологических отходов, аккумуляции конвертерных газов в черной металлургии с целью использования в качестве топлива, а также теплоиспользующие холодильные установки для получения искусственного холода и др. Важнейшее значение при планировании, организации и управлении топливно-энергетическим хозяйством СССР имеют топливно-энергетические балансы, в которых отражается качественное и количественное согласование производства и потребления всех видов топлива и энергии. При разработке основных направлений развития народного хозяйства на основе анализа фактического состояния использования ВЭР и предварительных данных о перспективах развития предприятиям выдается задание по использованию ВЭР. Эти задания являются основой для разработки плановых энергетических балансов и мероприятий по утилизации и использованию ВЭР. Для обоснованного планирования использования ВЭР большое значение имеет система статистической информации, основанная на данных промышленных предприятий. При разработке проектов новых промышленных предприятий в их топливно-энергетических балансах предусматривается рациональное и наиболее полное использование ВЭР с учетом территориальных возможностей кооперирования предприятий по теплоте, внедрение технологических процессов, обеспечивающих более эффективное внутреннее использование энергетических ресурсов с целью снижения их потерь. Дальнейшее развитие топливно-энергетического комплекса, совершенствование энергетического баланса, повышение производительности труда при производстве энергетических ресурсов на основе внедрения новейших достижений науки и техники, рациональное использование и экономное расходование топлива и энергии – важнейшие народнохозяйственные задачи. 4. Методы снижения энергозатрат Развитие теоретических основ рабочих процессов. Эффективность реализации энергии существенно отражается на эффективности перевозок и именно с ней связаны основные проблемы транспортной энергетики: дальнейшее развитие теоретических основ организации сгорания жидкого и газообразного топлива в традиционных двигателях; развитие водородной энергетики; разработка альтернативных моторных топлив; совершенствование методов снижения уровня загрязнения ОС. Конструктивное совершенствование традиционных видов транспорта. Проблемы в этой области включают в себя снижение удельной массы элементов, повышение удельной мощности ДВС, КПД энергосиловых элементов, уменьшение сопротивления движению, осуществление рекуперативного торможения, увеличение запаса хода. Развитие новых видов транспорта. К новым видам транспорта относятся электромобили с индуктивным подводом энергии, бесколесный рельсовый транспорт и гелиотранспорт. Конструктивное совершенствование систем обеспечения работы транспортных энергоустановок. Оптимизация и автоматизация управления транспортным средством и его энергосиловыми элементами. Специализированное ТС может быть совершенным только для определенных эксплуатационных условий. АТС общего назначения ”можно сконструировать и настроить на преобладающий режим движения. Однако сколь совершенной ни была бы конструкция, без умелого управления автомобилем высокой эффективности АТС не добиться. Развитие дорожной сети. Кроме экстенсивного наращивания суммарной длины дорог с усовершенствованным покрытием необходимо развитие и применение методов оптимизации топологии дорожной сети. Оптимизация управления автотранспортными потоками (АТ-потоками). Без оптимального управления АТ-потоками высокая энергоэффективность парка машин недостижима. Цепь исследовательских действий в этой области включает в себя решение ряда задач по следующим элементам: одиночное движение АТС—движение АТС в цепочке—движение АТС в потоке — установившееся движение однородного АТ-потока — установившееся движение смешанного АТ-потока—движение пачек АТС и их взаимодействие в AT-потоке — нестационарные АТ-потоки — взаимодействие потоков на фрагменте УДС — АТ-потоки на сети. Решение этих задач должно осуществляться с применением распределительной логистики и ГИС. Оценка энергоемкости транспортной продукции. Это проблема совершенствования методологии измерения и развития системы показателей. Упомянем измеритель «тран», предлагаемый исследователями для оценки энергоемкости транспортного процесса. Снижение издержек на топливно-энергетическую составляющую транспортного процесса. Разработка и применение методов снижения энергозатрат. Технические методы снижения энергозатрат включают в себя совершенствование конструкций машин, используемых в транспортном процессе, правильный выбор специализированных средств, поддержание технического состояния машин и дороги на высоком уровне. Технологические методы — оптимальное управление транспортным средством, использование влияния технологии погрузочно-разгрузочных работ на энергоемкость функционирования транспортного комплекса. Организационно-управленческие методы связаны с исследованием и использованием влияния организации движения и логистических методов организации перевозок на энергоемкость перевозок. Применение энергосберегающих технологий как способа защиты окружающей среды и общества. Наиболее важными аспектами этой проблемы являются совершенствование систем снижения дымности и токсичности транспортных ДВС, обеспечение экологической безопасности моторных топлив, контроль их качества и расходования. kursak.net Основы энергосбереженияМИНИСТЕРСТВО ЗДРАВООХРАНЕНИЯ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ БЕЛОРУССКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ МЕДИЦИНСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ КАФЕДРА МЕДИЦИНСКОЙ И БИОЛОГИЧЕСКОЙ ФИЗИКИ В.