Лекционный материал

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ

ДОНЕЦКОЙ НАРОДНОЙ РЕСПУБЛИКИ

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПРОФЕССИОНАЛЬНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

«ХАРЦЫЗСКИЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ТЕХНИКУМ»

ГОСУДАРСТВЕННОГО ОБРАЗОВАТЕЛЬНОГО УЧРЕЖДЕНИЯ

ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

«ДОНЕЦКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

УТВЕРЖДАЮ:

Зам. директора по УР

__________Г.В. Фаустова

«__»_________201__ г

ЛЕКЦИОННЫЙ МАТЕРИАЛ

Раздел 2 «Энергосбережение»

МДК.01.05 «Электроснабжение отрасли»

ПМ.01 «Организация технического обслуживания и ремонта электрического и электромеханического оборудования»

Специальность 13.02.11 «Техническая эксплуатация и обслуживание электрического и электромеханического оборудования (по отраслям)»

201__

Лекционный материал по разделу 2 «Энергосбережение» МДК.01.05 «Электроснабжение отрасли» ПМ.01 «Организация технического обслуживания и ремонта электрического и электромеханического оборудования» специальности 13.02.11 «Техническая эксплуатация и обслуживание электрического и электромеханического оборудования (по отраслям)»

Разработчик:

Савченко Е.В. – преподаватель, специалист второй квалификационной категории ГПОУ «ХТТ ДонНТУ».

Рассмотрено и одобрено на заседании цикловой комиссии специальных электротехнических дисциплин.

Протокол № ___ от _________

Председатель ц/к _______ Н.П. Шевченко

СОДЕРЖАНИЕ

	Тема	Стр.
Тема 8.1.1	Общие понятии про энергетику, энергию, энергосбережение
Тема8.2.1	Состав и структура энергетического хозяйства. Основные задания
Тема8.3.1	Показатели энергоэффективности на предприятии
Тема 9.1.1	Основные этапы разработки программы энергосбережения
Тема9.2.1	Энергосбережение в домах
Тема9.3.1	Энергосбережение в системе электроснабжения
Тема9.3.2	Энергосбережение методом электрического привода
Тема9.3.3	Энергосберегающие двигатели
Тема9.3.4	Электрическое освещение
Тема10.1.1	Понятие и классификация возобновляемых источников энергии
Тема10.1.2	Солнечная теплоэнергетика. Солнечная фотоэнергетика
Тема10.1.3	Ветроэнергетика
Тема10.1.4	Энергия морей и океанов.
Тема 10.1.5	Комплексное использование возобновляемых источников и аккумуляторов энергии
Тема11.1.1	1. Экологические проблемы, связанные с работой ТЭС, ТЭЦ, ГЭС, АЭС и транспорта

Тема 8.

Определение энергоэффективности производства и основные направления экономии энергоресурсов

Тема 8.1 Основные сведения о энергосбережении

8.1.1 Общие понятии про энергетику, энергию, энергосбережение

План

1. Основные термины и понятия в области энергосбережения

1. Энергетический ресурс (ЭР)— носитель энергии, энергия которого используется или может быть использована при осуществлении хозяйственной или иной деятельности, а также вид энергии (атомная, тепловая, электрическая, электромагнитная или другой вид энергии).

Вторичный энергетический ресурс (ВЭР) — энергетический ресурс, полученный в виде отходов производства и потребления или побочных продуктов в результате осуществления технологического процесса или использования оборудования, функциональное назначение которого не связано с производством соответствующего вида энергетического ресурса.

Энергосбережение — реализация организационных, правовых, технологических, экономических и иных мер, направленных на уменьшение объёма используемых энергетических ресурсов при сохранении соответствующего полезного эффекта от их использования  (в том числе объёма произведённой продукции, выполненных работ, оказания услуг).

Энергетическая эффективность – характеристики, отражающие отношение полезного эффекта от использования энергетических ресурсов к затратам энергетических ресурсов, произведённым в целях получения такого эффекта, применительно у продукции, технологическому процессу, юридическому лицу, индивидуальному предпринимателю.

Класс энергетической эффективности – характеристика продукции, отражающая её энергетическую эффективность.

Энергоноситель — вещество в различных агрегатных состояниях (твердое, жидкое, газообразное) либо иные формы материи (плазма, поле, излучение и т. д.), запасенная энергия которых может быть использована для целей энергоснабжения.

Природный энергоноситель — энергоноситель, образовавшийся в результате природных процессов.

Произведенный энергоноситель — энергоноситель, полученный как продукт производственного технологического процесса.

Топливо — вещества, которые могут быть использованы в хозяйственной деятельности для получения тепловой энергии, выделяющейся при его сгорании.

Первичная энергия — энергия, заключенная в энергетических ресурсах.

Полезная энергия — энергия, теоретически необходимая (в идеализированных условиях) для осуществления заданных операций, технологических процессов или выполнения работы и оказания услуг.

 Возобновляемые энергетические ресурсы — природные энергоносители, постоянно пополняемые в результате естественных (природных) процессов.

Энергоустановка — комплекс взаимосвязанного оборудования и сооружений, предназначенных для производства или преобразования, передачи, накопления, распределения или потребления энергии (ГОСТ 19431).

Рациональное использование энергоресурсов — использование топливно энергетических ресурсов, обеспечивающее достижение максимальной при существующем уровне развития техники и технологии эффективности, с учетом ограниченности их запасов и соблюдения требований снижения техногенного воздействия на окружающую среду и других требований общества (ГОСТ 30166).

Экономия энергоресурсов — сравнительное в сопоставлении с базовым, эталонным значением сокращение потребления энергетических ресурсов на производство продукции, выполнение работ и оказание услуг установленного качества без нарушения экологических и других ограничений в соответствии с требованиями общества.

Непроизводительный расход энергоресурсов — потребление энергетических ресурсов, обусловленное несоблюдением или нарушением требований, установленных государственными стандартами, иными нормативными актами, нормативными и методическими документами.

Энергосберегающая политика — комплексное системное проведение на государственном уровне программы мер, направленных на создание необходимых условий организационного, материального, финансового и другого характера для рационального использования и экономного расходования энергетических ресурсов.

Энергетический баланс — система показателей, отражающая полное количественное соответствие между приходом и расходом (включая потери и остаток) энергетических ресурсов в хозяйстве в целом или на отдельных его участках (отрасль, регион, предприятие, цех, процесс, установка) за выбранный интервал времени.

 Энергетический паспорт промышленного потребителя энергетических ресурсов — нормативный документ, отражающий баланс потребления и показатели эффективности использования ЭР в процессе хозяйственной деятельности объектом производственного назначения и могущий содержать энергосберегающие мероприятия.

Энергетический паспорт здания — документ, содержащий геометрические, энергетические и теплотехнические характеристики зданий и проектов зданий, ограждающих конструкций и устанавливающий соответствие их требованиям нормативных документов.

Энергосберегающая технология — новый или усовершенствованный технологический процесс, характеризующийся более высоким коэффициентом полезного использования ЭР.

Сертификация энергопотребляющей продукции — подтверждение соответствия продукции нормативным, техническим, технологическим, методическим и иным документам в части потребления энергоресурсов топливо  и энергопотребляющим оборудованием.

Тема 8.2 Энергетическое хозяйство предприятия

8.2.1 Состав и структура энергетического хозяйства. Основные задания.

План

1. Задачи энергетического хозяйства.

2. Структура энергетического хозяйства.

3. Показатели, характеризующие работу энергетического хозяйства 4. Порядок нормирования расхода энергоресурсов 5. Планирование потребности в энергоресурсах

6. Основные направления совершенствования энергетических хозяйств

1. Современное промышленное производство связано с потреблением в больших объемах электроэнергии, топлива и других энергоносителей (пара, сжатого воздуха, горячей воды, газообразного, твердого и жидкого топлива и т.п.).

Основной задачей энергетического хозяйства является надежное и бесперебойное обеспечение предприятия всеми видами энергии установленных параметров при минимальных затратах. Объем и структура потребляемых энергоресурсов зависят от мощности предприятия, вида выпускаемой продукции, характера технологических процессов, а также связей с районными энергосистемами.

В задачу энергетического хозяйства входят также выполнение правил эксплуатации энергетического оборудования, организация его технического обслуживания и ремонта, проведение мероприятий, направленных на экономию энергии и всех видов топлива, а также мероприятий по совершенствованию и развитию энергохозяйства предприятия.

Как правило, потребление энергии в производстве по часам суток, дням недели и календарным периодам происходит неравномерно. Исходя из этого, режимы производства всех видов энергии непосредственно зависят от режимов ее потребления. Потребность предприятий в энергии может покрываться за счет полного обеспечения энергией всех видов от собственных установок. Этот способ энергоснабжения можно назвать централизованным.

Другим способом энергоснабжения — децентрализованным пользуются небольшие, а иногда и средние промышленные предприятия, которые получают все виды энергии, например, от районных систем, соседних предприятий или объединенных цехов.

Больше всего распространен комбинированный вариант, при котором отдельные виды энергии предприятия получают от районных энергосистем, а другие виды энергии производятся на заводских установках. В практике организации энергетического хозяйства этот вариант считается наиболее рациональным.

2. Структура энергетического хозяйства.

В состав энергетического хозяйства предприятия входят:

• электрическая и тепловая станции;

• высоковольтные подстанции, питающие предприятие от централизованной системы;

• паросиловой цех;

• газогенераторная, кислородная, компрессорная, водонасосная станции;

• подстанция инертных газов и кислорода;

• цех ремонта электрооборудования;

• телефонная станция.

Энергохозяйство предприятия подразделяется на две части: общезаводскую и цеховую.

К общезаводскому подразделению энергохозяйства относятся генерирующие преобразовательные установки и общезаводские сети, которые объединяются в ряд специальных цехов: электросиловой, теплосиловой, газовый, слаботочный и электромеханический. Состав цехов зависит от энергоемкости производства и связей завода с внешними энергосистемами. На небольших предприятиях все энергохозяйство может быть объединено в один, два цеха.

Цеховую часть энергохозяйства образуют первичные энергоприемники (потребители энергии — печи, станки, подъемно- транспортное оборудование), цеховые преобразовательные установки и внутрицеховые распределительные сети.

На крупных и средних промышленных предприятиях (рис. 8.2.1.1) энергетическое хозяйство возглавляет главный энергетик. На небольших и малых предприятиях оно может находиться в ведении главного механика, который совмещает функции по обеспечению предприятия энергоресурсами и поддержания оборудования в работоспособном состоянии.

Рисунок 8.2.1.1 - Организационная структура службы главного энергетика крупного предприятия

В составе службы главного энергетика крупного предприятия формируются бюро энергоиспользования, энергооборудования, электрические и тепловые лаборатории.

Основной задачей группы энергоиспользования является нормирование расхода энергетических ресурсов, планирование энергоснабжения, составление энергетических балансов, осуществление сводного учета и анализа использования энергоресурсов.

Группа энергооборудования (техническое бюро) осуществляет руководство планово-предупредительными ремонтами установок и энергосетей, контроль над техническим состоянием сетей, оборудования и правил их эксплуатации, разрабатывает мероприятия по совершенствованию энергохозяйства, экономии энергетических ресурсов. Энергетические лаборатории выполняют исследовательские работы по снижению расхода энергии и топлива, проводят различного рода измерения, испытания оборудования и сетей, проверку контрольно-измерительных приборов.

На средних и небольших предприятиях в составе службы главного энергетика предусматриваются энерголаборатория и энергобюро, включающее группы энергооборудования, энергоиспользования.

Персонал энергетических цехов и цеховых энергетических хозяйств подразделяется на дежурный состав, обеспечивающий бесперебойность энергоснабжения, и персонал, занятый выполнением планово-предупредительных ремонтов и монтажных работ.

3. Показатели, характеризующие работу энергетического хозяйства

Технико-экономические показатели, характеризующие работу энергетического хозяйства, объединяются в четыре группы:

• показатели производства и распределения энергии — удельные нормы расхода топлива на производство всех видов энергии, кпд генерирующих установок;

• удельные нормы расхода энергии и топлива (например, на 1 т годных отливок, на 1 т поковок, условную машину и т.д.);

• показатели себестоимости производства энергии (тепловой, электрической, энергии сжатого воздуха и пара);

• показатели энерговооруженности труда.

4. Порядок нормирования расхода энергоресурсов

Режим экономии энергетических ресурсов предопределяет необходимость нормирования расхода электроэнергии, сжатого воздуха, пара, газа и воды. Нормы устанавливаются с учетом рациональных условий производства и оптимальных режимов эксплуатации оборудования.

Нормы подразделяются на дифференцированные и укрупненные. 

Дифференцированные (удельные) нормы устанавливают расход энергии по отдельным агрегатам, деталям, на выполнение определенных операций, на 1 м²покрытия и на другие единицы измерения продукции; укрупненные — расход по участку, цеху и предприятию на единицу или условную единицу продукции.

К укрупненным нормам относится, например, расход энергии на 1 т поковок, годных отливок, машинокомплект деталей (по раскройным, прессовым и механическим цехам), на сборочную единицу или изделие (в сборочных цехах); по предприятию может устанавливаться норма на условное изделие или на 1000 руб. продукции.

Технически обоснованные нормы определяются расчетно-ана- литическим методом. Применение этого метода связано с проведением замеров расхода энергии технологическим оборудованием на разных режимах его работы.

Удельная норма расхода электроэнергии на 1 т деталей, например, при термической обработке рассчитывается по удельной теплоемкости металла, температуре нагрева деталей, коэффициенту полезного действия нагревательной печи и потерям тепла в системе. При расчете расхода тепла учитывается вид оборудования, используемого для термической обработки.

Норма расхода электроэнергии.

Норма расхода электроэнергии на операцию штамповки на механических прессах

- Р_э — расход электроэнергии на один ход ползуна (без выполнения операции штамповки), кВт-ч;

- К_др — поправочный коэффициент, учитывающий дополнительный расход электроэнергии на один ход ползуна при штамповке (К_др = 1,2-2);

- Р_эх — расход электроэнергии за 1 мин холостой работы пресса, кВт-ч;

- Т_в — вспомогательное время на одну деталь, мин.

Для энергетических цехов устанавливаются удельные нормы расхода энергоносителей: твердого, жидкого и газообразного топлива и электроэнергии.

Рациональная организация энергетического хозяйства основывается на планировании производства и потребления всех видов энергии. Потребность определяют по каждому виду энергии с учетом мероприятий, направленных на ее экономию, и мероприятий по снижению себестоимости производства.

Суммарный расход энергии по предприятию условно делится на две части — зависящую (переменную) и не зависящую (постоянную) от объемов выпускаемой продукции. В общем случае переменную часть составляет расход всех видов энергии на выполнение основных технологических операций, постоянную — расход на освещение, привод вентиляционных устройств, покрытие утечек сжатого воздуха, отопление, кондиционирование воздуха и др.

Общий расход энергии

Общий расход энергии по предприятию (Р_о) или цеху на календарный период определяется по формуле

- Р_з — зависящая (переменная) составляющая расхода энергии, кВт-ч, м³;

- Р_н — независящая (постоянная) составляющая расхода энергии.

Расход энергии по переменной части расхода энергии может быть определен укрупненно по времени работы оборудования или точно рассчитан по сводным нормам.

При определении расхода энергии по времени работы оборудования необходимо его группировать по условиям работы — времени использования, степени загрузки, значению кпд и другим факторам.

Расходы силовой электроэнергии

Например, расход силовой электроэнергии (Р_сэ) по группе оборудования может быть определен по формуле

- М_уст- суммарная установленная мощность по группе оборудования, кВт;

- Д_ф.вр — действительный фонд времени работы оборудования, ч;

- К_з — коэффициент, учитывающий загрузку оборудования по мощности;

- К_оро — коэффициент одновременности работы оборудования;

- К₁, К₂ — коэффициенты, учитывающие кпд двигателей и потери в сети.

По сводным нормам расход энергии (Р_эс) рассчитывается по формуле

- Н_с — сводная норма расхода на 1000 руб.;

- П_в — программа выпуска продукции, тыс. руб.

Постоянная часть расхода энергии может быть определена также расчетным методом по нормативам освещенности, отопления помещений, нормативам и по времени использования двигателей.

5. Планирование потребности в энергоресурсах

При планировании потребности в энергии необходимо детально анализировать ее расход за период, предшествующий плановому. Плановые показатели по расходу энергии должны обеспечивать нормальный ход производственных процессов, исключать сверхнормативные потери.

