Zpět dopředu
Pozornost! Náhled snímku slouží pouze pro informační účely a nemusí představovat celý rozsah prezentace. Pokud vás tato práce zaujala, stáhněte si prosím plnou verzi.
Prezentace je doplňkovým materiálem pro lekce o rozvoji energie. Energetika každé země je základem rozvoje výrobních sil, vytváření materiální a technické základny společnosti. Prezentace reflektuje problémy a perspektivy všech druhů energií, perspektivních (nových) druhů energií, s využitím zkušeností muzejní pedagogiky, samostatné badatelské práce studentů (práce s časopisem Japan Today), tvůrčí práce studentů (plakáty). Prezentaci lze využít v hodinách zeměpisu v 9. a 10. ročníku, v mimoškolních aktivitách (hodiny ve volitelných, volitelných předmětech), při vedení Týdne zeměpisu „22. dubna – Den Země“, v hodinách ekologie a biologie „Globální problémy lidstva. Problém surovin a energie“.
Ve své práci jsem využila metodu problémového učení, která spočívala ve vytváření problémových situací pro žáky a jejich řešení v procesu společných aktivit žáků a učitelů. Přitom byla zohledněna maximální samostatnost žáků a pod všeobecným vedením učitele, který činnost žáků usměrňuje.
Problémové učení umožňuje nejen formovat u studentů potřebný systém znalostí, dovedností a schopností, dosáhnout vysoké úrovně rozvoje školáků, ale co je nejdůležitější, umožňuje vytvořit zvláštní styl duševní činnosti, výzkumnou činnost a samostatnost studentů. Při práci s touto prezentací studenti ukazují aktuální směr - badatelskou činnost školáků.
Průmysl sdružuje skupinu odvětví zabývajících se těžbou a přepravou paliv, výrobou energie a jejím předáním spotřebiteli.
Přírodní zdroje, které se používají k výrobě energie, jsou palivové zdroje, vodní zdroje, jaderná energie a také alternativní formy energie. Umístění většiny průmyslových odvětví závisí na vývoji elektřiny. Naše země má obrovské zásoby paliva - zdroje energie. Rusko bylo, je a bude jednou z předních světových energetických mocností. A to nejen proto, že podloží země obsahuje 12 % světových zásob uhlí, 13 % ropy a 36 % světových zásob zemního plynu, které stačí k plnému uspokojení vlastních potřeb a pro export do sousedních zemí. Rusko se stalo jednou z předních světových energetických mocností především díky vytvoření unikátního výrobního, vědeckého, technického a lidského potenciálu palivového a energetického komplexu.
Problém se surovinami
Minerální zdroje- primární zdroj, počáteční základ lidské civilizace téměř ve všech fázích jejího vývoje:
– Palivové minerály;
– rudné minerály;
- Nekovové minerály.
Dnešní spotřeba energie roste exponenciálně. I když vezmeme v úvahu, že tempo růstu spotřeby elektřiny se zdokonalováním energeticky úsporných technologií poněkud sníží, zásoby elektrosurovin vydrží maximálně 100 let. Situaci však zhoršuje rozpor mezi strukturou zásob a spotřebou bio surovin. 80 % zásob fosilních paliv tedy tvoří uhlí a pouze 20 % ropa a plyn, zatímco 8/10 moderní spotřeby energie tvoří ropa a plyn.
V důsledku toho je časový rámec ještě užší. Teprve dnes se však lidstvo zbavuje ideologických představ, že jsou prakticky nekonečné. Nerostné zdroje jsou omezené, prakticky nenahraditelné.
Energetický problém.
Dnes je energie světa založena na energetických zdrojích:
– hořlavé minerály;
– hořlavé organické fosilie;
- Energie řek. Netradiční druhy energie;
- Energie atomu.
Při současném tempu růstu nákladů na palivové zdroje Země je problém využívání obnovitelných zdrojů energie stále aktuálnější a charakterizuje energetickou a ekonomickou nezávislost státu.