А. Мансуров ОСНОВЫ ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЯ Учебно-методическое пособие Минск 2010 УДК 621:006.354; 621.004:002:006.354 ББК 31.361 М Автор: к.т.н. Мансуров В.А. Рецензенты: заведующий кафедрой Энергетики, Белорусского аграрно-технического университета, к.т.н., доцент В. А. Коротинский, ведущий научный сотрудник Государственного научного учреждения «Институт тепло- и массообмена НАН Б», к.ф.-м.н. Л.К. Глеб. Утверждено методической комиссии медико-биологических дисциплин в качестве учебно-методического пособия, протокол №6 от 17. 02. 2010 г. Мансуров В.А. М Основы энергосбережения: Учеб.-метод. пособие – Мн:. БГМУ, 2010. – __с. ISBN Рассматриваются основные разделы дисциплины «Основы энергосбережения»: топливно-энергетический комплекс и потребление топливно-энергетических ресурсов в Республике Беларусь; традиционные и альтернативные источники энергии; производство, распределение и потребление энергии; основы энергосбережения в зданиях; принципы энергетического менеджмента и энергетического аудита. Особое внимание уделено техническим и правовым проблемам энергосбережения в Республике Беларусь. Предназначается для студентов лечебного, стоматологического, педиатрического и медико-профилактического факультетов. Тепловая и электрическая энергия – необходимое условие жизнедеятельности человека и создания благоприятных условий его быта. Для получения энергии необходимо топливо - нефть, газ, уголь, энергия атомного ядра, дрова и другие первичные источники (солнечная, ветряная и гидроэнергия). Энергия, заключенная в этих источниках, бесполезна до тех пор, пока она не преобразуется в необходимые энергетические услуги для конечного потребителя. Во многих случаях большое количество первичной энергии пропадает впустую ввиду неэффективной конструкции или неправильной эксплуатации оборудования. Повышение цен на топливо требует пересмотра подходов к рациональному энергосбережению применению энергосберегающих технологий при эксплуатации оборудования. В экономике Беларуси энергосбережение и энергосберегающие технологии являются приоритетными при внедрении их в производство. Развитию образа мышления, мировоззрения, знаний и навыков, наличие которых позволяет направить развитие человеческой цивилизации по пути сотрудничества с природой, а не ее покорения, увеличению возможностей каждого человека прожить как можно дольше и в наилучшем самочувствии, сохранению и преумножению творческих возможностей нашего дома посвящен курс основы энергосбережения. Энергосбережение является приоритетом государственной политики, важным направлением в деятельности всех без исключения субъектов хозяйствования и самым дешевым, но не бесплатным, источником энергии. Мероприятия по внедрению энергосберегающих технологий не требуют больших финансовых затрат, так как расходы на производство единицы первичной энергии в 3-4 раза больше, чем на ее сбережение. Существуют три основных направления энергосбережения: 1. Малозатратные мероприятия по рационализации использования топлива и энергии, позволяющие сократить их потребность на 10-12 %. 2. Внедрение капиталоемких мероприятий: энергосберегающих технологий, процессов, аппаратов, оборудования, счетчиков. Это способствует снижению потребности в энергии на 25-30 %. 3. Структурная перестройка экономики, связанная с увеличением доли неэнергоемких отраслей в производстве. Расходование энергии стало фактором, влияющим на экологию земли, что уже привело к состоявшимся экологическим катастрофам (опустынивание, эрозия почв, уничтожение видов растений и животных, «озоновые дыры», парниковый эффект, концентрация СО2 в атмосфере, отравление рек, водных бассейнов), которые заметно ухудшили среду обитания человека, и в обозримом будущем это может привести к ее полной деградации. В ХХ веке человечество израсходовало больше ресурсов, чем за весь период своего существования. Все виды ископаемого топлива выделяют используемое нами тепло и вредные продукты сгорания – газообразные (СО, СО2 , окислы серы, азота и др.) и твердые (пылевидные и компактные). Процесс получения энергии из топлива негативно влияет на экологию атмосферы. Так возрастание содержания СО2 вызывает климатические изменения – парниковый эффект[2] , а уменьшение содержания О2 – одна из причин образования «озоновых дыр»– окон, через которые опасные для всего живого ультрафиолетовые излучения достигают земли. Парниковый эффект повышает среднюю температуру планеты, смягчает различия между дневными и ночными температурами. В результате антропогенных воздействий содержание СО2 (и других газов, поглощающих в инфракрасном диапазоне) в атмосфере Земли постепенно возрастает. Это