Определение потребности в энергии, топливе основывается на использовании балансового метода планирования. Для этих целей составляются сводные балансы, а также по отдельным видам энергии, топлива.

В расходной части баланса представлена расчетная потребность в энергии на всю производственную, хозяйственно-бытовую и непроизводственную деятельность предприятия. В приходной — источники покрытия этой потребности — получение энергии и топлива от районных энергосистем, выработка на собственных генерирующих установках предприятия, использование вторичных энергоресурсов.

Перспективные балансы служат основой для совершенствования и реконструкции энергохозяйства предприятия. Основной формой планирования энергоснабжения в настоящее время являются годовые энергобалансы. Наряду с плановым составляется отчетный баланс, который служит средством контроля выполнения плановых показателей использования энергоресурсов и вскрытия резервов экономии энергоносителей.

Для учета колебаний в спросе на различные виды энергоресурсов на предприятии составляются суточные графики потребления энергии отдельных видов и топлива по календарным периодам (сезонам), которые служат основой для установления максимальных нагрузок на планируемый период и при разработке мероприятий на перспективное развитие энергетического хозяйства.

6. Основными направлениями совершенствования энергетических хозяйств промышленных предприятий являются:

• переход на централизованное энергоснабжение;

• укрупнение энергетических хозяйств промышленных предприятий;

• использование наиболее экономичных энергоносителей;

• замена жидкого топлива газообразным;

• внедрение рациональных методов организации ремонта и технического обслуживания энергетического оборудования и сетей;

Тема 8.3 Система показателей энергоэффективности

8.3.1 Показатели энергоэффективности на предприятии

План

1. Система показателей энергоэффективностей.

1. Разработана система показателей для оценки энергоэффективности энергоинфраструктуры предприятия, которая позволяет осуществлять как анализ ее текущего состояния, так и определять потенциал развития.

Измерение и оценка энергоэффективности – это необходимая часть системы управления энергоинфраструктурой предприятия, они выполняют важные функции и являются базовым элементом анализа ее эффективности. Стоимостные показатели в оценке или измерении энергоэффективности наиболее удобны и универсальны, но лишь при условии неизменности ценовой и тарифной политики. Поэтому в современных экономических условиях при определении системы показателей энергоэффективности энергоинфраструктуры целесообразно основной акцент делать на натуральных измерителях.

Система измерения энергоэффективности энергоинфраструктуры имеет четыре контура, которые замыкаются на критерии энергоэффективности. Кроме того, существуют и прямые связи между ними.

Первый контур соответствует логике развертки критерия энергоэффективности. Основной функцией этого контура системы измерения является указание, на каком участке системы необходимо корректирующее управленческое воздействие. Рассмотрим примерный перечень показателей энергоэффективности энергоинфраструктуры для первого контура системы измерения. Он содержит наиболее существенные параметры, но в каждом конкретном случае может быть частично изменен в зависимости от особенностей энергоинфраструктуры предприятия, состояния учета, наличия энергобалансов по отдельным технологическим процессам и видам оборудования. Для сопоставления различных видов топлива и суммарного учета его запасов принята единица учета – условное топливо (у. т.), теплота сгорания которого принята за 29,3 МДж/кг (7000 ккал/кг).

1. Энергоэкономический уровень производства (Эуп) показывает выпуск продукции в стоимостном выражении на гривну использованной энергии

Этот показатель позволяет оценить уровень реализации энергосберегающих технологий, экономических тепловых схем, энергосберегающего оборудования и т.д.

2. Удельная энергоемкость продукции (ω) показывает расход энергии (энергоресурсов и энергоносителей) на производство единицы продукции.

3. Интегральный коэффициент полезного использования энергии/энергоносителей (КПИ).

4. Показатель эффективности передачи энергии. Задают в виде абсолютных или удельных значений потерь энергии (энергоносителя) в системе передачи энергии. Удельные показатели эффективности передачи энергии (ЭП) представляют собой отношение абсолютных значений потерь энергии в системе (АП) к характерным параметрам системы: – расстояние (S), на которое передают энергию (энергоноситель), – исходный энергетический потенциал (Эп) (параметры энергоносителя на входе в систему).

5. Потеря энергии (Р) – разность между количеством подведенной (первичной (Эпер)) и потребляемой (полезной (Эпол)) энергии.

Функции второго контура - сигнализирование о существующей необходимости в планировании и вмешательстве, обеспечение основы для определения приоритетов и относительной значимости различных результатов измерения. Во втором контуре использовано традиционное деление на виды ресурсов. В системе показателей второго контура для оценки эффективности использования основных фондов применяется целый ряд показателей, а именно:

1. Рентабельность основных фондов. Он часто используется, как в качестве обобщающего показателя эффективности, так и в системе. Определяется отношением балансовой прибыли к среднегодовой установленной мощности предприятия. Замена в знаменателе стоимости основных производственных фондов на натуральный показатель позволяет избежать проблем, связанных с ценами на оборудование, учесть специфику деятельности предприятий, для которых прибыль является важнейшим фондообразующим показателем и реально характеризует вклад персонала предприятия в повышение энергоэффективности. Величина нормативной прибыли определяется исходя из нормативного отпуска, нормативов затрат всех видов ресурсов и цен на выпущенную продукцию.

2. Обеспеченность (ЭЭС) – это сумма стабильно задействованных (Эстаб) и резервных мощностей (Эрез) в сопоставлении с возможным максимальным спросом (СЭпик).

3. Энерговооруженность (производства).

4. Коэффициент полезного действия (КПД) – величина, характеризующая совершенство процессов превращения, преобразования или передачи энергии, являющаяся отношением полезной энергии (Wпол) к подведенной (Wпод), обозначается обычно η.

5. Коэффициент экстенсивного использования оборудования (βЭ) характеризует использование энергетического оборудования по времени нахождения в работе.

Чем больше βЭ, тем эффективнее работает оборудование. Увеличения коэффициент экстенсивности можно добиться за счет снижения времени нахождения в простое.

6. Коэффициент интенсивности (β_И) характеризует использование оборудования по загрузке установленной мощности.

Росту β_И способствуют внедрение новой технологии и совершенствование существующей, автоматизация и механизация производственных процессов. Для энергетических объектов этот коэффициент зависит от технических параметров энергооборудования, состава, вида используемого топлива, экологических характеристик.

7. Интегральный коэффициент (коэффициент использования мощности) (βИНТ) – это произведение экстенсивного и интенсивного коэффициентов

Разновидностью интегральной характеристики является число часов использования установленной мощности энергооборудования. Этот показатель определяется как отношение годовой выработки энергии (ЭГ), к установленной мощности энергооборудования (NУ).

Число часов использования установленной мощности показывает, какое количество часов требуется для производства на данном оборудовании энергии, равной фактической годовой выработке при условии постоянной работы на полной установленной мощности.

8. Коэффициент износа.

Состояние энергетического оборудования предприятия оказывает значительное влияние на успешный ход производственного процесса. Основным фактором, определяющим состояние основных фондов, является износ. Физический износ характеризуется ухудшением технико-экономических показателей работы оборудования. Физический износ бывает двух видов: эксплуатационный – вызванный работой оборудования и естественный – под воздействием внешних факторов, не связанных с эксплуатацией (старение резины, коррозия). Физический износ происходит неравномерно, отдельные части машин служат разное время. Износ может быть определен на основе экспертной оценки технического состояния энергоооборудования.

Также для приближенной оценки состояния оборудования, без обследования каждого объекта, можно использовать коэффициенты годности и износа, которые целесообразно рассчитывать по отдельным группам основных фондов.

9. Коэффициент эффективного использования установленной мощности является отношением рабочей мощности к установленной. Этот коэффициент характеризует состояние обслуживаемого оборудования и свидетельствует о правильном и регулярном ремонтном обслуживании.

10. Коэффициент резерва, который равен отношению максимальной (запроектированной) часовой нагрузки к установленной мощности энергетического объекта. При этом ограничения мощности, как правило, не учитываются.

Следующие показатели характеризуют эффективность использования трудовых ресурсов.

1. Обычно интенсивность труда работников характеризуется показателем производительности труда. Существуют натуральные и стоимостные измерители производительности труда. Производительность труда в натуральном выражении показывает количество единиц продукции, произведенных одним работником за определенный промежуток времени.

Рост производительности труда является важнейшим фактором эффективности энергоинфраструктуры, который достигается за счет:

- расширения зоны обслуживания на основе механизации и автоматизации;

- улучшения системы ремонтов;

- повышения качества обслуживания энергооборудования.

2. Энергооснащенность труда (Кэн), т у.т./чел.

3. Электрооснащенность труда (Кэл), тыс. кВт·ч/чел.

Эффективность использования оборотных средств в энергоинфраструктуре характеризуется показателями оборачиваемости и времени их оборота. Коэффициент оборачиваемости оборотных средств (число оборотов) характеризует скорость оборота и определяется как отношение выручки от реализации продукции к среднегодовой сумме оборотных средств предприятия.

Показатели первого и второго контуров оценки энергоэффективности энергоинфраструктуры напрямую зависят от качества энергоснабжения, следовательно, функцией третьего контура является выявление несоответствия качества поступающих на предприятие энергоресурсов установленным критериям.

Можно выделить следующие индикаторы качества энергоресурсов, поступающих на предприятие:

1. Основными индикаторами качества электроэнергии являются: частота, напряжение и непрерывность подачи.

Показатель непрерывности подачи электроэнергии зависти от категории электроснабжения потребителя (категория выбирается самим потребителем по желанию при заключении договора в соответствии с нормами технологического проектирования).

2. Индикаторы качества тепловой энергии следующие: температурный режим в помещениях, который нормируется согласно СНиП (табл. 3), а также в зависимости от температуры наружного воздуха нормируется температура теплоносителя в трубе обратной подачи.

3. Индикаторами качества газа являются давление на выходе (D) и качественный химический состав.

4. Качество воды определяется целым рядом показателей (содержание тех или иных примесей), предельно допустимые значения которых задаются соответствующими нормативными документами

Литература

1. Лопатенко Г. С. Рентабельность промышленного производства и факторы ее роста // Вестн. Харьк. ун-та. 1986. № 295. С. 95–98.

2. Карандаев А. С., Корнилов Г. П., Храмшин Т. Р., Шеметов А. Н., Николаев А. А. Анализ показателей качества электроэнергии в системе промышленного электроснабжения с мощными тиристорными электроприводами// Вестник магнитогорского государственного технического университета им. Г.И. Носова: 2006. № 3. С. 6–11.

Тема 9.

Энергосбережение на предприятии и гражданских сооружениях

Тема 9.1 Программа энергосбережения.

9.1.1 Основные этапы разработки программы энергосбережения

План

1. Основные понятия энергоаудита.

2. Этапы проведения энергоаудита.

3. Структура программы энергосбережения.

4. Основные направления энергосбережения.

 На развитие хозяйствующих субъектов в нашей стране существенное негативное влияние оказывает высокая доля энергетических затрат в издержках производства, которая на промышленных предприятиях составляет в среднем 8-12 % и имеет устойчивую тенденцию к росту в связи с большим моральным и физическим износом основного оборудования и значительными потерями при транспортировке энергетических ресурсов.

Одним из определяющих условий снижения издержек на промышленных предприятиях и повышения экономической эффективности производства в целом является рациональное использование энергетических ресурсов. Вместе с тем, энергосберегающий путь развития отечественной экономики возможен только при формировании и последующей реализации программ энергосбережения на отдельных предприятиях, для чего необходимо создание соответствующей методологической и методической базы. Откладывание реализации энергосберегающих мероприятий наносит значительный экономический ущерб предприятиям и негативно отражается на общей экологической и социально-экономической ситуации. Помимо этого, дальнейший рост издержек в промышленности и других отраслях народного хозяйства сопровождается растущим дефицитом финансовых ресурсов, что задерживает обновление производственной базы предприятий в соответствии с достижениями научно-технического прогресса.

Энергетическое обследование (энергоаудит) проводится в целях определения путей быстрого и эффективного снижения издержек на энергоресурсы, сокращения и исключения непроизводительных расходов (потерь), оптимизации или замены технологии производства. Он может стать основательной базой, трамплином для качественного рывка в конкурентной борьбе на рынке товаров и услуг.

Существуют три способа снижения потребления энергии:

- Исключение нерационального использования энергоресурсов;

- Устранение потерь энергоресурсов;

- Повышение эффективности использования энергоресурсов.

2.Энергоаудит условно можно разделить на четыре основных этапа:

1.        Ознакомление с предприятием, сбор и анализ необходимой информации, составление программы обследования. На этом этапе производится уточнение объемов и сроков проведения работы.

2.        Обследование предприятия. В том числе: разработка подробных балансов по всем энергоресурсам, выявление основных потребителей и "очагов" нерациональных потерь энергоресурсов; проведение необходимых испытаний и инструментальных замеров.

3.        Разработка энергосберегающих проектов и мероприятий. Определение технического и экономического эффекта от их внедрения. Формирование программы энергосбережения предприятия;

4.        Оформление отчета по энергетическому обследованию и энергетического паспорта предприятия. Презентация результатов работы.

3. Структурно программа энергосбережения состоит из следующих разделов: общей части, нормативно-правовой базы, перечня основных направлений энергосбережения, программного блока, информационно – образовательного блока и приложений.

В первом разделе сформулированы цели и задачи программы, ожидаемые результаты, основные принципы построения и управления, а также приведена схема управления энергосбережением предприятия.

Особое внимание уделено принципу возвратности средств финансирования мероприятий по энергосбережению, стимулированию производителей, потребителей и поставщиков энергии, а также компаний, занимающихся решением практических вопросов энергосбережения.

Нормативно-правовая база содержит перечень первоочередных нормативно-правовых актов, которые должны быть учтены при разработке программы.

Основная часть программы энергосбережения – программный блок, включающий организационно-технические мероприятия, перечень проектно-конструкторских и научно-исследовательских работ в области энергосбережения, а также перечисление первоочередных объектов создания демонстрационных зон высокой энергетической эффективности.

Главный особенностью построения программного блока является возможность разработки на его основе детальных годовых программ энергосбережения и оптимизации направлений энергосбережения предприятия.

Информационно-образовательный блок содержит два основных вида этой деятельности: подготовку и переподготовку специалистов всех уровней по энергосбережению, пропаганду идей энергосбережения.

Основными принципами программы энергосбережения являются:

- приоритет повышения эффективности использования топлива и энергии над увеличением объемов добычи и производства;

- сочетание интересов потребителей, поставщиков и производителей топлива и энергии;

- первоочередность обеспечения выполнения экологических требований к добыче, производству, переработке, транспортировке и использованию топлива и энергии;

- обязательность учета юридическими лицами производимых или расходуемых ими энергетических ресурсов, а также учета физическими лицами получаемых энергетических ресурсов;

- сертификация топливно-, энергопотребляющего, энергосберегающего и диагностического оборудования, материалов, конструкций, транспортных средств, а также энергетических ресурсов;

- заинтересованность производителей и поставщиков энергетических ресурсов в применении эффективных технологий;

- осуществление мероприятий программы за счет собственных средств либо на возвратной основе.

Основными целями программы энергосбережения предприятия являются:

- повышение эффективности использования энергетических ресурсов на единицу продукта предприятия;

- снижение финансовой нагрузки за счет сокращения платежей за топливо, тепловую и электрическую энергию;

- улучшение финансового состояния предприятия за счет снижения платежей за энергоресурсы и, соответственно, дополнительное пополнение бюджета области за счет налоговых поступлений.

Цели программы достигаются путем внедрения эффективных технологий и разработки эффективных финансово-экономических механизмов производства, транспортирования и потребления энергетических ресурсов, проведения мероприятий по энергосбережению, внедрения систем учета.

4. Основные направления энергосбережения:

- Энергоаудит. Проведение энергетических обследований организаций;

- Энергоучет. Внедрение централизованных систем учета энергоресурсов на промышленных предприятиях.

- Регулирование энергопотребления. Внедрение систем регулирования потребления энергоресурсов от источника их производства до конечного потребления;

- Реконструкция промышленных вентиляционных установок;

- Модернизация топливных и электрических печей;

- Модернизация энергетического оборудования.

Для успешного выполнения и дальнейшего развития программы наиболее подходящим инструментом является система управления проектами, широко применяемая в мировой практике.