Výhody a nevýhody TPP.
Výhody TPP:
1. Náklady na elektřinu ve vodních elektrárnách jsou velmi nízké;
2. Generátory HPP lze zapínat a vypínat dostatečně rychle v závislosti na spotřebě energie;
3. Žádné znečištění ovzduší.
Nevýhody TPP:
1. Výstavba vodní elektrárny může být delší a dražší než jiné zdroje energie;
2. Nádrže mohou pokrývat velké plochy;
3. Přehrady mohou poškodit rybolov blokováním cesty k místům tření.
Výhody a nevýhody HPP.
Výhody HPP:
– Postaveno rychle a levně;
– Práce v konstantním režimu;
– Umístěno téměř všude;
– Převaha tepelných elektráren v energetickém sektoru Ruské federace.
Nevýhody HPP:
– Spotřebujte velké množství paliva;
– Vyžaduje dlouhé zastavení během oprav;
– V atmosféře se ztrácí velké množství tepla, do atmosféry se uvolňuje velké množství pevných a škodlivých plynů;
– Hlavní látky znečišťující životní prostředí.
Ve struktuře výroby elektřiny ve světě patří první místo tepelným elektrárnám (TPP) - jejich podíl je 62 %.
Alternativou k fosilním palivům a obnovitelným zdrojům energie je vodní energie. Vodní elektrárna (HPP)- elektrárna využívající jako zdroj energie energii vodního proudu. Vodní elektrárny se obvykle staví na řekách výstavbou přehrad a nádrží. Vodní energie je výroba elektřiny pomocí obnovitelných zdrojů říční, přílivové a geotermální vody. Toto využívání obnovitelných vodních zdrojů zahrnuje zvládání povodní, posilování koryt řek, převádění vodních zdrojů do oblastí trpících suchem a zachování toků podzemních vod.
I zde je však zdroj energie značně omezený. Důvodem je skutečnost, že velké řeky jsou zpravidla daleko od průmyslových center nebo jsou jejich kapacity téměř zcela využity. Vodní energie, která v současnosti zajišťuje asi 10 % světové produkce energie, tedy nebude schopna toto číslo výrazně zvýšit.
Problémy a perspektivy jaderných elektráren
V Rusku dosahuje podíl jaderné energie 12 %. Zásoby těženého uranu v Rusku mají elektrický potenciál 15 bilionů. kWh, to je tolik, kolik dokážou vyrobit všechny naše elektrárny za 35 let. Dnes pouze jaderná energie
schopné drasticky a v krátké době oslabit fenomén skleníkového efektu. Aktuálním problémem je bezpečnost jaderných elektráren. Rok 2000 byl počátkem přechodu k zásadně novým přístupům ke standardizaci a zajišťování radiační bezpečnosti jaderných elektráren.
Za 40 let vývoje jaderné energetiky ve světě bylo postaveno asi 400 energetických bloků ve 26 zemích světa. Hlavními výhodami jaderné energetiky jsou vysoká konečná ziskovost a absence emisí zplodin hoření do atmosféry, hlavními nevýhodami jsou potenciální nebezpečí radioaktivní kontaminace životního prostředí štěpnými produkty jaderného paliva při havárii a problém zpracování použitého paliva. jaderné palivo.
Nekonvenční (alternativní energie)
1. Solární energie. Jedná se o využití slunečního záření k získání energie v jakékoli formě. Solární energie využívá obnovitelný zdroj energie a v budoucnu může být šetrná k životnímu prostředí.
Výhody solární energie:
– Veřejná dostupnost a nevyčerpatelnost zdroje;
– Teoreticky úplná bezpečnost pro životní prostředí.
Nevýhody solární energie:
– Tok sluneční energie na povrchu Země je velmi závislý na zeměpisné šířce a klimatu;
- Solární elektrárna nefunguje v noci a nepracuje dostatečně efektivně v ranním a večerním šeru;
Fotovoltaické články obsahují jedovaté látky jako olovo, kadmium, gallium, arsen atd. a na jejich výrobu se spotřebuje spousta dalších nebezpečných látek.