неблагоприятно влияет на климат и вызывает глобальное потепление. Не исключено, что усиление парникового эффекта в результате этого процесса может привести к глобальным изменениям климата Земли. Кроме глобального экологического воздействия энергетики имеется местное влияние на окружающую среду. К обеспечению работы тепловой электростанции (ТЭС) привлекаются значительные природные ресурсы - топливо, вода, реагенты, строительные материалы. При этом изменяются: сток рек, воздушные течения, подземная фильтрация. Выброс больших масс теплоты и влаги вызывает снижение солнечной освещенности, образование низкой облачности и туманов, моросящих дождей, инея, гололеда, обледенения дорог и конструкций. Отрицательное влияние на природные условия оказывают золоотвалы - земля исключается из сельскохозяйственного оборота. Пыление золоотвалов приводит к гибели растений. Газопылевые выбросы ТЭС загрязняют атмосферу углекислотой, золой, оксидами азота, сернистой и серной кислотой, что вызывает коррозию сооружений и оборудования, уменьшает солнечное облучение территории. Продукты распада расщепляющихся (радиоактивных) веществ являются особыми видами загрязняющих окружающую среду веществ. На первый взгляд, ядерное топливо – это очень привлекательный источник энергии, поскольку выделение энергии тепла происходит без вовлечения в этот процесс расходуемых элементов атмосферы, и в идеале атомная электростанция – экологически чистый источник энергии. Практически оказалось, что экологическая безопасность атомных электростанций (АЭС) относительна, зависит не только от соблюдения технологических режимов, но и от надежности элементов оборудования. Срок службы оборудования АЭС оказался по этой причине в 2-3 раза меньше расчетного, а демонтаж, замена элементов этого оборудования более дороги, чем сооружение новых станций. Практически не решена проблема захоронения радиоактивных отходов и изношенного оборудования радиоактивной зоны. Энергия[3] , как товар, обладает особенностями, обусловленными её физическими свойствами: · совпадение во времени процессов производства и потребления энергии и равенство объема выработанной и потреблённой электроэнергии в каждый момент времени; · невозможность запасания энергии в достаточных в масштабе энергосистемы количествах; · невозможность заранее точно оговорить объемы генерации и потребления энергии; · невозможность с физической точки зрения определить, кто произвел энергию, использованную тем или иным потребителем. На рынках товарной продукции кратковременный дисбаланс между производством и потреблением не приводит к потере устойчивости рынка, поскольку может быть устранён за счет складских запасов или товаров-заменителей. Энергетический рынок может нормально функционировать только при условии, что в каждый момент времени обеспечивается баланс производства и потребления. Невозможность создания запасов готовой продукции приводит к необходимости создания резервов генерирующих мощностей и запасов топлива на электростанциях. Величина резервов нормируется, а затраты на поддержание резервов включаются в стоимость электроэнергии. На практике производители и потребители электроэнергии допускают отклонения от своих обязательств по производству и потреблению энергии. Необходимость оперативного балансирования энергосистемы в условиях переменной нагрузки требует наличия определенного числа маневренных производств, способных быстро и в широких пределах менять величину выработки энергии. Наличие не только краткосрочных (в пределах часа, суток и т.п.) но и сезонных (в течение года) колебаний нагрузки в сочетании с тем обстоятельством, что располагаемая мощность генерирующих стаций должна превышать с требуемым резервом величину годового максимума нагрузки, приводит к тому, что в течение года некоторый объем генерирующей мощности недогружен. Диспетчер, управляющий работой энергосистемы, не в состоянии регулировать в режиме реального времени отпуск энергии потребителям в соответствии с договорами на поставку, и потребитель может отбирать энергию с существенными отклонениями от договорных обязательств. Энергию, используемую в народном хозяйстве в быту, можно разделить на несколько видов: 1) тепловая энергия, используемая для обогрева зданий и сооружений, приведения в действие теплотехнических машин и других целей; 2) электрическая энергия, широко используемая в бытовых и промышленных установках; 3) энергия сжатого воздуха (пневматическая энергия), используемая для приведения в действие различных исполнительных устройств в промышленности и транспорте. mirznanii.com Основы энергосбережения. Курс лекций. Ольшанский А.