Выводы. Программа должна создавать условия, позволяющие сочетать интересы ее участников в направлении намеченных приоритетов. Она является многопроектной средой с различным статусом проблем и проектов: важнейшие проблемы, требующие срочных действий; проблемы, нуждающиеся в дополнительной проработке; проблемы, решаемые в ходе регулярного планирования; региональные, районные, городские, отраслевые проекты, проекты отдельных предприятий и т. д. Поэтому для достижения поставленных целей необходима система управления, структура которой будет разрабатываться и оптимизироваться при формировании нормативно-правовой базы энергосбережения предприятия.

Литература:

 1. Акимова Т.А., Хаскин В.В. Основы экоразвития. Учебное пособие. – М.: Издательство Российской экономической академии им. Г.В. Плеханова, 1994. – 312 с.

2. С. Н. Бобылев, А. Ш. Ходжаев, Экономика природопользования, Москва, 2004г.

3. Голуб А.А., Струкова Е.Б.Экономические методы управления природопользованием. –М.: Наука, 1993. –136 с.

4. Ковалев А. П. Введение в финансовый менеджмент, М.: Проспект, 2004.

5. Неверов А.В. Экономика природопользования. Учебн.пособие для вузов. –Минск: Вышэйшая шклоа, 1990. –216 с.

6. Нестеров П.М.Экономика природопользования и рынок. – М.: Альпина, 2001.

7. Экономические основы экологии, М.: Проспект, 2003.

Тема 9.2 Энергосбережение в гражданских сооружениях

9.2.1 Энергосбережение в домах

План

1. Классификация энергоэффективных зданий.

2. Советы по энергосбережению в доме.

3. Системы отопления.

Не менее 30% общего потребления энергии в России составляет энергопотребление в жилом фонде, в частных и многоквартирных домах. В каких пропорциях используется электроэнергия в быту? На первом месте по потреблению находится кондиционер, на втором — осветительные приборы, на третьем — холодильник, за ним компьютер, а потом уже вся остальная бытовая техника. В этом секторе потенциал энергосбережения необычайно велик. Однако самой главной статьей расхода являются расходы на отопление.

В сфере частных загородных домов уже активно используются энергоэффективные здания, которые потребляют в 3-5 раз меньше энергии на обогрев, чем стандартные дома. В повседневную жизнь начинают входить «энергопассивные» здания с нулевым потреблением. В Европе существует три группы энергоэффективных домов:

- низкого потребления;

- ультранизкого потребления;

- пассивные.

Пассивные дома представляют собой независимые энергосистемы, не требующие расходов на поддержание внутри комфортной для человека температуры в любое время года. Обогрев происходит за счет тепла, которое выделяют находящиеся в нем люди и бытовые приборы, а также рекуперации и аккумулирования тепловой энергии солнца. Эффективное утепление, правильная геометрия постройки, отсутствие «мостиков холода» сводят теплопотери, практически, к нулю.

Пассивный дом не нужно путать с «умным домом» и «активным домом». Система «умный дом» нуждается в отоплении, как и обычные дома, но при этом обеспечивает контроль энергосбережения. Система «активный дом» не только затрачивает мало энергии, но и может сама вырабатывать ее и нагревать баню, бассейн и другие постройки. Система, еще недавно казавшаяся фантастической, разработана в Дании. В 2011 году первый такой дом был построен в Подмосковье.

2. Советы по энергосбережению в доме

1. Прежде всего, необходимо избавиться от теплопотерь. Нужно обеспечить герметичность входной двери, устранить все щели возле окон, каминов, в полу. Очень эффективна замена окон старого образца на двойные стеклопакеты. Если в доме есть камин, то когда он не топится, следует закрывать заслонку.

2. Энергоcбережению в доме способствует контроль расхода горячей воды. Через обычный рассекатель для душа в минуту выливается около 20 литров, а за 5 минут — 100 литров воды. Специальная водосберегающая насадка обеспечивает сокращение расхода до 7 литров в минуту, что позволяет уменьшить расход электроэнергии на нагревание воды в 3 раза.

3. 90% электроэнергии, которую потребляет стиральная машина, уходит не на сам процесс стирки, а на нагрев воды. Стирка в горячей воде реально необходима только при сильной загрязненности или наличии некоторых видов пятен. В остальных случаях стирка при температуре выше 30 градусов отрицательно влияет на вещи, нарушая их форму, а также свежесть и яркость окраски.

4. Между стеной и задней стенкой холодильника должно быть пространство для свободной циркуляции воздуха. Сама стенка должна быть чистой от пыли, что увеличит теплообмен и сократит неоправданные потери электричества.

Литература:

1. Энергосбережение в доме — шаг за шагом / Ред. О. Н. Сенова. Брошюра. «Друзья Балтики», — СПб., 2008. 20 с.

Тема 9.3 Энергосбережение на предприятии

9.3.1 Энергосбережение в системе электроснабжения

План

1. Мероприятия по обеспечению энергосбережения в электроснабжении.

2. Мероприятия по энергосбережениюв электротехнической части. 3. Мероприятия для повышения энергоэффективности электросетей и сетей освещения.

1. Казалось бы, что такое энергосбережение, хотя бы в общих чертах представляет себе любой человек. Но осознание важности рационального использования имеющихся энергетических ресурсов, как правило, легко дается лишь в теории, когда же дело доходит до практики, то даже описание отрицательных последствий бесхозяйственного отношения к природным ресурсам редко оказывается побудительным мотивом для руководителей предприятий, чиновников и просто людей, привыкших жить сегодняшним днем. И это, в принципе, несложно понять, ведь под энергосбережением подразумевается целый ряд организационно-правовых, производственно-технических и научных мероприятий, обеспечивающих экономное использование энергоресурсов. И такая инертность оказывается главной причиной их нерационального использования.

Сейчас очень важно правильно подойти к вопросам производственного энергосбережения, поскольку именно промышленность является самым активным пользователем электроэнергии. Но также следует повышать общую культуру населения, касающуюся экономного расхода энергии, – несознательное отношение к энергосбережению ведет к значительным, но ничем не обоснованным тратам. 

 Электроснабжение — это совокупность мероприятий для обеспечения электроэнергией потребителей и поддержания комфортных условий жизнедеятельности. Для формирования качественных рекомендаций мероприятий  энергосбережению в электроснабжении необходимо провести:

• обследование систем электроснабжения;

• все виды электроизмерений;

• тепловизионную съемку электрооборудования;

• расчеты энергопотерь;

• разработку энергосберегающих мероприятий в системах электроснабжения объекта;

• ТЭО мероприятий по энергосбережению;

• расчёт, проектирование внутренних систем электроснабжения с учётом энергосберегающих мероприятий.

•  Проведение электротехнического анализа на вводах предприятия и на приоритетных потребителях

• Приведение основных технико-экономических показателей в норму, т.е. cosF или = 0,8.

• Поставка электротехнического оборудования на предприятие (компенсация реактивной мощности) и подключение их к приоритетным потребителям.

• Снятие нагрузок по току с линий и трансформаторов с помощью КУ.

• Проверка «грубым анализом» соответствия электроприводов(асинхронных двигателей) нормам эксплуатации.

• Применение для технологических линий электроприводов с частотным регулированием.

• Применение, где возможно, программного обеспечения для исключения выхода пика электрической мощности за пределы договорных величин.

• Применение, где необходимо, активных или пассивных фильтров для уменьшения влияния высших гармоник на работу программных устройств.

• Применение автоматизированных устройств учета электроэнергии (АСКУЭ)

2. Мероприятия по энергосбережениюв электротехнической части

Под понятием «Энергосбережение» принято понимать реализацию научных, правовых, производственных, организационных, экономических и технических мер, которые направлены на эффективное и экономное использование топливно-энергетических ресурсов, с целью привлечения в хозяйственный оборот источников возобновляемой энергии. Постоянное увеличение спроса на энергетические ресурсы, повышение тарифов на них, сокращение запасов природных ископаемых – все это делает энергосбережение важным и придает ему особое значение. К тому же, энергосбережение является важной задачей по сохранению разнообразных природных ресурсов.

В рамках программы по энергосбережению разрабатываются различные мероприятия, которые способствуют экономии электроэнергии, как единичными потребителями в конкретной квартире, доме, так и крупными предприятиями, имеющими мощное производство и потребляющими большое количество энергии для обеспечения эффективной работы оборудования.

 Энергосберегающие мероприятия в системах электроснабжения:

• замена систем освещения на энергосберегающие;

• установка флуоресцентных систем освещения с эффективными отражателями;

• замена электромагнитных пускорегулирующих аппаратов (балластов);

• оборудование систем освещения подъездов, лестничных клеток, мест общего пользования системами автоматического регулирования;

• установка резонансной однопроводной системы для уличного освещения;

• установка приборов учёта электрической энергии;

• замена устаревшего оборудования;

• установка частотных регуляторов;

• замена электрообогревателей на теплонакопители;

• установка симметрирующих трансформаторов;

• устранение потерь в контактных соединениях.

3. Для повышения энергоэффективности электросетей и сетей освещения применяется:

• эффективная загрузка трансформаторов с исключением перегрузок;

• замена устаревших светильников и ламп на современные;

• использование современного электрооборудования и электроустановок;

• устранение утечек тока;

• своевременное обслуживание линий электропередач, замена изоляторов;

• экранирование, использование энергосберегающих систем для улучшения качества электроэнергии;

• применение установок для компенсации реактивной мощности в сети;

• прочее.

9.3.2 Энергосбережение методом электрического привода

План

1. Мероприятия по энергосбережению методом электрического привода.

1. Электроприводами потребляется более 60% производимой в мире электроэнергии, поэтому вопросы энергосбережения имеют чрезвычайно важное значение. Для России это тем более важно, поскольку стоимость электроэнергии возрастает и при неэкономичных системах электроприводов производственные расходы возрастают, соответственно возрастает стоимость вырабатываемой технологическими комплексами продукции.

Установленные стандартами показатели качества электроэнергии делают необходимым при выборе систем электроприводов, особенно при большой их установленной мощности, рассмотрение всей электротехнической цепи от КТП, где осуществляется контроль потребляемой активной и реактивной мощности и качества электроэнергии, до исполнительных органов рабочих и транспортных машин. Следует оптимально осуществлять набор силовых модулей (трансформаторов, реакторов, фильтров, полупроводниковых преобразователей, тормозных средств), при которых обеспечиваются минимальные потери электроэнергии, не нарушаются показатели качества электроэнергии у источника питания и решаются все задачи технологии.

К основным методам сбережения электроэнергии в автоматизированных электроприводах технологических агрегатов и комплексов относятся следующие.

1. Применение вместо нерегулируемых электроприводов регулируемых, с помощью которых возможно при изменении режимов работы технологического оборудования и физико-механических свойств обрабатываемого вещества устанавливать оптимальные по энергетическим затратам условия обработки вещества, например, устанавливать оптимальные скорости насосов при изменении расхода и свойств жидкости, шпинделей металлообрабатывающих станков при изменении размеров и материала обрабатываемых деталей, роторов дробилок при изменении размеров и свойств дробимых веществ и др.
Переход на регулирование давления и расхода воды насосных агрегатов с помощью регулируемых электроприводов взамен дроссельного регулирования приводит к исключению потерь напора и экономии электроэнергии примерно на 30 %. Насос как устройство преобразования энергии имеет свой коэффициент полезного действия — отношение механической энергии, приложенной к валу, к гидравлической энергии, получаемой в напорном трубопроводе насосного агрегата. Характер изменения г|н в зависимости от расхода жидкости Q при различных частотах вращения. Максимум коэффициента полезного действия с уменьшением частоты вращения снижается и смещается влево. Анализ требуемого изменения частоты насосного агрегата при изменении расхода в сети показывает, что с уменьшением расхода требуется снижение частоты вращения. Если рассмотреть работу агрегата для расхода меньше номинального (вертикальные линии А и В), то для этих режимов рационально работать с пониженной частотой вращения. В этом случае КПД насоса выше, чем при работе с номинальной частотой вращения. Таким образом, снижение частоты вращения в соответствии с технологической нагрузкой позволяет не только экономить потребляемую энергию благодаря исключению гидравлических потерь, но и получить экономический эффект из-за повышения коэффициента полезного действия самого насоса — преобразователя механической энергии в гидравлическую.
Аналогичная ситуация имеет место и в других агрегатах.

2. Применение силовых модулей регулируемых электроприводов, имеющих максимальные коэффициенты полезного действия и мощности (главными среди них являются электродвигатели, управляемые полупроводниковые преобразователи — выпрямители и инверторы, тормозные модули, обеспечивающие рекуперацию электроэнергии от двигателя в сеть переменного или постоянного напряжения); максимально возможное исключение потерь электроэнергии при использовании тормозных резисторов.
Рассмотрим тяговые электроприводы маршрутного электротранспорта, в частности трамвая. В широко распространенных тяговых электроприводах трамваев с пускотормозными реостатами потери в реостатах достигают 63 % энергии, потребляемой трамваем из контактной линии.

3. Исключение режимов пуска и торможения технологических агрегатов и комплексов в результате применения дополнительных механизмов с регулируемыми электроприводами, обеспечивающих совмещение движений основных механизмов в технологическом процессе для перевода их в непрерывные режимы работы.

4. Использование адаптивных методов управления режимами электроприводов исполнительных органов технологических и транспортных машин для минимизации электропотребления при соблюдении заданных требований к производительности машин и качеству обработки вещества.
Громадная доля электроэнергии, потребляемая электроприводом, - до 65% в развитых странах, и осуществление электроприводом практически всех технологических процессов, связанных с движением, делают особенно актуальной проблему энергосбережения в электроприводе и средствами электропривода. В мировой практике к настоящему времени сформировалось несколько основных направлений, по которым интенсивно ведутся исследования, разработки, осуществляются крупные промышленные проекты.

5. В нерегулируемом электроприводе, реализованном на основе асинхронных электродвигателей с к.з. ротором, много внимания уделяется так называемым энергоэффективным двигателям, в которых за счет увеличения массы активных материалов, их качества, а также за счет специальных приемов проектирования удается поднять на 1–2% (мощные двигатели) или на 4-5% (небольшие двигатели) номинальный КПД при некотором увеличении цены двигателя. Этот подход, используемый и активно рекламируемый с 70-х годов сначала в США, затем в Европе, может приносить пользу, если технологический процесс действительно не требует регулирования скорости, если нагрузка меняется мало и если двигатель правильно выбран. Во всех других случаях использование более дорогих энергоэффективных двигателей может оказаться нецелесообразным.

6. Правильный выбор двигателя для конкретного технологического процесса – один из важнейших путей энергосбережения. В европейской практике принято считать, что средняя загрузка двигателей составляет 0,6, тогда как в нашей стране, где до недавнего времени не было принято экономить ресурсы, этот коэффициент составляет 0,3 – 0,4, т.е. привод работает с КПД значительно ниже номинального. Завышенная “на всякий случай” мощность двигателя часто приводит к незаметным на первый взгляд, но очень существенным отрицательным последствиям в обслуживаемой электроприводом технологической сфере, – например, к излишнему напору в гидравлических сетях, связанному с ростом потерь и снижением надежности и т.п.

7. Основной путь энергосбережения средствами электропривода – подача конечному потребителю – технологической машине – необходимой в каждый момент мощности. Это может быть достигнуто посредством управления координатами электропривода, т.е. за счет перехода от нерегулируемого электропривода к регулируемому. Этот процесс стал в последние годы основным в развитии электропривода в связи с появлением доступных технических средств для его осуществления – преобразователей частоты и т.п.

8. Выбор рациональных в конкретных условиях типов электропривода и способов управления, обеспечивающих минимизацию потерь в силовом канале, - важный элемент в общей проблеме энергосбережения.

Ожидается, что переход от нерегулируемого электропривода к регулируемому в технологиях, где это требуется, может сэкономить до 25-30% электроэнергии. В одной из технологий – в водо- воздухоснабжении – переход к регулируемому электроприводу, как показал опыт, экономит около 50% электроэнергии, до 25% воды и до 10% тепла.

9.3.3 Энергосберегающие двигатели

План

1. Энергосберегающие двигатели.

2. Случаи неэффективного использования энергосберегающих двигателей.