2. Větrná energie. Jedná se o energetický průmysl specializující se na využití větrné energie – kinetické energie vzdušných hmot v atmosféře. Protože větrná energie je důsledkem činnosti slunce, je klasifikována jako obnovitelná energie.
Perspektivy větrné energie.
Větrná energie je na vzestupu a na konci roku 2007 byla celková instalovaná kapacita všech větrných turbín 94,1 gigawattů, což je pětinásobný nárůst od roku 2000. Větrné elektrárny po celém světě vyrobily v roce 2007 asi 200 miliard kWh, což je asi 1,3 % světové spotřeby elektřiny. Pobřežní větrná farma Middelgrunden, poblíž Kodaně, Dánsko. V době výstavby byla největší na světě.
Příležitosti pro realizaci větrné energie v Rusku. V Rusku zůstávají dosavadní možnosti větrné energie prakticky nerealizované. Konzervativní přístup k budoucímu rozvoji palivového a energetického komplexu prakticky brání efektivnímu zavádění větrné energie, zejména v severních oblastech Ruska, jakož i ve stepní zóně jižního federálního okruhu a zejména v oblasti Volgograd .
3. Termonukleární energie. Slunce je přirozený termonukleární reaktor. Ještě zajímavější, i když poměrně vzdálená vyhlídka, je využití energie jaderné fúze. Termonukleární reaktory podle výpočtů spotřebují méně paliva na jednotku energie a jak toto palivo samotné (deuterium, lithium, helium-3), tak produkty jejich syntézy jsou neradioaktivní, a tudíž ekologické.
Perspektivy termonukleární energetiky. Tato oblast energetiky má obrovský potenciál, v současné době v rámci projektu „ITER“, do kterého je zapojena Evropa, Čína, Rusko, USA, Jižní Korea a Japonsko, staví Francie největší termonukleární reaktor, jehož účelem je která má posunout CNF (řízenou termonukleární fúzi) na novou úroveň. Dokončení stavby je plánováno na rok 2010.
4. Biopalivo, bioplyn. Biopalivo je palivo z biologických surovin, získané zpravidla jako výsledek zpracování stonků cukrové třtiny nebo semen řepky, kukuřice, sóji. Různá kapalná biopaliva (pro motory s vnitřním spalováním ethanol, metanol, bionafta) a plynné (bioplyn, vodík).
Druhy biopaliv:
– biometanol
- Bioetanol
– Biobutanol
– dimethylether
– Bionafta
– Bioplyn
– vodík
Na tento moment nejrozvinutější jsou bionafta a vodík.
5. Geotermální energie. Pod japonskými sopečnými ostrovy je ukryto obrovské množství geotermální energie, kterou lze využít extrakcí horké vody a páry. Výhoda: Při výrobě elektřiny vypouští asi 20krát méně oxidu uhličitého, čímž se snižuje jeho dopad na svět životní prostředí.
6. Energie vln, přílivů a toků. V Japonsku jsou nejdůležitějším zdrojem energie vlnové turbíny, které přeměňují vertikální pohyb oceánských vln na tlak vzduchu, který roztáčí turbíny elektrických generátorů. Na pobřeží Japonska bylo instalováno velké množství bójí, které využívají energii přílivu a odlivu. Takto se využívá energie oceánu k zajištění bezpečnosti námořní dopravy.
Obrovský potenciál solární energie by teoreticky mohl zajistit všechny světové energetické potřeby. Ale účinnost přeměny tepla na elektřinu je pouze 10%. To omezuje možnosti solární energie. Zásadní potíže nastávají také při analýze možností vytvoření vysokovýkonných generátorů využívajících větrnou energii, odlivy a odlivy, geotermální energii, bioplyn, rostlinná paliva atd. To vše vede k závěru, že možnosti uvažovaných tzv. „reprodukovatelných“ a relativně ekologicky šetrných energetických zdrojů jsou minimálně v relativně blízké budoucnosti omezené. I když efekt jejich použití při řešení jednotlivých problémů zásobování energií již může být docela působivý.