И. 2007 гкостью требований, предъявляемых к окупаемости капиталовложений в энергосбережение. Для каждого мероприятия или технологии матриц ЭСМТ можно оценить возможности реализации и затраты при проведении активной энергосберегающей политики, установить экономическую целесообразность отдельных энергосберегающих мероприятий и их приоритеты. Это функция энергетического менеджера. Оценка ЭСМТ, их ранжирование позволяют найти величину экономического энергосберегающею потенциала и тенденции его роста. При анализе технического и экономического потенциалов учитываются повышение уровня надежности энергоснабжения и увеличение прибылей за счет снижения ущерба от его перерывов благодаря реализации ЭСМТ. Экологический потенциал энергосбережения определяется максимально возможным снижением экологического ущерба, наносимого выбросами вредных веществ (СО2, N0х, SO2 и др.), излучениями и т. п. объектов, а также занимаемой ими территории благодаря выполнению энергосберегающих мероприятий. Ущерб может быть выражен в денежной форме в виде дополнительных затрат на очистительные устройства, здравоохранение, возмещение ущерба от недовыпуска продукции заболевшими членами общества, потери урожайности, стоимости земли, ущерба от коррозии сооружений и оборудования, ухудшения биологических элементов природы. Поведенческий потенциал энергосбережения определяется мерой осознания актуаль- ности проблемы энергосбережения всеми лицами, принимающими и реализующими решения о ЭСМТ - от деятелей межгосударственных организаций до отдельных домовладельцев, а также согласованностью их действий. Задача оценки энергосберегающих потенциалов имеет многоуровневый итеративный характер, основывается на использовании прогнозов развития региона, статистических данных учета и контроля энергопотребления и относится к классу задач с неопределенной информацией. Это важнейшая задача энергетического менеджмента, принципы ее решения даны в. Для учета потенциалов энергосбережения при планировании развития экономики и управлении ею, и прежде всего топливно-энергетическимкомплексом, в известные, используемые сегодня математические модели оптимизации для рассматриваемых объектов (отрасль, предприятие и т. д.) вводятся энергосберегающие эквиваленты. Энергосберегающими эквивалентами топливной базы, транспорта, электрической станции, электрических сетей и т. п. называются расчетные эквиваленты энергосбере- гающих мероприятий и технологий, благодаря которым удается избежать строительства реальных одноименных объектов с определенными энергетическими, экологическими и соци- ально-экономическимиэквивалентными параметрами. Использование таких эквивалентов позволяет учесть следующие моменты: –возможности энергосбережения во всей цепи – от добычи ПЭР до конечного потребления и утилизации отходов, –территориальные распределение и значимость энергосберегающего потенциала, экономические затраты на энергосбережение, факторы надежности и времени в части изменения потенциала энергосбережения, –условия реализации энергосберегающих мероприятий, в том числе, соотношение государственного и частного секторов в экономике, психологическую подготовленность и настроенность обслуживающего персонала и населения, отношение местных властей и т. д. Итак, технология учета энергосбережения в задачах планирования развития и управления ТЭК может быть представлена последовательностью следующих процедур: 1. Выявление источников энергосбережения. 2. Оценка энергосберегающих потенциалов. 3. Выбор энергосберегающих эквивалентов и расчет их параметров. 4. Ввод энергосберегающих эквивалентов и их параметров в математические модели и алгоритмы оптимизации энергетических систем. Параметры энергосберегающих эквивалентов делятся на три группы: энерготехниче- studfiles.net Основы энергосбережения
7.Энергосберегающие возможности современных электротехнологий 7.1. Экономическое обоснование применения электротехнологий… 149 7.2.Основы применения электротермических процессов…………... 155 7.3.Индукционный нагрев……………………………………….......... 170 7.4.Индукционная плавка……………………………………………... 181 Контрольные вопросы……………………………………….......... 189 8.Системы и узлы учета расхода энергоресурсов 8.1.Общие положения………………………………………………… 190 8.2.Общие вопросы учета энергоресурсов…………………………... 194 8.3.Использование средств учета и регулирования расхода энергоресурсов в жилищно-коммунальномхозяйстве……………….. 199 8.4.Системы учета энергоресурсов………………………………….. 212 Контрольные вопросы……………………………………………. 219 9.Энергетические обследования 9.1.Общие положения………………………………………………… 220 9.2.Основные причины нерационального расхода ТЭР………......... 227 9.3.Организационные вопросы энергетических обследований предприятий……………………………………………………………… 236
10.Вопросы экономики при отоплении помещений 10.1.Применение улучшенной тепловой изоляции…………………... 259 10.2.Электрические нагреватели с аккумулированием тепла……….. 270 10.3.Тепловые насосы………………………………………………….. 278 10.4.Системы вентиляции воздуха………………………………......... 286 10.5.Инфракрасная термография……………………………………… 290 Контрольные вопросы………………………………………......... 292 11.Энергетический паспорт 11.1.Общие сведения…………………………………………………… 293 11.2.Компьютерная версия энергетического паспорта как средство
12.Светотехника 12.1.Основные понятия и определения……………………………….. 311 12.2.Классификация светильников………………………………......... 312 12.3.Некоторые характеристики осветительных приборов …………. 325 12.4.Система условных обозначений типов осветительных приборов………………………………………………………………….. 332 12.5. Основные принципы хорошего внутреннего освещения……….. 334 studfiles.net |
|
||||||||||||||||||
|
|
||||||||||||||||||
|