1. Асинхронный трехфазный двигатель, представленный Михаилом Доливо-Добровольским, показал КПД 95%. С тех пор показатели КПД трехфазного асинхронного двигателя удалось улучшить всего на один-два процента.

Наиболее остро интерес к энергосберегающим двигателям возник в конце 1970-х годов во время мире нефтяного энергетического кризиса. Оказалось, что сэкономить одну тонну условного топлива во много раз дешевле, чем добыть.Во время кризиса во много раз выросли капиталовложения в сферу энергосбережения. Во многих странах стали выделять специальные гранды на энергосберегающие программы.

После проведения анализа проблемы энергосбережения оказалось, что более половину электроэнергии, вырабатываемой в мире, расходуют электродвигатели. Потому над их совершенствованием работают все ведущие электротехнические компании в мире.

Что же такое энергосберегающие двигатели?

Это электродвигатели, КПД которых на 1–10% выше, чем у стандартных двигателей. В крупных энергосберегающих двигателях, разница в значениях КПД составляет 1–2%, а в двигателях малой и средней мощности эта разница составляет уже 7–10%.

КПД электродвигателей Siemens

Увеличение КПД в в энергосберегающих двигателях достигается за счет:

• увеличения доли активных материалов – меди и стали;

• использование более тонкой и высококачественной электротехнической стали;

• применение вместо алюминия меди в роторных обмотках;

• уменьшения воздушного зазора в статоре с помощью прецизионного технологического оборудования;

• оптимизации формы зубцовой зоны магнитопровода и конструкции обмоток;

• использование подшипников более высокого класса;

• особой конструкции вентилятора;

По статистическим данным, цена всего двигателя составляет менее 2% суммарных затрат на жизненный цикл. Так, если двигатель работает 4000 часов ежегодно в течение 10 лет, то на электроэнергию приходится примерно 97% всех затрат на весь жизненный цикл. Еще около одного процента приходится на монтаж и техобслуживание. Поэтому увеличение КПД двигателя средней мощности на 2% позволит окупить увеличение стоимости энергосберегающего двигателя уже через 3 года, в зависимости от режима работы. Практический опыт и расчеты показывают, что увеличение стоимости энергосберегающего двигателя окупается за счет сэкономленной электроэнергии при эксплуатации в режиме S1 за год-полтора (при годовой наработке 7000 часов).

В общем случае переход к применению энергосберегающего двигателя позволяет:

• увеличить КПД двигателя на 1–10%;

• повысить надежность его работы;

• снизить время простоев;

• уменьшить затраты на техобслуживание;

• увеличить устойчивость двигателя к тепловым перегрузкам;

• повысить перегрузочную способность;

• поднять устойчивость двигателя к ухудшению эксплуатационных условий;

• сниженному и завышенному напряжению, искажению формы кривой напряжения, перекосу фаз и т. д.;

• повысить коэффициент мощности;

• уменьшить уровень шума;

• поднять скорость двигателя за счет уменьшения скольжения;

Отрицательным свойством электродвигателей с повышенным КПД по сравнению с обычными являются:

• на 10 – 30% выше стоимость;

• несколько больше масса;

• более высокая величина пускового тока.

2. В некоторых случаях использование энергоэффективного двигателя является нецелесообразным:

• при эксплуатации двигателя эксплуатируется короткое время (менее 1–2 тыс.часов/год), внедрение энергоэффективного двигателя может не внести существенного вклада в энергосбережение;

• при работе двигателя в режимах с частым запуском, так как сэкономленная электроэнергия будет израсходована на более высокое значение пускового тока;

• при работе двигателя работает с недогрузом, за счет уменьшения КПД при работе на нагрузку ниже номинальной.

Объемы энергосбережения в результате внедрения энергоэффективного двигателя могут оказаться незначительными по сравнению с потенциалом привода с переменной скоростью.Каждый дополнительный процент КПД требует увеличения массы активных материалов на 3–6%. При этом момент инерции ротора возрастает на 20–50%. Поэтому высокоэффективные двигатели уступают обычным по динамическим показателям, если при их разработке специально не учитывается это требование.

При выборе в пользу энергоэффективного двигателя, необходимо тщательно подходить к вопросу цены. По прогнозам аналитиков медь будет дорожать значительно быстрее стали. Поэтому там, где есть возможность, применять так называемые стальные двигатели (с меньшей площадью пазов), то лучше применять их. Такие двигатели имеют меньшую стоимость за счет экономии меди. По тем же причинам необходимо относиться к энергосберегающим двигателям с постоянными магнитами. Если вам в будущем придется искать замену такого двигателя . может оказаться, что его цена будет слишком высока, а замена его на энергосберегающий двигатель общепромышленного исполнения будет затруднительна из за несоответствия габаритов. По оценкам экспертов постоянные магниты из редкоземельных материалов будут дорожать больше и быстрее, чем медь, что приведет к значительному подорожанию таких двигателей. Хотя такие двигатели при высшем классе энергоэффективности достаточно компактны, их внедрение в промышленность ограничено тем, что постоянные магниты сейчас востребованы в других отраслях, нежели общепром, и, по оценкам специалистов будут использоваться при выпуске специальной техники, на которую денег не жалеют.

9.3.4 Электрическое освещение

План

1. Рациональное освещение квартиры.

2. Освещение на промышленных предприятиях.

3. Уличное освещение.

4. Эволюция освещения: энергосберегающие светильники на полупроводниковых источниках света.

1. Самыми крупными потребителями электроэнергии в коммунально-бытовом хозяйстве являются жилые дома. В них ежегодно расходуется в среднем 400 кВт*ч на человека, из которых примерно 280 кВт*ч потребляется внутри квартиры на освещение и бытовые приборы различного назначения и 120 кВт*ч – в установках инженерного оборудования и освещения общедомовых помещений. Внутриквартирное потребление электроэнергии составляет примерно 900 кВт*ч в год в расчёте на «усреднённую» городскую квартиру.

Итак, потребность в энергии постоянно увеличивается. Электростанции работают с полной нагрузкой, особенно напряжённо – в осенне-зимний период года в часы наибольшего потребления электроэнергии: с 8.00 до 10.00 и с 17.00 до 21.00. И в это напряжённое время где-то столь необходимые для производства киловатт-часы тратятся напрасно. В пустующих помещениях горят электрические лампы, светятся экраны телевизоров. Установлено, что 15-20% потребляемой в быту электроэнергии пропадает из-за небережливости потребителей.

Простота и доступность электроэнергии породили у многих людей представление о неисчерпаемости наших энергетических ресурсов, притупили чувство необходимости её экономии.

Между тем, электроэнергия сегодня дорожает. Поэтому старый призыв «Экономьте электроэнергию!» стал ещё более актуальным. Посмотрим, как можно это сделать в электрическом освещении.

Освещение квартиры складывается из естественного и искусственного. Любое из них должно обеспечивать достаточную освещённость помещения, а также должно быть равномерным, без резких и неприятных теней.

В помещения, окна которых выходят на север и частично на запад и восток, попадает лишь рассеянный свет. Для улучшения естественного освещения комнат отделку стен и потолка рекомендуется делать светлой. Естественная освещённость зависит также от потерь света при попадании через оконные стёкла. Запылённые стёкла могут поглощать до 30% света. Наличие в настоящее время различных химических препаратов для чистки стёкол позволяет без особых физических усилий содержать их в надлежащей чистоте.

Значительное количество электроэнергии напрасно расходуется днём в квартирах первых, а некоторых домах - вторых и третьих этажей. Причина этому – беспорядочные посадки зелени перед окнами, затрудняющие проникновение в квартиры естественного дневного света. Согласно существующим нормам деревья высаживаются на расстоянии не ближе 5 м от стен жилого дома, кустарник – 1,5 м.

Искусственное освещение создаётся электрическими светильниками. В современных квартирах широко распространены три системы освещения: общее, местное и комбинированное.

При общем освещении можно заниматься работой, не требующей сильного напряжения зрения. Светильники общего освещения обычно являются самыми мощными светильниками в помещении, их основная задача – осветить всё как можно более равномерно. Для этого обычно используют потолочные или подвесные светильники, установленные в центре потолка. Общую освещённость можно считать достаточной, если на 1 кв.м площади приходится 15-25 Вт мощности ламп накаливания.

В одном или нескольких местах помещения следует обеспечить местное освещение с учётом конкретных условий. Такое освещение требует специальных светильников, устанавливаемых в непосредственной близости к письменному столу, креслу, туалетному столику и т.п. Так, например, достаточное освещение листа ватмана при черчении обеспечит светильник с лампой накаливания мощностью 150 Вт на расстоянии 0,8-1 м. Штопку чёрными нитками (что требует очень высокой освещённости) можно выполнять при лампе мощностью 100 Вт на расстоянии 20-30 см. Для продолжительного чтения рекомендуется светильник с лампой накаливания в 60 Вт.

Комбинированное освещение достигается одновременным использованием светильников общего и местного назначения, а также при помощи светильников комбинированного освещения. К ним относятся многоламповые светильники (например, люстры), имеющие 2 группы ламп, одна из которых обеспечивает местное, а другая – общее освещение. Местное создаётся световым потоком, направленным вниз (одна лампа накаливания в 100, 150, 200 Вт), а общее – световым потоком, рассеянным во всех направлениях (несколько ламп в 15-40 Вт).

Наиболее рациональным является принцип зонального освещения, основанный на использовании общего, комбинированного или местного освещения отдельных функциональных зон. Если при освещении этих зон использовать лампы направленного света, настольные лампы, торшеры, бра, то в квартире станет уютнее, а следовательно, и комфортнее. Для такого зонального освещения подходят лампы в 1,5-2 раза менее мощные, чем в подвесных светильниках. В результате на комнату 18-20 кв. м экономится до 200 кВт*ч в год.

Между отдельными источниками света существует большая разница в световой отдаче (см.табл):

	лк/Вт
Лампа накаливания	12
Галогенная лампа	22
Люминесцентная лампа	55
Ртутная лампа высокого давления	55
Галогенная лампа высокого давления	80
Натриевая лампа высокого давления	95

Лампы накаливания являются традиционными и широко применяемыми источниками света. Весьма ощутимую экономию электроэнергии при использовании ламп накаливания могут дать следующие мероприятия:

• применение криптоновых ламп накаливания, имеющих световую отдачу на 10% выше, чем у ламп накаливания с аргоновым наполнением;

• замена двух ламп меньшей мощности на одну несколько большей мощности. Например, использование 1 лампы мощностью 100 Вт вместо 2 ламп по 60 Вт каждая экономит при той же освещённости потребление энергии на 12%;

• поддержание допустимого напряжения. Для нормальной работы электрических ламп необходимо, чтобы отклонение напряжения не выходило за пределы –2,5% и +5% от номинального. Световой поток ламп зависит от уровня напряжения. Так, при снижении напряжения на 1% у ламп накаливания световой поток уменьшается на 3-4%;

• периодическая замена ламп к концу срока службы (около 1000 ч). Световой поток ламп накаливания к концу срока службы снижается на 15%;

• периодическая чистка от пыли и грязи ламп, плафонов и осветительной арматуры. Не чистившиеся в течение года лампы и люстры пропускают на 30% света меньше, даже в сравнительно чистой среде. На кухне с газовой плитой лампочки загрязнятся намного быстрее;

• снижение уровня освещённости в подсобных помещениях, коридорах, туалетах и т.п.;

• широкое применение светорегуляторов, позволяющих в широких пределах изменять уровень освещённости;

• применение реле времени для отключения светильника через определённое время.

Ну и, наверное, ещё раз следует напомнить прописную истину: необходимо периодически проверять, не горят ли лишние лампы, не включены ли ненужные на данный момент электроприборы; уходя из дома, выключать все электроприборы и осветительные установки, за исключением холодильника.

Более совершенными источниками света являются люминесцентные лампы. Это разновидность газоразрядного источника света, в котором используется способность некоторых веществ (люминофоров) светиться под действием ультрафиолетового излучения электрического разряда. Люминесцентные лампы изготовляются в виде стеклянных трубок с двумя металлическими цоколями, наполненных парами ртути под низким давлением. Такая лампа имеет по сравнению с лампой накаливания в 4-5 раз более высокую световую отдачу и в 5-8 раз больший срок службы. Например, светоотдача люминесцентной лампы 20 Вт равна светоотдаче лампы накаливания 150 Вт.

Бытует мнение о вредности люминесцентного освещения. Оно безосновательно. Наоборот, это освещение позволяет получить мягкий рассеянный свет, меньше слепящий глаза и вызывающий меньшее их утомление.

Как показывают исследования, средняя освещённость наших квартир ещё недостаточна. Это отражается на зрении, повышает утомляемость, снижает работоспособность, ухудшает настроение человека. Реальный путь к созданию необходимого уровня освещённости при значительной экономии электроэнергии – использование люминесцентного освещения.

Тип лампы по форме колбы	Мощность, Вт	Рекомендуемая область применения
Прямые	65 40 30	Общее освещение кухонь, кухонь-столовых, карнизное освещение вертикальных поверхностей, установка под полками и навесным оборудованием кухонь и др.
Малогабаритные прямые	20 16 13 8	Настенные светильники местного и комбинированного освещения, настольные и напольные светильники для освещения рабочих поверхностей, светильники для встраивания в мебель
V-образные	30 22	Потолочные светильники общего освещения, настенные светильники для освещения рабочих поверхностей
W-образные	30	Потолочные и подвесные светильники общего освещения жилых и вспомогательных помещений
Кольцевые	40 32 22	Потолочные и подвесные светильники общего освещения, напольные и настенные светильники для освещения рабочих поверхностей

Технология освещения на базе светодиодных ламп в данном разделе не рассматривается, в силу малой распространенности и непригодности для освещения жилых помещений.

2. Освещение на промышленных предприятиях

По статистическим данным, энергопотребление на освещение пром. предприятий занимает 15% и стремительно падает.

В первую очередь это связано с упадком производства в России.

Вторая причина, не смотря на кризис, это переход на полностью автоматизированные линии технологического процесса. Такие производства могу работать сутками без вмешательства человека, следовательно освещение можно отключать за ненадобностью.

3. Уличное освещение

3.1 Выгода перехода от ламп ДРЛ к «натриевым»

Появление новых технологий в системах уличного освещения позволяет получить большой экономический эффект. Практика показывает, что при их внедрении потенциал экономии электроэнергии в большинстве муниципальных систем уличного освещения может составлять более 50 %.

В рамках разработанной Федеральной целевой программы "Энергосбережение России" многие регионы разработали свою концепцию энергосбережения, отличающуюся отдельными разделами, отражающими специфику региона, муниципального образования. Но во всех программах присутствуют мероприятия по совершенствованию светильников и светотехнического оборудования, эксплуатации и модернизации городского электроосветительного хозяйства.

В большинстве муниципальных образований РФ имеет место сильный физический износ осветительного оборудования, освещенность дорог ниже нормы в 2-3 раза, светильники имеют устаревшую конструкцию (эксплуатация отражателя без защиты от попадания влаги и пыли приводит к потере светотехнических характеристик и снижению КПД), в светильниках используются низкоэффективные лампы накаливания (светоотдача 12 лм/Вт) и ртутные лампы типа ДРЛ (светоотдача 55 лм/Вт).

Большую экономию электрической энергии дает модернизация уличного освещения, основанная на замене светильников с ртутными лампами и лампами накаливания на более эффективные натриевые (ДНаТ).

Помимо энергосбережения (в части электроэнергии) модернизация систем уличного освещения позволяет сократить потребляемую мощность. Это особенно важно для регионов, в которых ощущается дефицит мощностей.

Реконструкция системы уличного освещения приводит к целому ряду важных социальных аспектов. Известно, что социальная и экономическая сферы неразрывно связаны между собой и изменения социального характера обычно влекут за собой изменения в финансовой сфере.

При недостаточном освещении водители планируют основную часть поездок в дневное время. Из-за увеличения интенсивности движения транспорта происходит более быстрое разрушение дорожного покрытия. Следовательно повышение эффективности уличного освещения экономически связанно со снижением затрат на эксплуатацию дорог.

Качественное уличное освещение обеспечивает жителям городов чувство безопасности и комфорта, что позволяет людям избавиться от "страха перед ночными улицами". Ярко освещенные улицы города в вечерние часы позволяют родителям не беспокоится за безопасность детей, что дает возможность организовать их досуг оптимальным образом (посещение спортивных секций, музыкальных школ и т.д.).