Samozřejmě panuje optimismus ohledně možností termojaderné energie a dalších účinných způsobů získávání energie, intenzivně studovaných vědou, ale v současném měřítku výroby energie. S praktickým rozvojem těchto možných zdrojů to bude vzhledem k vysoké kapitálové náročnosti a tomu odpovídající setrvačnosti při realizaci projektů trvat několik desetiletí.
Výzkumné práce studentů:
1. Zvláštní zpráva „Zelená energie“ pro budoucnost: „Japonsko je světovým lídrem ve výrobě solární elektřiny. 90 % solární energie vyrobené v Japonsku je generováno solárními panely v běžných domácnostech. Japonská vláda si v roce 2010 stanovila cíl získat přibližně 4,8 milionu kilowattů energie ze solárních panelů. Výroba elektřiny z biomasy v Japonsku. Z kuchyňského odpadu se uvolňuje metan. Tento plyn pohání motor, který vyrábí elektřinu, a navíc jsou vytvořeny příznivé podmínky pro ochranu životního prostředí.
Pro posouzení perspektiv tepelných elektráren je v první řadě nutné porozumět jejich výhodám a nevýhodám ve srovnání s jinými zdroji elektřiny.
Mezi výhody patří následující.
- 1. Na rozdíl od vodních elektráren tepelné elektrárny lze umístit relativně volně s ohledem na použité palivo. Plynové tepelné elektrárny lze postavit kdekoli, protože doprava plynu a topného oleje je relativně levná (ve srovnání s uhlím). V blízkosti zdrojů těžby uhlí je žádoucí umístit tepelné elektrárny na práškové uhlí. K dnešnímu dni se „uhelná“ tepelná energetika rozvinula a má výrazný regionální charakter.
- 2. Jednotkové náklady na instalovaný výkon (náklady na 1 kW instalovaného výkonu) a doba výstavby JE jsou mnohem kratší než u JE a JE.
- 3. Výroba elektřiny v tepelných elektrárnách na rozdíl od vodních elektráren nezávisí na ročním období a je dána pouze dodávkou paliva.
- 4. Plochy odcizení hospodářských pozemků pro tepelné elektrárny jsou výrazně menší než u jaderných elektráren a nelze je samozřejmě srovnávat s vodními elektrárnami, jejichž vliv na životní prostředí může být zdaleka regionální. Příkladem jsou kaskády vodních elektráren na řece. Volha a Dněpr.
- 5. V TPP lze spalovat téměř jakékoli palivo, včetně uhlí nejnižší kvality s příměsí popela, vody a horniny.
- 6. Na rozdíl od jaderných elektráren nejsou problémy s likvidací tepelných elektráren po skončení jejich životnosti. Infrastruktura tepelné elektrárny zpravidla výrazně „přežívá“ hlavní zařízení (kotle a turbíny) na ní instalované a budovy, turbínovou halu, vodovodní a palivové systémy atd., které tvoří většinu finanční prostředky, slouží po dlouhou dobu. Většina TPP vybudovaných za 80 let podle plánu GOELRO je stále v provozu a bude v provozu i po instalaci nových pokročilejších turbín a kotlů.
Spolu s těmito výhodami má TPP řadu nevýhod.
- 1. Tepelné elektrárny jsou ekologicky nejvíce „špinavé“ zdroje elektřiny, zejména ty, které pracují na kyselém palivu s vysokým obsahem popela. Pravda, říci, že jaderné elektrárny, které nemají stálé emise do atmosféry, ale vytvářejí neustálou hrozbu radioaktivní kontaminace a mají problémy se skladováním a zpracováním vyhořelého jaderného paliva, stejně jako s likvidací samotné jaderné elektrárny po skončení své životnosti, nebo vodní elektrárny, zaplavující obrovské plochy ekonomické půdy a měnící se regionální klima, jsou ekologicky „čistší“ je možné jen s výraznou mírou konvenčnosti.