Согласно статистическим данным повышение уровня освещенности напрямую влияет на криминальную обстановку в городе, снижая, число уличных преступлений. Снижение преступлений на улицах города в темное время суток является не только положительным социальным фактором, но и позволяет экономить бюджетные средства.

3.2 Совершенствование автоматизированного управления с целью экономии энергии

Системы освещения улиц и автомагистралей играют важную роль в обеспечении комфорта и безопасности граждан. Перед разработчиками современных систем автоматизированного управления уличным освещением стоят следующие основные задачи:

• обеспечить бесперебойным освещением жилые, общественные и промышленные территории, автотрассы и прочие объекты наземной транспортной инфраструктуры. Под бесперебойным освещением понимают минимальное время от момента выхода ламп из строя до восстановления работоспособности;

• обеспечить экономию электроэнергии, затрачиваемой на освещение. В рамках описания систем управления уличным освещением, мы не рассматриваем энергетическую эффективность самих ламп, но анализируем системные способы сокращения энергозатрат при обеспечении качества освещения;

• обеспечить минимизацию затрат на техническое обслуживание (главным образом, замену ламп).

Сегодня бесперебойное освещения часто обеспечивается с помощью экономических рычагов: организации, ответственные за уличное освещение, платят штрафы за превышение нормативного количества неисправных ламп на своей территории. Таким образом, противоречивые задачи минимизации расходов и оптимизации качества услуг приходят в равновесие.

Основу существующих сетей уличного освещения УО составляют автономно функционирующие фрагменты, управление которыми осуществляется с применением фотореле или таймеров. В качестве коммутационной аппаратуры для всей линии УО обычно используются контакторы или магнитные пускатели. Приборы учета электроэнергии - практически повсеместно однотарифные. Кроме того, достаточно часто, особенно в сельских районах, встречаются варианты сетей УО, совмещенные с сетями электроснабжения коммунально-бытового сектора (воздушные линии напряжением 0,38 кВ). В таких сетях УО управление осветительными приборами осуществляется индивидуально ручным выключателем, установленным на опоре воздушной линии, а оплата за потребленную электроэнергию взимается по усредненному количеству часов горения светильников, как правило, не соответствующему реальному режиму их работы. Контроль текущего расхода электроэнергии, режимов работы электрооборудования в таких сетях УО не ведется. Как следствие, значительные нерациональные затраты бюджетных средств на оплату электроэнергии и дополнительные эксплуатационные расходы.

Резюмируя сказанное, можно заключить, что в основном состояние сетей УО характеризуется следующими признаками:

• отсутствие централизованного мониторинга и управления режимами работы;

• отсутствие режимов энергосбережения;

• эксплуатация морально устаревшего и изношенного оборудования;

• неэффективный учет электроэнергии (однотарифный учет или расчетные схемы оплаты);

• высокий уровень эксплуатационных затрат;

• распределение шкафов управления по большой территории;

• возможность несанкционированного вмешательства в процесс управления из-за доступности оборудования шкафов управления для посторонних лиц;

• экологические проблемы, возникающие при утилизации вышедших из строя ртутных ламп.

Автоматизация процессов управления в сетях УО часто сводится к введению функций внешнего централизованного компьютерного управления с использованием проводных каналов связи, прокладываемых от центра управления до каждого шкафа управления линией освещения, а при невозможности такового – использование выделенных радиоканалов или сетей операторов мобильной связи для передачи команд управления. В этом случае включение и отключение сетей УО происходит централизованно и, как правило, объектом управления является вся линия освещения. Информативность диспетчерского персонала здесь связана с неоправданным ростом затрат на централизованную систему управления, а сбои в канале связи могут привести к полной потере управления линией освещения или фрагментом сети УО.

Мероприятия по энергосбережению в сетях УО в основном связаны с заменой ламп светильников на энергосберегающие и пофазным управлением линиями освещения (при этом светильники, подключаются на разные фазы линий освещения через один). Следует отметить, что замена ламп в светильниках на энергосберегающие приносит ощутимый экономический эффект, а способ экономии электроэнергии за счет отключения одной фазы линии освещения в определенный период времени делает неравномерным освещенность территории и недопустим по существующим СНиП для сельской местности.

Эффективное дистанционное управление режимами работы сетей УО основано на применении GSM/GPRS технологий и позволяет оперативно получать информацию о текущем состоянии оборудования и режимах его работы.

На сегодняшний день на рынке систем управления светотехническим оборудованием имеются отечественные и зарубежные разработки с широким диапазоном функциональных возможностей, в которых используются силовые провода для передачи команд управления светильниками, а для управления шкафами – GSM/GPRS каналы операторов мобильной связи.

Результаты опытной эксплуатации показали высокие показатели энергосбережения по сравнению с действовавшими ранее системами управления уличным освещением в этих округах:

До	После
Освещение включалось по сигналу датчика освещенности. Для обеспечения гистерезиса при срабатывании датчика использовались длительные (20 минут) временные задержки.	Интеллектуальная система управления при использовании датчика освещенности исключает ложные срабатывания без значительных задержек, что экономит энергию в утренние часы.
Лампы включались в вечернее время и выключались в утренние часы.	В сумерки на лампы подается 50% мощности (понижением напряжения с 220 до 195 Вольт или отключением одной из фаз)
	В позднее ночное время 90% ламп отключаются
	Экономия по результатам опытной эксплуатации 32%

Использование интеллектуальной системы управления уличным освещением выявило значительные преимущества для эксплуатирующих организаций:

До	После
Плановая замена ламп производилась по расчетному ресурсу (сроку службы ламп)	Интеллектуальная система управления производит точный учет времени работы ламп, что повышает точность прогнозов необходимости плановой замены.
Необходимо периодическое инспектирование территории для выявления перегоревших ламп	Блоки управления способны контролировать исправность ламп в цепи и статистически выявлять наличие перегоревших ламп при выходе из строя от 3% ламп в цепи. Например, в цепи из 100 ламп контроллер подаст аварийный сигнал в диспетчерскую при выходе из строя трех ламп.
	Все датчики подключаются без нарушения существующей проводки (датчики трансформаторного типа), что приводит к быстрой и удобной установке системы управления даже на устаревшие сети уличного освещения.
	Способность контроллеров Autolog к удаленному программированию позволяет оперативно модифицировать программное обеспечение для его отладки.

По результатам опытной эксплуатации муниципальные образования Финляндии планируют закупку системы управления наружным освещением в объемах до 800-1000 удаленных блоков в год.

4. Эволюция освещения: энергосберегающие светильники на полупроводниковых источниках света.

Светодиоды являются полупроводниковыми приборами, преобразующими электрический ток непосредственно в световое излучение, при этом они характеризуются низким энергопотреблением, а значит, обладают хорошим потенциалом в области энергосбережения.

До настоящего времени одним из существенных препятствий на пути массового внедрения светодиодов в освещении была их высокая стоимость по сравнению с традиционными источниками света. Однако, постепенное удешевление и повышение технических характеристик светодиодных изделий, а также насущная необходимость снижения энергопотребления, позволяют уже сегодня применять эти энергосберегающие технологии.

В различных российских регионах уже созданы пилотные проекты по использованию светодиодного освещения в городском хозяйстве и в целом этот опыт оценивается как положительный. Также, безусловно, оправданным является замена ламп накаливания в общем освещении и неоновых ламп в рекламе на светодиоды.

Область применения светодиодных прожекторов:

Подсветка зданий, домов и других объектов архитектуры (особенно художественная подсветка);

Подсветка рекламных конструкций;

Освещение пешеходных переходов;

Освещение мостов, туннелей и других, сложных для замены ламп объектов;

Аварийное энергосберегающее освещение.

Российское массовое производство готовых светодиодных светильников находится в стадии становления (так, например, госкорпорация Роснано собирается инвестировать значительные средства в развитие этой технологии на отечественных предприятиях). Но уже сейчас российские фирмы предлагают на рынке изделия, созданные с помощью иностранных комплектующих. В России пока нет единой методики измерения параметров этих изделий, поэтому качество и надежность работы светодиодных светильников значительно зависит от поставщиков.

Рассмотрим основные отличия новой - светодиодной технологии освещения от ламповой:

Известно, что почти все лампы, традиционно используемые в уличных светильниках, дают излучение в радиусе 360о. Эти лампы расходуют 80% энергии на собственный нагрев. Светильники с такими лампами имеют рефлекторы для создания необходимой направленности излучения, где теряется порядка 35% светового потока, за счёт потерь света излучаемого в рефлектор.

Часто встречающееся последнее время техническое перевооружение светильников путём замены ламп ДРЛ на лампы ДНаТ или ДНаЗ при их аналогичной мощности и заявленной высокой экономичности, не приводит к реальной экономии электроэнергии. Так, при включении новой лампы ДНаТ или ДНаЗ освещённость увеличивается, превышая нормативную в 3-5 раз, что ведет к ослеплению водителей и пешеходов.

На практике зафиксировано значительное снижение светового потока ламп ДНаТ, ДНаЗ в процессе их эксплуатации. Снижение светового потока достигает 40-60% от показателей новой лампы. Причем наибольшая скорость спада светового потока наблюдается в первые 100-200 часов эксплуатации лампы, т.е. в течение первого месяца работы. Основываясь на данной особенности работы ламп ДНаТ, ДНаЗ, в различной литературе рекомендуют производить их замену еще до выхода их из строя через 4-6 месяцев. Т.е. реальный срок жизни этих ламп определен 4-6 месяцами.

Светодиодный светильник создает освещенность с более высокой контрастностью (в 400! раз выше, чем у газоразрядных ламп), что улучшает качество освещения объекта.

Сегодня для освещения улиц и дорог наиболее широко используются лампы ДРЛ, ДНаТ, ДНаЗ, обладающие узким спектром излучения, который не обеспечивает приемлемой цветопередачи. Их свет имеет характерную желтую окраску, что является существенным недостатком ламп этого класса.

Многие исследования показали, что белый свет имеет преимущества перед другим освещением:

улучшает ночное видение от 40 до 100% относительно освещения другого спектра;

улучшает цветовое восприятие (цветопередачу), что в свою очередь увеличивает контраст изображения и восприятия глубины пространства.

Практический опыт показал, что по мере старения некоторые натриевые лампы начинают "мигать", т.е. лампа включается, разогревается как обычно, потом вдруг гаснет и через минуту все повторяется. Если своевременно не поменять лампу, а реально это не всегда удается, приходится "любоваться" этим эффектом долгое время.

Указанные неблагоприятные факторы особенно начинают сказываться при минусовых температурах. И лампу, которая летом еще могла бы светить, в наиболее неудобный для проведения ремонтных работ период - зимой, необходимо менять на новую.

Отслужившую лампу необходимо отправить на утилизацию, что требует дополнительных денежных затрат. Утечка ртути или других газов из лампы при ее повреждении приведет к возникновению экологических проблем (негативное влияние на здоровье людей, загрязнение окружающей среды и т.п.). Так, любая ртутная лампа содержит до 100 мг сильнодействующего вещества - паров ртути. Предельно допустимая концентрация этих паров в населенном пункте равняется 0,0003 мг/м². можно отметить, что эта опасная проблема остается, если возникает бой ламп при транспортировке и эксплуатации.

Напомним, ртуть это самый ядовитый тяжелый металл, она токсична в любой форме. При вдыхании ртутные пары адсорбируются в мозге и почках, а также вызывают разрушение легких и желудочно-кишечного тракта. Даже давние ртутные загрязнения опасны, поскольку ртуть может испаряться годами, нанося непоправимый вред здоровью человека.

Кстати, бытует неверное мнение о том, что современная лампа ДНаТ является экологически чистой, так как в ней используется натрий. В техническом описании подобной лампы, например SON-T Comfort Pro указано, что ее горелка содержит натриево-ртутную амальгаму и ксенон для зажигания разряда.

Светодиодные светильники являются экологически чистыми и не требуют специальных условий по обслуживанию и утилизации. Срок их службы значительно превышает существующие аналоги (срок непрерывной работы светильника не менее 80 тыс. часов, что эквивалентно 25 годам эксплуатации, при 10 часовой работе в день). При чем, это не срок когда светодиод выходит из строя, а примерно в это время снижение его светового потока достигнет 50%.

Имеются и другие экономические выгоды. Так, известно, что в ночное время, для дополнительной экономии электроэнергии, допускается снижение освещённости улиц в два раза (пункт 7.44 СНиП 23-05-95). Светодиодные светильники позволяют регулировать освещённость снижением питающего напряжения (традиционные светильники на газоразрядных лампах этого не допускают, при снижении напряжения они выключатся). Наличие переключателя потребляемой мощности на подстанции позволяет, без расширения номенклатуры светильников, получать различные нормы освещённости в соответствии со СНиП 23-05-95.

Кроме того, при оценке экономии электроэнергии необходимо учитывать потери на проводах линий питания светильников. Потребляемый лампами ДРЛ и ДНаЗ ток составляет 2.1-2.2 А, потребляемый ток светильника LZ составляет 0.6-0.9А в зависимости от режима работы. Таким образом, рассеиваемая на проводах питания мощность уменьшается в 4-9 раз.

Так же не требуется ввод новых мощностей, т.к. энергопотребление светодиодных светильников меньше, а срок полной окупаемости 90Вт светильника в среднем составляет 3-4 года.

Перечислим свойства светодиодов, которые в ближайшем будущем сделают их самыми экономичными по сравнению с другими источниками света:

высокая световая отдача (100 - 150 лм/Вт);

малое энергопотребление (единицы ватт);

высокие значения КПД световых приборов и коэффициентов использования светового потока в осветительных установках;

малые габариты (точечные или плоские приборы);

высокая долговечность (более 10 лет непрерывной работы);

отсутствие пульсации светового потока;

возможность получения излучения различного спектрального состава;

возможность снижения коэффициента запаса осветительных установок благодаря стабильности характеристик и высокому сроку службы;

возможность использования для освещения выцветающих объектов (произведений искусств, продукции полиграфии, текстильного производства);

высокая устойчивость к внешним воздействиям (температуре, вибрации, ударам, влажности);

электробезопасность и взрывобезопасность;

возможность резкого уменьшения размера, материалоемкости и трудоемкости производства световых приборов;

возможность создания необслуживаемых светильников;

высокая степень управляемости (возможность построения систем многоуровневого управления освещением);

высокая технологичность при массовом производстве;

низкие затраты на упаковку и транспортировку.

Те вопросы, которые возникают при внедрении светодиодов (как и у всякой новой технологии), вполне решаемы, а главное дают необходимый энергосберегающий эффект, способствуя общему повышению использования топливно-энергетических ресурсов на территории городов и поселений.

Тема 10.

Использование нетрадиционных и возобновляемых источников энергии

Тема 10.1 Альтернативные источники энергии

10.1.1 Понятие и классификация возобновляемых источников энергии

Возобновляемые - это ресурсы, энергия которых непрерывно восстанавливается природой: энергия рек, морей, океанов, солнца, ветра, земных недр и т.п.

Невозобновляемые - это ресурсы, накопленные в природе ранее, в далекие геологические эпохи, и в новых геологических условиях практически не восполняемые (органические топлива: уголь, нефть, газ). К невозобновляемым энергоресурсам относится также ядерное топливо.

Энергетика на ископаемом топливе (тепловые, конденсационные электрические станции, котельные) стала традиционной. Однако оценка запасов органического топлива на планете с учетом технических возможностей их добычи, темпов расходования в связи с ростом энергопотребления показывает ограниченность запасов. Особенно это касается нефти, газа, высококачественного угля, представляющих собой ценное химическое сырье, которое сжигать в качестве топлива нерационально и расточительно. Отрицательное влияние оказывает сжигание больших количеств топлива в традиционных энергетических установках на окружающую среду: загрязнение, изменение газового состава атмосферы, тепловое загрязнение водоемов, повышение радиоактивности в зонах ТЭС, общее изменение теплового баланса планеты.

Практически неисчерпаемы возможности ядерной и термоядерной энергетики, но с нею связаны проблемы теплового загрязнения планеты, хранения радиоактивных отходов, вероятных аварий энергетических гигантов.

В связи с этим во всем мире отмечается повышенный интерес к использованию нетрадиционных возобновляемых источников энергии. Их природа определяется процессами на Солнце, в глубинах Земли, гравитационным взаимодействием Солнца, Земли и Луны. Установки работающие на возобновляемых источниках, оказывают гораздо меньшее воздействие на окружающую среду, чем традиционные потоки энергии, естественно циркулирующие в окружающем пространстве. Экологическое воздействие энергоустановок на возобновляемых источниках в основном заключается в нарушении ими естественного ландшафта.