- 2. Tradiční tepelné elektrárny mají relativně nízkou účinnost (lepší než jaderné elektrárny, ale mnohem horší než CCGT).
- 3. Na rozdíl od HPP se TPP téměř nepodílejí na pokrytí variabilní části denního rozvrhu elektrické zátěže.
- 4. Tepelné elektrárny jsou výrazně závislé na dodávkách paliva, často dováženého.
Přes všechny tyto nedostatky jsou tepelné elektrárny hlavními výrobci elektřiny ve většině zemí světa a zůstanou jím minimálně dalších 50 let.
Perspektivy výstavby výkonných kondenzačních tepelných elektráren úzce souvisí s typem používaného fosilního paliva. Přes velké výhody kapalného paliva (ropa, topný olej) jako nosiče energie (vysoký obsah kalorií, snadná přeprava) bude jeho použití v tepelných elektrárnách stále více snižováno nejen kvůli omezeným zásobám, ale také kvůli jeho velkým hodnotu jako surovinu pro petrochemický průmysl. Pro Rusko má značný význam i exportní hodnota kapalného paliva (ropy). Proto bude kapalné palivo (topný olej) na TPP využíváno buď jako záložní palivo na TPP na plynový olej, nebo jako pomocné palivo na TPP na práškové uhlí, které zajišťuje stabilní spalování uhelného prachu v kotli v určitých režimech.
Využití zemního plynu v tepelných elektrárnách s kondenzační parní turbínou je iracionální: k tomu by se měly používat užitkové elektrárny s kombinovaným cyklem založené na vysokoteplotních plynových turbínách.
Vzdálená perspektiva využití klasických parních turbínových tepelných elektráren jak v Rusku, tak v zahraničí je tedy spojena především s využíváním uhlí, zejména uhlí nízké kvality. To samozřejmě neznamená ukončení provozu plyno-olejových tepelných elektráren, které budou postupně nahrazovány PTU.
Moderní tepelné energetické systémy průmyslové podniky sestávají ze tří částí, objem a účinnost spotřeby paliv a energetických zdrojů závisí na účinnosti jejich vzájemného působení. Tyto části jsou:
zdroje energetických zdrojů, tzn. podniky vyrábějící požadované druhy energetických zdrojů;
systémy dopravy a distribuce energetických zdrojů mezi spotřebitele. Nejčastěji se jedná o tepelné a elektrické sítě; spotřebitelé energetických zdrojů.
Každý z účastníků systému výrobce - spotřebitel energetických zdrojů má své vlastní zařízení a vyznačuje se určitými ukazateli energetické a termodynamické účinnosti. V tomto případě často nastává situace, kdy jsou vysoké ukazatele účinnosti některých účastníků soustavy kompenzovány jinými, takže celková účinnost teplárenského systému se ukazuje jako nízká. Nejobtížnější fází je spotřeba energetických zdrojů.
Úroveň využití paliv a energetických zdrojů v domácím průmyslu ponechává mnoho přání. Průzkum v podnicích petrochemického průmyslu ukázal, že skutečná spotřeba energetických zdrojů převyšuje teoreticky požadovanou cca 1,7-2,6krát, tzn. cílené využití energetických zdrojů tvoří cca 43 % reálných nákladů na výrobní technologie. Tento stav je pozorován v podnicích chemického, gumárenského, potravinářského a potravinářského průmyslu, kde jsou tepelné sekundární zdroje nedostatečně nebo neefektivně využívány.
Do počtu VER, které se nepoužívají v průmyslové tepelné technice a tepelných energetických systémech podniku, patří především tepelné toky kapalin. (t< 90 0 С) и газов (t< 150 0 С) (см. табл. 1.8).