В настоящее время возобновляемые энергоресурсы используются незначительно. Их применение крайне заманчиво, многообещающе, но требует больших расходов на развитие соответствующей техники и технологий. При ориентации части энергетики на возобновляемые источники важно правильно оценить их долю, технически и экономически оправданную для применения. Эта задача - оценить, использовать потенциал возобновляемых ресурсов, найти их место в топливно-энергетическом комплексе - стоит перед экономикой Беларуси. Ее решение поможет смягчить дефицитность энергосистемы республики, позволит снизить зависимость от импорта энергоресурсов, будет способствовать стабильности экономики и политической независимости.

При планировании энергетики на возобновляемых источниках важно учесть их особенности по сравнению с традиционными невозобновляемыми. К ним относятся следующие.

♦ 1.Периодичность действия в зависимости от неуправляемых человеком природных закономерностей и, как следствие, колебания мощности возобновляемых источников от крайне нерегулярных, как у ветра, до строго регулярных, как у приливов.

♦ 2.Низкие, на несколько порядков ниже, чем у возобновляемых источников (паровые котлы, ядерные реакторы), плотности потоков энергии и рассеянность их в пространстве. Поэтому энергоустановки на возобновляемых источниках эффективны при небольшой единичной мощности и прежде всего для сельских районов.

♦ 3.Применение возобновляемых ресурсов эффективно лишь при комплексном подходе к ним. Например, отходы животноводства и растениеводства на агропромышленных предприятиях одновременно могут служит сырьем для производства метана, жидкого и твердого топлива, а также удобрений.

♦ 4.Экономическую целесообразность использования того или иного источника возобновляемой энергии следует определять в зависимости от природных условий, географических особенностей конкретного региона, с одной стороны, и в зависимости от потребностей в энергии для промышленного, сельскохозяйственного производства, бытовых нужд, с другой. Рекомендуется планировать энергетику на возобновляемых источниках для районов размером порядка 250 км.

При выборе источников энергии следует иметь в виду их качество. Последнее оценивается долей энергии источника, которая может быть превращена в механическую работу. Электроэнергия обладает высоким качеством. С помощью электродвигателя более 95% ее можно превратить в механическую работу. Качество тепловой энергии, получаемой в результате сжигания топлива на тепловых электростанциях, довольно низкое - около 30%.

Возобновляемые источники энергии по их качеству условно делят на три группы:

1.Источники механической энергии, обладающие довольно высоким качеством:

􀂾ветроустановки - порядка 30%,

􀂾гидроустановки - 60%,

􀂾волновые и приливные станции - 75%.

2.Источники тепловой энергии:

􀂾прямое или рассеянное солнечное излучение,

􀂾биотопливо, обладающее качеством не более 35%.

3.Источник энергии, использующие фотосинтез и фотоэлектрические явления, имеют различное качество на разных частотах излучения; в среднем КПД фотопреобразователей составляет порядка 15%.

Основными нетрадиционными и возобновляемыми источниками энергии для Республики являются гидро-, ветроэнергетические, солнечная энергия, биомасса, твердые бытовые отходы.

10.1.2 Солнечная теплоэнергетика. Солнечная фотоэнергетика

План

1. Солнечная теплоэнергетика.

2. Солнечная фотоэнергетика.

1. В современном мире солнечная энергия широко используется для теплоснабжения, включая горячее водоснабжение и отопление, а также для хладоснабжения, кондиционирования воздуха, сушки и в других технологических процессах.

Системы солнечного теплоснабжения классифицируются следующим образом:

• системы «активного» солнечного теплоснабжения, использующие «активные» установки на основе солнечных коллекторов с циркуляцией теплоносителя, в качестве которого могут применяться жидкость (вода, растворы солей) и газ (воздух);

• системы «пассивного» солнечного отопления, в которых разные конструкционные элементы сооружения служат в качестве теплоприемников солнечной энергии;

• комбинированные системы солнечного теплоснабжения, в которых использованы элементы «пассивного» и «активного» солнечного теплоснабжения.

В современных низкои среднетемпературных системах теплоснабжения (до 100°С), применяющихся для превращения солнечной энергии в низкопотенциальное тепло для горячего водоснабжения, отопления и других тепловых процессов, основным элементом является плоский коллектор, представляющий собой гелиоприемный абсорбер, в котором циркулирует теплоноситель, конструкция плоского солнечного коллектора теплоизолирована с тыльной и застеклена с лицевой стороны. Его принципиальная схема приведена на рис. 10.1.2.1.

Особенностью плоского коллектора является то, что он улавливает как прямую, так и рассеянную солнечную радиацию. Объемы таких систем рассчитываются в квадратных метрах солнечных коллекторов.

В системах высокотемпературного теплоснабжения (выше 100°С) применяют высокотемпературные солнечные коллекторы. На данное время наилучшим из них считается концентрирующий солнечный коллектор,

представляющий собой параболический желоб с черной трубкой в центре, на которой фокусируется солнечное излучение. Такие коллекторы очень эффективны в промышленности или для производства пара в электроэнергетике. Их недостатком является невозможность использования рассеянной солнечной радиации.

В обычных плоских коллекторах практически невозможно получить температуру теплоносителя выше 100°С. Увеличения рабочей температуры теплоносителя до 250–300°С можно достичь с помощью вакуумных стеклянных солнечных коллекторов. Как теплоноситель в коллекторах могут использоваться вода, раствор этиленгликоля и пропиленгликоля, силиконовое масло, а также воздух.

 

Рисунок 10.1.2.1 - Схема конструкции плоского коллектора солнечной энергии:

1 – остекление; 2 – лучепоглощающая поверхность с трубками для жидкости, которая нагревается (абсорбер); 3 – корпус; 4 – теплоизоляция; 5 – трубка подачи теплоносителя

 

Рисунок 10.1.2.2 - Принципиальная схема комбинированной водяной системы солнечного теплоснабжения:

1 – солнечный водяной коллектор; 2 – скоростной водо7водяной теплообменник; 3 – бак7аккумулятор; 4 – бак горячей воды; 5 – дополнительный источник теплоты системы горячего водоснабжения; 6 – дополнительный источник теплоты для системы отопления; 7 – циркуляционные насосы

Рисунок 10.1.2.1.3 - Принципиальная схема активной воздушной системы солнечного отопления:

1 – солнечный воздушный коллектор; 2 – трехходовая заслонка; 3 – галечный аккумулятор теплоты; 4 – дополнительный источник энергии; 5 – вентилятор; 6 – байпасная линия аккумулятора

Рисунок 10.1.2.1.4 - Схема использования солнечного соляного пруда для получения электрической энергии:

1 – дамбы; 2 – горячая вода с высокой концентрацией соли; 3 – охлаждающая вода с низкой концентрацией соли; 4 – теплообменный аппарат; 5 – турбина; 6 – генератор; 7 – конденсатор; 8 – циркуляционные насосы; 9 – питательный насос

Принципиальные схемы водяного и воздушного отопления помещений с помощью коллекторов приведены соответственно на рис. 10.1.2.1.3 и рис.10.1.2.1.4.

Пассивные солнечные системы являются более простыми и дешевыми по сравнению с активными, так как не требуют дополнительных устройств поглощения, преобразования и распределения солнечной энергии. Пассивное использование энергии Солнца для отопления зданий осуществляется за счет планировочных, архитектурно-конструктивных решений, застекления, когда все здание может быть рассмотрено как коллектор солнечной теплоты.

В пассивной системе должна быть оптимальная ориентация здания приблизительно вдоль оси восток-запад, на южной стороне должно быть не менее 50–70% всех окон, на северной – не больше 10%, жилые комнаты должны располагаться с южной стороны и т.п. Кроме того, предусматриваются специальные устройства – крыша-теплонакопитель, конвекционные системы и др.

Активное использование солнечной энергии может быть осуществлено с помощью солнечного соляного пруда. Такие пруды являются хорошими аккумуляторами солнечной энергии. Благодаря тому, что плотность солевого раствора в нижних слоях по сравнению с верхними значительно выше, в таких прудах практически отсутствует конвективный тепломассообмен, в результате чего в придонной зоне пруда создается слой воды с высокой температурой. На активном использовании теплового действия солнечных лучей базируются солнечные энергетические печи, обогрев бассейнов, опреснение морской и засоленной воды, получение дистиллированной воды, солнечные бытовые печи, сушка сельскохозяйственных продуктов и др.

2. Преобразование солнечной энергии в доступные для использования виды осуществляется двумя способами: фотоэлектрическим (прямое преобразование световой энергии в электрическую) и фототермическим (преобразование световой энергии в тепловую, а затем при необходимости, например, с помощью пара, в электрическую).

Фотоэлектрические преобразователи обладают значительными преимуществами:

· не имеют движущихся частей, что упрощает обслуживание, снижает его стоимость и увеличивает срок службы (вероятно, он будет достигать 100 лет — проблема не в самих преобразователях, а в герметизирующих материалах) при незначительном снижении эксплуатационных характеристик;

· эффективно используют прямое и рассеянное (диффузное) солнечное излучение;

· не требуют высокой квалификации обслуживающего персонала;

· пригодны для создания установок практически любой мощности.

10.1.3 Ветроэнергетика

План

1. Основные понятия ветроэнергетики.

2. Ветрогенератор.

3. Недостатки ветровых установок.

Энергия ветра на земном шаре оценивается в 175-219 тыс. ТВт/ч в год. Это примерно в 2,7 раза больше суммарного расхода энергии на планете. Постоянные воздушные течения к экватору со стороны северного и южного полушарий образуют систему пассатов. Существуют периодические движения воздуха с моря на сушу и обратно в течении суток - бризы и года - муссоны. Полезно может быть использовано лишь 5% указанной величины энергии ветра. Используется же значительно меньше.

Энергию ветра человек начал применять в глубокой девности длприведения в движни парусных кораблей, мельничных колес. В наше время она используется для выработки электроэнергии. Это - наиболее эффективный способ утилизации энергии ветра. В ветроэнергетической установке (ВЭУ) кинетическая энергия движения воздуха превращается в энергию вращения ротора генератора (рис.3.7), который вырабатывает электроэнергию.

2. Ветрогенератор (ветроэлектрическая установка или сокращенно ВЭУ) — устройство для преобразования кинетической энергии ветрового потока в механическую энергию вращения ротора с последующим её преобразованием в электрическую энергию.

Ветрогенераторы можно разделить на три категории: промышленные, коммерческие и бытовые (для частного использования).

Промышленные устанавливаются государством или крупными энергетическими корпорациями. Как правило, их объединяют в сети, в результате получается ветровая электростанция. Её основное отличие от традиционных (тепловых, атомных) — полное отсутствие как сырья, так и отходов. Единственное важное требование для ВЭС — высокий среднегодовой уровень ветра. Мощность современных ветрогенераторов достигает 7,5 МВт

Существуют классификации ветрогенераторов по количеству лопастей, по материалам, из которых они выполнены, по оси вращения и по шагу винта.

Существуют два основных типа ветротурбин:

• с вертикальной осью вращения («карусельные» — роторные (в том числе «ротор Савониуса»), «лопастные» ортогональные — ротор Дарье);

• с горизонтальной осью вращения (крыльчатые).

ВЭУ состоит из:

1. ветротурбины, установленной на мачте с растяжками и раскручиваемой ротором либо лопастями;

2. электрогенератора;

полученная электроэнергия поступает в:

• Контроллер заряда аккумуляторов, подключенный к

  • аккумуляторам (обычно необслуживаемые на 24 В)

• Инвертор (= 24 В - ~ 220 В 50Гц), подключенный к электросети

Рисунок 10.1.3.1 - Промышленная ветровая установка

Устройство ветрогенератора:

1. Фундамент

2. Силовой шкаф, включающий силовые контакторы и цепи управления

3. Башня

4. Лестница

5. Поворотный механизм

6. Гондола

7. Электрический генератор

8. Система слежения за направлением и скоростью ветра (анемометр)

9. Тормозная система

10. Трансмиссия

11. Лопасти

12. Система изменения угла атаки лопасти

13. Обтекатель

• Система пожаротушения

• Телекоммуникационная система для передачи данных о работе ветрогенератора

• Система молниезащиты

• Привод питча

3. Каковы недостатки ветровых энергетических установок?

Прежде всего их работа неблагоприятно влияет на работу телевизионной сети. Вот какой любопытный пример можно привести в этой связи. Несколько лет тому назад от жителей Оркнейских островов (Великобритания) стали поступать необычные жадобы. Оказалось, что при работе ветровой станции, построенной на одном их холмов, возникают такие сильные помехи в работе телевизионной сети, что на экранах телевизоров пропадает изображение. Выход нашли в строительстве рядом с ветровой установкой мощного телевизионного ретранслятора, который позволил усиливать телевизионные сигналы. По имеющимся данным, ветровая энергетическая установка мощностью 0,1 МВт может вызвать искажение телевизионных сигналов на расстоянии до 0,5 км.

Другая неожиданная особенность ветровых установок проявилась в том, что они оказались источником достаточно интенсивного инфразвукового шума, неблагоприятно действующего на человеческий организм, вызывающего постоянное угнетенное состояние, сильное беспричинное беспокойство и жизненный дискомфорт. Как показал опыт эксплуатации большого числа ветровых установок в США, этот шум не выдерживают ни животные, ни птицы, покидая район размещения станции, т.е. территории самой ветровой станции и примыкающие к ней становятся непригодными для жизни людей, животных и птиц.

Однако главный недостаток этого вида энергии наряду с изменчивостью скорости ветра - это низкая интенсивность, что требует значительной территории для размещения ветровой установки. Из проведенных специалистами расчетов следует, что оптимальным для ветрового колеса является диаметр 100 м. При таких геометрических размерах и плотности энергии на единицу площади ветрового колеса 500 Вт/м2 (скорость ветра 9,2 м/с) из ветрового потока можно получить электрическую мощность, близкую к 1 МВт. На площади 1 км2 можно разместить 2-3 установки указанной мощности с учетом того, что они должны находиться одна от, другой на расстоянии, равном трем их высотам, чтобы не мешать друг другу, и не снижать эффективности своей работы.

Примем для оценки, что на площади 1 км2 размещено 3 установки, т.е. с 1 км2 можно снять 3 МВт электрической мощности. Это означает, что для размещения ветровой станции электрической мощностью 1000 МВт нужна площадь, равная ' 330 км2. Если сравнивать ветровые и тепловые электростанции по энерговыработке в течение года, то полученное значение следует увеличить не менее чем в 2-3 раза. Для сравнения укажем, что площадь Курской АЭС мощностью 4000 МВт вместе с вспомогательными сооружениями, водоемом-охладителем и жилым поселком составляет 30 км2, т.е. на 1000 МВт электрической мощности приходится 7,5 км2. Другими словами, размер территории ветровой станции в расчете на 1000 МВт на 2 порядка превышает площадь, занимаемую современной АЭС.

Приведенная оценка расхода земельных ресурсов для размещения мощной ветровой электростанции, во первых свидетельствует о необходимости тщательного выбора площадки для нее, имея в виду использование бросовых земель, не пригодных для сельскохозяйственного оборота; во-вторых, ставит вопрос о целесообразности сооружения менее мощных ветровых станций для снабжения энергией небольшого района или населенного пункта. Создание таких электростанций (вместе с аккумулятором энергии) может оказаться полезным для электрообеспечения отдаленных поселков и деревень, а также различных сельскохозяйственных работ.

Несмотря на это, отдельные ученые считают, что следует-развивать крупномасштабную ветроэнергетику. Перед войной у нас в стране только в колхозах и совхозах работало более 8000 ветровых установок. В 1930г. на базе отдела ветродвигателей ЦАГИ был создан Центральный ветроэнергетический институт, в 1938 г. было организовано конструкторское бюро по ветровым энергетическим установкам. В предвоенные годы и после войны было разработано и выпущено довольно большое число (примерно 10 тыс.шт.) разнообразных ветровых установок. Интенсивная работа по использованию энергии ветра ведется в ряде зарубежных стран.

Итак, можно указать следующие достоинства и недостатки энергии ветра: отсутствие влияния на тепловой баланс атмосферы Земли, потребления кислорода, выбросов углекислого газа и других загрязнителей, возможность преобразования в различные виды энергии (механическую, тепловую, элекрическую), но при этом низкая плотность энергии, приходящейся на единицy площади ветрового колеса; непредсказуемые изменения скорости ветра в .течение суток и сезона, требующие резервирования ветровой станции или аккумулирования произведенной энергии; отрицательное влияние на среду обитания человека и животных, на телевизионную связь и пути сезонной миграции птиц. Отечественный и зарубежный опыт свидетельствует о технической осуществимости и целесообразности сооружения и эксплуатации ветровых энергетических установок небольшой мощности для удаленных поселков и отгонных пастбищ, а также в аграрном секторе.

10.1.4 Энергия морей и океанов.

План

1. Общие сведения о гидроэнергетике.

2. Энергия мирового океана.

3. Энергия приливов.

4. Тепловая энергия океана.

5. Энергия волн и течений.

6. Биохимическая энергия.

1. Гидроэнергетика – это область энергетики, использующая кинетическую энергию движущейся воды. Люди давно научились использовать этот вид энергоресурса. Для этого на небольших реках строились водяные мельницы. В этих сооружениях за счет энергии падающей воды приводилось в движение водяное колесо. Получаемая механическая энергия использовалась для привода жерновов, пилорамы или других механизмов. В странах, расположенных на берегах морей и океанов возможно строительство приливных ГЭС, которые используют энергию приливов, возникающих за счет сил гравитационного взаимодействия Земли, Луны и Солнца.

Гидроэнергетика базируется на использовании возобновляемых гидроэнергетических ресурсов, представляющих собой преобразованную энергию Солнца. Например, в Норвегии более 90% электроэнергии вырабатывается на ГЭС. Стоимость вырабатываемой на ГЭС электроэнергии невелика, обычно не превышает 0,04 доллара США. Вырабатываемая энергия легко регулируется по мощности. Это обстоятельство позволяет использовать ГЭС в энергосистемах с большими колебаниями нагрузки в качестве демпфирующих.

Наряду с преимуществами у ГЭС имеются и недостатки, которые в ряде случаев ограничивают возможности их строительства и использования. Прежде всего это экологический ущерб, связанный с заполнением водой больших площадей при создании водохранилищ. В процессе эксплуатации ГЭС происходит заиливание водохранилищ и плотин, изменяется климат, нарушаются условия для миграции рыб и др. Для ГЭС также характерны большие капитальные затраты на строительство.

2. Известно, что запасы энергии в Мировом океане колоссальны. Так, тепловая (внутренняя) энергия, соответствующая перегреву поверхностных вод океана по сравнению с данными, скажем, на 20 градусов, имеет величину порядка 10²⁶ Дж. Кинетическая энергия океанских течений оценивается величиной порядка 10¹⁸ Дж. Однако пока что люди умеют утилизовать лишь ничтожные доли этой энергии, да и то ценой больших и медленно окупающихся капиталовложений.

3. Наиболее очевидным способом использования океанской энергии представляется постройка приливных электростанций (ПЭС).

Приливы обусловлены силами притяжения Луны и Солнца в сочетании с центробежными силами, развивающимися при вращении систем Земля-Луна и Земля-Солнце. Движение этих тел относительно друг друга порождает различные приливные циклы: полусуточный, весенний квадратурный, полугодовой и другие более длительные циклы. Все оказывают влияние на уровень подъема воды, и знание этих колебаний необходимо для правильного проектирования приливных энергетических систем.

Амплитуда приливов может значительно увеличиваться за счет таких факторов, как склоны, воронки, характерное отражение и резонанс. Наиболее часто такие условия наблюдаются в устьях рек.

Теоретически приливные электростанции могли бы производить в целом 635 тыс. ГВт×ч/год электроэнергии, что является энергетическим эквивалентом более чем 1 млрд баррелей нефти.

В настоящее время действует совсем немного приливных станций. Электростанция Ранс является первым и крупнейшим предприятием такого рода в мире. Она была задумана как прототип более крупных приливных станций на побережье Бретани. Строительство началось в 1961 г. и завершилось в 1968 г. Система использует двадцатьчетыре 10-мегаваттных турбины Каплана, обладает проектной мощностью 240 МВт и ежегодно производит около 50 ГВт×ч электроэнергии. Амплитуда прилива в устье реки составляет 14 м. Плотина длиной 750 м ограничивает бассейн площадью 22 км², который содержит 180 млн м³ полезной воды.

Другая крупная приливная электростанция мощностью 20 МВт расположена в Аннаполис-Ройал, в заливе Фанди (провинция Новая Шотландия, Канада). Она была официально открыта в сентябре 1984 г. Система смонтирована на о. Хогс в устье р. Аннаполис на основе уже существующей дамбы, защищающей плодородные земли от затопления морской водой в период штормов. Амплитуда прилива колеблется от 4,4 до 8,7 м.

Стоимость станции Аннаполис-Ройал составила 53 млн долл., или 2650 долл. за киловатт мощности. Согласно проекту, цена производимого электричества должна была составлять 2,7 цента за киловатт. Удовлетворительные показатели данной станции подтвердили рентабельность низконапорных гидроресурсов, открыли широкие перспективы строительства крупных приливных станций в Канаде и других частях земного шара.

Возможное воздействие приливных электростанций на окружающую среду будет связано с увеличением амплитуды приливов на океанской стороне плотины. Это может приводить к затоплению суши и сооружений при высоких приливах или во время штормов и к вторжению солёной воды в устья рек и подземные водоносные слои. Водные пищевые цепи и сообщества организмов в приливной зоне могут пострадать в результате изменения уровня воды и усилившихся течений как за плотиной, так и перед ней; для водных организмов небезопасно так же прохождение через турбины.

Следует так же упомянуть ещё одну отрицательную черту приливной энергии – то, что её выработка непостоянна. При обычной эксплуатации приливной энергии электричество вырабатывается только в начале прилива (или отлива). Эта циклическая выработка энергии вряд ли будет соответствовать суточным циклам потребности в ней. Пиковая потребность и пиковая выработка могут иногда совпадать, так как часы приливов сдвигаются по мере смены времён года, но чаще такого совпадения не будет. Это означает, что выработка энергии другими, центральными, станциями должна снижаться, когда темп приливной выработки достигает максимума, и возрастать, когда он падает. На электростанции «Ла-Ранс» эту задачу выполняет компьютер.

3. Температура воды океана в разных местах различна. Между тропиком Рака и тропиком Козерога поверхность воды нагревается до 82 градусов по Фаренгейту (27 C). На глубине в 600 метров температура падает до 35,36,37 или 38 градусов по Фаренгейту (2-3,5 С). Возникает вопрос: есть ли возможность использовать разницу температур для получения энергии? Могла бы тепловая энергоустановка, плывущая под водой, производить электричество? Да, и это возможно.

В далекие 20-е годы нашего столетия Жорж Клод, одаренный, решительный и весьма настойчивый французский физик, решил исследовать такую возможность. Выбрав участок океана вблизи берегов Кубы, он сумел-таки после серии неудачных попыток получить установку мощностью 22 киловатта. Это явилось большим научным достижением и приветствовалось многими учеными.

Используя теплую воду на поверхности и холодную на глубине и создав соответствующую технологию, мы располагаем всем необходимым для производства электроэнергии, уверяли сторонники использования тепловой энергии океана.

Сейчас приобрела большое внимание "океанотермическая энергоконверсия" (ОТЭК), т.е. получение электроэнергии за счет разности температур между поверхностными и засасываемыми насосом глубинными океанскими водами, например при использовании в замкнутом цикле турбины таких легкоиспаряющихся жидкостей как пропан, фреон или аммоний.

Последние десятилетия характеризуется определенными успехами в использовании тепловой энергии океана. Так, созданы установки мини-ОТЕС и ОТЕС-1 (ОТЕС – начальные буквы английских слов Осеаn Тhеrmal Energy Conversion, т.e. преобразование тепловой энергии океана).

В августе 1979 г. вблизи Гавайских островов начала работать теплоэнергетическая установка мини-ОТЕС. Пробная эксплуатация установки в течение трех с поло­виной месяцев показала ее достаточную надежность. При непрерывной круглосуточной работе не было срывов, если не считать мелких технических неполадок, обычно возникающих при испытаниях любых новых установок. Ее полная мощность составляла в среднем 48,7 кВт, максимальная – 53 кВт; 12 кВт (максимум 15) установка отдавала во внешнюю сеть на полезную нагрузку, точ­нее – на зарядку аккумуляторов. Остальная вырабаты­ваемая мощность расходовалась на собственные нужды установки. В их число входят затраты анергии на работу трех насосов, потери в двух теплообменниках, турбине и в генераторе электрической энергии.

Три насоса потребовались из следующего расчета: один – для подачи теплой воды из океана, второй – для подкачки холодной воды с глубины около 700 м, третий – для перекачки вторичной рабочей жидкости внутри самой системы, т. е. из конденсатора в испаритель. В качестве вторичной рабочий жидкости применяется аммиак.

Установка мини-ОТЕС смонтирована на барже. Под ее днищем помещен длинный трубопровод для забора холодной воды. Трубопроводом служит полиэтиленовая труба длиной 700 м с внутренним диаметром 50 см. Трубопровод прикреплен к днищу судна с помощью особого затвора, позволяющего в случаи необходимости его быстрое отсоединение. Полиэтиленовая труба одновременно используется и для заякоривания системы труба–судно. Оригинальность подобного решения не вызывает сомнений, поскольку якорные постановки для разрабатываемых ныне более мощных систем ОТЕС являются весьма серьезной проблемой.

Впервые в истории техники установка мини-ОТЕС смогла отдать во внешнюю нагрузку полезную мощность, одновременно покрыв и собственные нужды. Опыт, полученный при эксплуатации мини-ОТЕС, позволил быстро построить более мощную теплоэнергетическую установку ОТЕС-1 и приступить к проектированию еще более мощных систем подобного типа.

Новые станции ОТЕС на мощность во много десятков и сотен мегаватт проектируются без судна. Это – одна грандиозная труба, в верхней части которой находится круглый машинный зал, где размещены все необходимые устройства для преобразования анергии. Верхний конец трубопровода холодной воды расположится в океане на глубине 25–50 м. Машинный зал проектируется вокруг трубы на глубине около 100 м. Там будут установлены турбоагрегаты, работающие на парах аммиака, а также все остальное оборудование. Масса всего сооружения превышает 300 тыс. т. Труба-монстр, уходящая почти на километр в холодную глубину океана, а в ее верхней части что-то вроде маленького островка. И никакого судна, кроме, конечно, обычных судов, необходимых для обслуживания системы и для связи с берегом.

Представляется, что некоторые из предлагавшихся океанских энергетических установок могут быть реализованы, и стать рентабельными уже в настоящее время.

4. Ещё в начале XX века американский инженер Рансом сконструировал установку, использующую энергию волн для сжатия воздуха. Схема его установки показана на рисунке 10.1.4.1.

Конструктором С. Солтером (S. Salter; Эдинбургский университет, Шотландия) предложен проект “Кивающая утка”. Поплавки, покачиваемые волнами, дают энергию стоимостью всего 2,6 пенса за 1 КВт\ч, что лишь незначительно выше стоимости электроэнергии, которая вырабатывается новейшими электростанциями, сжигающими газ (в Британии это - 2,5 пенса), и заметно ниже, чем дают АЭС (около 4,5 пенса за 1 КВт\ч).

Рисунок 10.1.4.1 – Машина Рансома

Маяки, использующие энергию волн, уже усеяли прибрежные воды Японии. В течение многих лет бакены – свистки береговой охраны США действуют благодаря волновым колебаниям.

Недавно группа ученых океанологов обратила внимание на тот факт, что Гольфстрим несет свои воды вблизи берегов Флориды со скоростью 5 миль в час. Идея использовать этот поток теплой воды была весьма заманчивой. Возможно ли это? Гигантские турбины и подводные пропеллеры, напоминающие ветряные мельницы, смогут генерировать электричество, извлекая энергию из течений и волн.

5. В океане существует замечательная среда для поддержания жизни, в состав которой входят питательные вещества, соли и другие минералы. В этой среде растворенный в воде кислород питает всех морских животных от самых маленьких до самых больших, от амебы до акулы. Растворенный углекислый газ точно так же поддерживает жизнь всех морских растений от одноклеточных диатомовых водорослей до достигающих высоты 60-90метров бурых водорослей.

При поддержке военно-морского флота США в середине 70-х годов группа специалистов в области исследования океана, морских инженеров и водолазов создала первую в мире океанскую энергетическую ферму на глубине 12 метров под залитой солнцем гладью Тихого океана вблизи города Сан-Клемент. Ферма была небольшая. По сути своей, все это было лишь экспериментом. На ферме выращивались гигантские калифорнийские бурые водоросли.

По мнению директора проекта доктора Говарда А. Уилкокса, сотрудника Центра исследования морских и океанских систем в Сан-Диего (Калифорния), "до 50 % энергии этих водорослей может быть превращено в топливо - в природный газ метан. Океанские фермы будущего, выращивающие бурые водоросли на площади примерно 100 000 акров (40 000 га), смогут давать энергию, которой хватит, чтобы полностью удовлетворить потребности американского города с населением в 50 000 человек".

В океане растворено огромное количество солей. Может ли соленость быть использована, как источник энергии? Может. Большая концентрация соли в океане навела ряд исследователей Скриппского океанографического института в Ла-Колла (Калифорния) и других центров на мысль о создании таких установок. Они считают, что для получения большого количества энергии вполне возможно сконструировать батареи, в которых происходили бы реакции между соленой и несоленой водой.

Самолеты и легковые автомобили, автобусы и грузовики могут приводиться в движение газом, который можно извлекать из воды, а уж воды-то в морях достаточно. Этот газ - водород, и он может использоваться в качестве горючего. Водород – один из наиболее распространенных элементов во Вселенной. В океане он содержится в каждой капле воды. Помните формулу воды? Формула HOH значит, что молекула воды состоит из двух атомов водорода и одного атома кислорода. Извлеченный из воды водород можно сжигать как топливо и использовать не только для того, чтобы приводить в движение различные транспортные средства, но и для получения электроэнергии.

Все большее число химиков и инженеров с энтузиазмом относится к "водородной энергетике" будущего, так как полученный водород достаточно удобно хранить: в виде сжатого газа в танкерах или в сжиженном виде в криогенных контейнерах при температуре -203 С. Его можно хранить и в твердом виде после соединения с железо-титановым сплавом или с магнием для образования металлических гидридов. После этого их можно легко транспортировать и использовать по мере необходимости.

Еще в 1847 году французский писатель Жюль Верн, опередивший свое время, предвидел возникновение такой водородной экономики. В своей книге "Таинственный остров" он предсказывал, что в будущем люди научатся использовать воду в качестве источника для получения топлива. "Вода, - писал он, - представит неиссякаемые запасы тепла и света".

Со времен Жюля Верна были открыты методы извлечения водорода из воды. Один из наиболее перспективных из них ­– электролиз воды. (Через воду пропускается электрический ток, в результате чего происходит химический распад. Освобождаются водород и кислород, а жидкость исчезает.)

В 60-е годы специалистам из НАСА удалось столь успешно осуществить процесс электролиза воды и столь эффективно собирать высвобождающийся водород, что получаемый таким образом водород использовался во время полетов по программе "Аполлон".

Контрольные вопросы:

1. Назовите основной источник геотермальной энергии?

2. Какие виды энергии имеют моря и океаны?

3. Что представляет собой приливная станция?

4. Какие недостатки приливной станции?

5. Перспективы использования биохимической энергии океанов.

Литература

8. Богданович П.Ф. и др. Основы энергосбережения: Уч.пособие. – Гродно: ГГАУ, 2007, с.69-71

10.1.5 Комплексное использование возобновляемых источников и аккумуляторов энергии

Тема 11.

Энергосбережение и экология

Тема 11.1 Экология энергоиспользования

11.1.1 1. Экологические проблемы, связанные с работой ТЭС, ТЭЦ, ГЭС, АЭС и транспорта

План

1. Экологические проблемы, связанные с работой ТЭС, ГЭС, транспорта

2. Специфические экологические проблемы ядерной энергетики

3. Парниковый эффект

4. Экологические эффекты энергосбережения

1. Традиционные способы выработки тепло- и электроэнергии в котельных и на ТЭС из первичных источников энергии, использование топлива в топливопотребляющих технологических установках сопряжены с разносторонним локальным и глобальным воздействием на окружающую среду.