V současné době jsou známy poměrně efektivní vývoj, který umožňuje využít teplo takových parametrů přímo v průmyslovém zařízení. V souvislosti s nárůstem cen energetických zdrojů o ně roste zájem, zavádí se výroba rekuperačních jednotek a využití tepelných transformátorů, což nám umožňuje doufat v brzké zlepšení s využitím takových VER v průmysl.
Výpočty účinnosti energeticky úsporných opatření ukazují, že každá jednotka tepelné energie (1 J, 1 kcal) poskytuje ekvivalentní pětinásobnou úsporu přírodního paliva. V případech, kdy bylo možné najít nejúspěšnější řešení, dosáhly úspory přírodního paliva desetinásobné velikosti.
Hlavním důvodem je nedostatek mezistupňů těžby, obohacování, přeměny, dopravy palivových energetických zdrojů pro zajištění množství uspořených energetických zdrojů. Kapitálové investice do opatření na úsporu energie se ukazují být 2-3krát nižší než požadované kapitálové investice do těžby a souvisejících odvětví k získání ekvivalentního množství přírodního paliva.
Teplárenské a energetické soustavy velkoodběratelů jsou v rámci tradičně zavedeného přístupu uvažovány jediným způsobem - jako zdroj energetických zdrojů požadované kvality v požadovaném množství v souladu s požadavky technologických předpisů. Způsob provozu tepelných energetických systémů podléhá podmínkám diktovaným spotřebitelem. Tento přístup obvykle vede k chybným výpočtům při výběru zařízení a přijímání neefektivních rozhodnutí o organizaci tepelné techniky a tepelných energetických soustav, tzn. ke skrytému nebo zjevnému nadměrnému utrácení paliv a energetických zdrojů, což samozřejmě ovlivňuje cenu výrobků.
Zejména sezónnost má poměrně silný vliv na celkovou efektivitu spotřeby energie průmyslových podniků. V letním období bývá převis nabídky tepelné techniky VER a zároveň problémy spojené s nedostatečným objemem a kvalitou chladicích nosičů tepla v důsledku zvýšení teploty cirkulační vody. V období nízkých venkovních teplot dochází naopak k nadměrnému výdeji tepelné energie spojenému s nárůstem podílu tepelných ztrát venkovními ploty, což je velmi obtížně zjistitelné.
Moderní tepelné a energetické systémy by tedy měly být vyvíjeny nebo modernizovány v organickém vztahu s průmyslovou tepelnou technologií, s přihlédnutím k časovým harmonogramům a provozním režimům jak bloků - spotřebitelů ER, tak bloků, které jsou zase zdroji VER. . Hlavní úkoly průmyslové tepelné energetiky jsou:
zajištění bilance energetických zdrojů požadovaných parametrů kdykoliv pro spolehlivý a hospodárný provoz jednotlivých bloků a výrobní sdružení obvykle; optimální volba nosičů energie z hlediska termofyzikálních a termodynamických parametrů;
stanovení nomenklatury a způsobů provozování rezervních a akumulačních zdrojů energetických zdrojů, jakož i alternativních odběratelů VER při jejich přebytku; identifikace rezerv pro zvýšení energetické účinnosti výroby na současné úrovni technický rozvoj a v daleké budoucnosti.
V budoucnu se PP TPP jeví jako komplexní energeticko-technologický komplex, ve kterém jsou energetika a technologické toky úzce propojeny. Spotřebiteli palivových a energetických zdrojů přitom mohou být zdroji druhotné energie pro technologická zařízení dané výroby, externím spotřebitelem nebo užitkovými elektrárnami, které vyrábějí jiné druhy energetických zdrojů.
Měrná spotřeba tepla na výkon průmyslové výroby se pohybuje od jednoho do desítek gigajoulů na tunu finálního produktu v závislosti na instalovaném výkonu zařízení, charakteru technologického procesu, tepelných ztrátách a rovnoměrnosti harmonogramu spotřeby. Nejatraktivnější jsou přitom opatření zaměřená na zlepšení energetické účinnosti stávajících průmyslových odvětví a nezavádějící výrazné změny ve způsobu provozu hl. technologické vybavení. Nejatraktivnější je organizace uzavřených systémů zásobování teplem na základě odběrných závodů, jejichž podniky mají vysoký podíl spotřeba středotlaké a nízkotlaké páry a horké vody.