Для обеспечения работы ТЭС привлекаются значительные природные ресурсы (топливо, вода, реагенты, строительные материалы). Через технологические (топливоснабжение) и естественнее (сток рек, воздушные течения, подземная фильтрация) связи их влияние передается на значительные расстояния и должно быть учтено, локализовано и максимально нейтрализовано.

Размеры площадок ТЭС достигают 3-4 км. На этой территории полностью изменяется рельеф местности, характеристики и распределение воздушных течений и поверхностногостока, нарушается почвенный слои, растительный покров, режим грунтовых вод. Эти изменения также производственные шумы и освещенность в ночное время приводят к нарушению экологического равновесия.

Выброс больших масс теплоты и влаги вызывает снижение солнечной освещенности,образование низкой облачности и туманов, моросящих дождей, инея, гололеда, обледенения дорог и конструкций. В теплое время года в результате испарения капель, достигших земли, возможно засоление почв.

Создание водохранилищ - охладителей для мощных электростанций с поверхностью 20–30 км2 приводит к перераспределению стока, изменению режима паводков, разливов, восполнения запасов грунтовых вод, условий разведения рыбы.

Сточные воды и ливневые стоки с территории ТЭС загрязняются отходами технологических циклов энергоустановок (нефтепродукты, шлаки, обмывочные воды). Их сброс в водоемы может оказаться гибельным для водных организмов, снижает способность водоема к самоочищению. Отрицательное влияние на природные условия оказывают золоотвалы – земля исключается из сельскохозяйственного оборота. Пыление золоотвалов приводит к гибели

растений.

В технологических циклах электростанций более 95% охлаждающей воды нагревается на 9-10°С, в водоемы сбрасывается большое количество теплоты, которая нарушает естественные условия существования экологических систем.

Газопылевые выбросы ТЭС загрязняют атмосферу углекислотой, золой, оксидами азота, сернистой и серной кислотой, что вызывает коррозию сооружений и оборудования, уменьшает солнечное облучение территории.

Среди основных направлений охраны окружающей среды от вредного воздействия ТЭС следует отметить применение природосберегающих технологий при генерации энергии. К их числу относятся технологии, которые увеличивают коэффициент использования топлива (ТЭЦ вместо КЭС, АЭС вместо ТЭС на органическом топливе) и соответственно уменьшают количество прямых (зола, шлак) и вторичных (обмывочные воды) загрязнений. К ним относятся различные способы деструктивной переработки топлив (получение метанола, синтезгаза, водорода и т.д.), позволяющие более полно произвести выделение потенциальных загрязнителей (серы) на ранних стадиях использования топлива. Сюда же относится применение замкнутых технологических циклов: полное использование золы ТЭС, получение из дымовых газов азота и технической серной кислоты, улавливание и последующее сжигание нефтемаслопродуктов из отходящих вод.

Эти методы относятся к активным способам защиты окружающей среды.

Пассивные способы предусматривают применение устройств, улавливающих загрязнения на конечных стадиях технологического процесса (золоуловители, очистные сооружения) или способствующих их разбавлению до концентраций, меньших предельно допустимых бвысокие дымовые трубы, шумопоглотители).

ГЭС также отрицательно воздействуют на окружающую среду.

Одним из основных источников загрязнения окружающей среды также является автотранспорт. Он использует 96 % всех производимых нефтепродуктов и выбрасывает затем в атмосферу тысячи тонн оксида углеводорода, оксида азота и других вредных веществ. Кроме того, эти вещества вместе с выбрасываемыми в атмосферу вредными веществами промышленных предприятий и при горении древесины содержат частицы размером менее 25,5 микрон, которые проникают в легкие и другие ткани, вызывая воспаление и формирование тромбов, которые оказывают крайне неблагоприятное воздействие на работу сердца, провоцируя развитие сердечных приступов: инфаркта и повышения давления. Автомобиль - самый крупный генератор шума и вибрации.

Автомобиль, являющийся символом современной цивилизации, принес не только благо для людей, но и неблагоприятное воздействие на окружающую среду. Но оно может быть уменьшено, если начнут выпускать автомобили с малым удельным расходом топлива, таким, например, как представил концерн «Volkswagen» - новый прототип самого экономичного автомобиля в мире, потребляющего лишь один литр дизельного топлива на 100 км пути.

Ныне в мире эксплуатируется около 600 млн. автомобилей, которые ежегодно потребляют свыше 1 млрд. т моторных топлив, в том числе более 600 млн. т автомобильных бензинов.

Вместе с разрабатываемыми в мире мерами по замене жидкого топлива из нефтепродуктов, используемого ныне в автомобилях, на альтернативные вилы топлива из растительного сырья, снижению удельных норм расхода топлива на 100 км пробега, во многих странах проводится большая работа по переводу автомобилей на газ в качестве моторного топлива. И если вдаваться в историю вопроса, то первый в мире двигатель внутреннего сгорания работал на газе. С изобретением бензина он вытеснил газ на полторы сотни лет. Но человечество

за это время пришло к мысли о пагубности для себя технологии сжигания моторного топлива из нефтепродуктов и превращения его в газ, в результате чего происходит колоссальное загрязнение окружающей среды, и начало возвращаться к использованию газа в качестве моторного топлива. В настоящее время в мире на метане работает порядка 1 млн. автомобилей, число которых стремительно растет и в скором времени обещает достигнуть 6,5 млн. В городах США, Канады и Западной Европы планируют в самые сжатые сроки полностью перевести муниципальный транспорт на газ. 36 регионов России заключили договоры с «Газпромом», в которых предусмотрен специальный пункт о переводе автотранспорта на газомоторное топливо. Активно работают в этом направлении и страны Азии: Южная Корея, Китай, Пакистан, Индия.

2. Специфические экологические проблемы ядерной энергетики

Дешевизна ядерного топлива в сравнении с обычным и необычайная простота физических и технических принципов реакторов деления позволяли рассчитывать на экономическую выгоду АЭС, а опыт реактора военного назначения и первых АЭС указал на их безопасность, достигаемую достаточно простыми инженерными мерами и высокой квалификацией персонала.

Однако эта уверенность была поколеблена большими авариями на АЭС в 70-е и 80-е годы и особенно Чернобыльской АЭС, что подчеркнуло вероятную природу проблемы безопасности. Поэтому некоторые страны или отказались от атомной энергии, или объявили мораторий на строительство новых АЭС (Австрия, Дания, Ирландия, Испания, Италия, Швеция). Перестали строить АЭС США, Канада, Англия, Германия.

После Чернобыля Россия тоже заморозила реализацию практически всех своих «атомных» проектов. Но в 2000 г. действующие АЭС Российской Федерации выработали 130,7 млрд. кВт • ч электроэнергии – значительно больше, чем в благополучном 1990 г. Темп роста выработки электроэнергии на АЭС в 3 раза выше, чем на тепловых станциях.

Выдержав «атомную паузу», в России решено достроить последний энергоблок на Калининской АЭС, расконсервировать незаконченное строительство всех 10 АЭС, начатое в годы советской власти, В ближайшее время эти объекты должны быть введены в эксплуатацию. И роль атомной энергетики в этой стране будет возрастать, что подтверждено на заседании Совета Министров Российской Федерации, прошедшем в середине мая 2001 г. К 2020 г. ее доля составит треть общего производства.

Принятые меры по совершенствованию конструкции и эксплуатации АЭС позволили снизить вероятность тяжелых аварий и продолжать эксплуатацию и строительство АЭС традиционных типов. Реально общая мощность всех АЭС в мире поставляет 352 ГВт.

В настоящее время строительство АЭС продолжают топливодефицитные Япония и Южная Корея, а также многие развивающиеся страны. К концу 2010 г. в Японии планируется построить от 16 до 25 АЭС. В настоящее время суммарная электрическая мощность всех энергоблоков АЭС Японии составляет около 45 000 МВт. Продолжают ранее начатое строительство и установку новых реакторов в Аргентине, Бразилии, Чехии, Украине, Иране, Словакии.

Во Франции первый ядерный реактор был сооружен в 1958 году, а в настоящее время эксплуатируется 58 ядерных энергоблоков, суммарная мощность которых достигла 63 ГВт.

На них производится 76 % всей вырабатываемой во Франции электроэнергии. Все ядерные реакторы имеют запланированный срок службы на менее 40 лет. Атомная энергетика Франции обеспечила стране около 100 000 рабочих мест, а при проведении плановопредупредительных работ на АЭС привлекаются еще примерно 100 000 специалистов из других отраслей.

Всего в мире по состоянию на I января 2001 года эксплуатировалось 436 ядерных энергоблоков на 247 АЭС, которые вырабатывали 17 % электроэнергии в мире. В некоторых странах АЭС составляют основу национальной энергетики. Это обусловливает тот факт, что ядерная энергетика обладает техническим и топливно-ресурсным потенциалом для внесения значительного вклада в ограничение выбросов, загрязняющих атмосферу, при выработке электроэнергии и энергообеспечении производства и быта людей.

В процессе работы АЭС образуются жидкие, газообразные, аэрозольные нетвердые радиоактивные отходы. Присутствие в этих отходах долгоживущих изотопов продолжительное время сохраняет их активность на достаточно высоком уровне. При эксплуатации АЭС осуществляется тщательный контроль за образованием радиоактивных отходов, а перед поступлением их во внешнюю среду устанавливается многобарьерная система фильтров и защитных устройств.

Твердыми отходами являются детали загрязненного радиоактивными веществами демонтированного оборудования, отработанные фильтры для очистки воздуха, сорбенты, спецодежда, мусор. Их захоронение осуществляется в специальных траншеях. Объем их может быть уменьшен прессованием или сжиганием при соответствующей очистке продуктов сгорания.

Радиоактивные воды АЭС перерабатываются с помощью спецводоочисток. Их принцип работы – испарение воды, осаждение твердой фазы и ионный обмен. Образующиеся концентраты и растворы реагентов направляются в хранилище жидких отходов.

Газовые и аэрозольные отходы подвергаются очистке на многоступенчатых фильтрах, выдержке в очистных устройствах и выбрасываются в атмосферу через высокие трубы (100–150м). Возможна также сорбция радиоактивных газовых составляющих активированным углем.

Для АЭС основным фактором радиационной опасности является внешнее ионизирующее излучение. С точки зрения радиационного загрязнения окружающей среды АЭС – более чистые по сравнению с угольными электростанциями: в угле содержатся естественные радиоактивные элементы – радий, торий, уран, полоний и др., которые вместе с золой выбрасываются в атмосферу (пылеугольная ТЭС мощностью 1200 МВт, потребляя 3,4 млн т угля в

год, выбрасывает в атмосферу ежегодно 130 тыс. т золы). Их активность составляет 100 мбэр/год, для АЭС аналогичной мощности величина радиоактивных выбросов – 0,5–1 мбэр/год.

Основной принцип при переработке и захоронении радиоактивных отходов заключается в их концентрировании в малых объемах с последующим вечным захоронением в таких местах, где обеспечивается полный радиоактивный распад вне контакта с биосферой (600 лет).

Отходы отверхдаются (битумируются и остекловываются) для связывания радиоактивных веществ. Последующее хранение – в герметических железобетонных емкостях или металлических контейнерах. Лучшими местами для захоронения являются заброшенные соляные копи (отсутствие воды, спокойные в сейсмическом отношении районы, большие объемы подземных пустот).

3. Парниковый эффект

Глобальное потепление является твердо установленным научным фактом. За последние 20-25 лет зафиксированное потепление составило 0,35°С. По прогнозам пик глобального потепления будет зафиксирован на уровне 1,5°С выше современного примерно через 200 лет.

Основной причиной глобальных процессов изменение климата на нашей планете являются существующие технологии, оказывающие негативное воздействие не только на климат, но и на здоровье людей, выбрасывая в атмосферу парниковые газы, которые обусловливают парниковый эффект.

Парниковый эффект – это свойство атмосферы пропускать солнечную радиацию, но задерживать земное излучение и тем самым способствовать аккумуляции тепла Землей, средняя температура которой в настоящее время составляет около 15°С. При данной температуре поверхность планеты и атмосфера находятся в тепловом равновесии.

До вмешательства человека в глобальные процессы Земли изменения, происходящие на ее поверхности и в атмосфере, были связаны с содержанием в природе газов, которые и были названы «парниковыми». К таким газам относятся: диоксид углерода, метан, оксид азота и водяной пар. В настоящее время к ним добавились антропогенные хлорфторуглероды (ХФУ). Без газового «одеяла», окутывающего Землю, температура на ее поверхности была бы ниже на 30 ... 40°С, что обусловило бы проблематичность существования живых организмов в таких условиях.

В результате техногенной деятельности человека некоторые парниковые газы увеличивают долю своего участия в общем балансе атмосферы. Это касается прежде всего углекислого газа, содержание которого из десятилетия в десятилетие неуклонно растет. Углекислый газ создает 50% парникового эффекта, на долю ХФУ приходится 15-20% и на долю метана - 18%.

В приложении к климатической Конвенции ООН названы технологические процессы, приводящие к эмиссии парниковых газов:

– в энергетике – сжигание топлива, энергетическая, обрабатывающая и строительная

промышленности;

– при добыче и транспортировке топлива – твердое топливо, нефть и природный газ;

– промышленные технологии – горнодобывающая, химическая, металлургическая, про-

изводство и использование галогенизированных углеродных соединений;

– в сельском хозяйстве – интенсивная ферментация, хранение и использование навоза,

производство риса, управляемый пал, сжигание сельскохозяйственных отходов;

– отходы – хранение и сжигание отходов, обработка сточных вод.

Основным загрязнителем атмосферы является СО2, образующийся при выработке электроэнергии в основном огневым способом, то есть путем сжигания добываемого органического топлива. Практически весь используемый Европой газ применяется в огневых технологиях. Евросоюз с населением 16 % от общего населения в мире является в настоящее время одним из загрязнителей мировой атмосферы (26%). На США приходится 20 % мировой эмиссии парниковых газов. Выброс парниковых газов при огневом энергопроизводстве составляет около 1,4 кг на 1 кВт*ч. Производство же электроэнергии на основе безэмиссионных технологий связано с их высокой стоимостью.

Большинство энерготехнологий, основанных на возобновляемых источниках, требуют больших затрат, в том числе и материальных. А они, в свою очередь, обусловливают повышенные энергозатраты, а значит, сопряжены с дополнительной эмиссией тех же парниковых газов.

Прекращение ввода в эксплуатацию АЭС в большинстве стран мира в связи с аварией на Чернобыльской АЭС резко увеличило нарастание эмиссии парниковых газов. А между тем, страны, производящие 19 % электроэнергии на АЭС, предотвращают эмиссию 540 млн.

4. Экологические эффекты энергосбережения

Как правило, любое энергосберегающее решение влечет за собой положительные экологические эффекты. Поэтому при принятии решений о целесообразности затрат на энергосберегающие мероприятия и определении их приоритетов необходимо производить количественную оценку экологических эффектов. Рассмотрим, в чем заключается значение энергосбережения для сохранения здоровья и среды обитания человека.

Первый эффект энергосбережения связан с возможностью не сооружать новые топливные базы, инфраструктуры топливообеспечення, энергопроизводящие источники, сети транспорта и распределения энергоносителей.

Вторым важнейшим экологическим эффектом энергосбережения является снижение антропогенных выбросов парниковых и загрязняющих газов за счет экономии энергии, внедрения новых энергосберегающих технологий и оборудования в производствах указанных отраслей экономики.

Третьим эффектом энергосбережения является сохранение гидросферы.

Вопросы для самопроверки

1. Перечислите основные экологические проблемы, связанные с работой ТЭС.

2. Какие направления охраны окружающей среды от вредного воздействия ТЭС Вы знаете?

3. Перечислите основные экологические проблемы, связанные с работой ГЭС, автомобильного транспорта, авиаперевозок.

4. Охарактеризуйте ситуацию по развитию атомной энергетики в мире.

5. Какие виды отходов образуются в процессе работы АЭС.

6. Каковы причины образования «парникового эффекта»?

7. Какие меры принимаются мировым сообществом по уменьшению воздействия человека на климат?

8. Назовите и охарактеризуйте эффекты энергосбережения