Většina podniků se vyznačuje značnými ztrátami tepla dodávaného do systému ve výměnících tepla chlazených cirkulující vodou nebo vzduchem - v kondenzátorech, chladičích, lednicích atd. Za takových podmínek je účelné organizovat centralizované a skupinové systémy s mezilehlým chladivem za účelem rekuperace odpadního tepla. To umožní připojit četné zdroje a spotřebiče v rámci celého podniku nebo vyhrazené jednotky a zajistit teplou vodu požadovaných parametrů pro průmyslové a sanitární spotřebitele.
Uzavřené systémy zásobování teplem jsou jedním z hlavních prvků bezodpadového provozu výrobních systémů. Rekuperací tepla nízkých parametrů a jeho přeměnou na požadovanou teplotní úroveň lze vrátit značnou část energetických zdrojů, které jsou obvykle vypouštěny do atmosféry přímo nebo pomocí cirkulačních vodovodních systémů.
V technologických systémech využívajících páru a horkou vodu jako nosiče energie jsou teplota a tlak přiváděného a odváděného tepla v chladicích procesech stejné. Množství uvolněného tepla může dokonce překročit množství tepla vneseného do systému, protože chladicí procesy jsou obvykle doprovázeny změnou stavu agregace látky. Za takových podmínek je možné organizovat využití centralizovaných nebo lokálních systémů tepelných čerpadel, které umožňují rekuperaci až 70 % tepla vynaloženého v instalacích spotřebovávajících teplo.
Takové systémy jsou široce používány v USA, Německu, Japonsku a dalších zemích, ale u nás není jejich tvorbě věnována dostatečná pozornost, i když je znám teoretický vývoj uskutečněný ve 30. letech minulého století. V současné době se situace mění a instalace tepelných čerpadel se začínají zavádět jak do systémů zásobování teplem bytů, tak komunálních služeb a průmyslových objektů.
Jedním z efektivních řešení je organizace systémů chlazení odpadů na bázi absorpčních tepelných transformátorů (ATT). Průmyslové chladicí systémy jsou založeny na parokompresních chladicích jednotkách a spotřeba elektrické energie na výrobu chladu dosahuje 15-20 % její celkové spotřeby v celém podniku. Absorpční tepelné transformátory jako alternativní zdroje chladu mají některé výhody, zejména:
k pohonu ATT lze využít nízkopotenciální teplo procesní vody, spalin nebo nízkotlaké výfukové páry;
při stejném složení zařízení je ATT schopen pracovat jak v režimu dodávky chladu, tak v režimu tepelného čerpadla pro dodávku tepla.
Systémy zásobování vzduchem a chladem průmyslového podniku nemají významný vliv na zásobování SER a lze je při vývoji recyklačních opatření považovat za spotřebitele tepla.
V budoucnu bychom měli očekávat vznik zásadně nových bezodpadových průmyslových technologií vytvořených na bázi uzavřených výrobní cykly, a také výrazné zvýšení podílu elektřiny ve struktuře spotřeby energie.
Růst spotřeby elektřiny v průmyslu bude spojen především s rozvojem levných zdrojů energie - rychlých neutronových reaktorů, termonukleárních reaktorů apod.
Zároveň bychom měli očekávat zhoršení ekologické situace spojené s globálním přehříváním planety v důsledku zesilování „tepelného znečištění“ – růstu tepelných emisí do atmosféry.
Kontrolní otázky a úkoly k tématu 1
1. Jaké typy nosičů energie se používají k provádění hlavních technologických procesů v oddělení pyrolýzy, jakož i ve fázi izolace a separace reakčních produktů při výrobě etylenu?
2. Popište vstupní a výstupní části energetické bilance pyrolýzní pece. Jak je ovlivnila organizace ohřevu napájecí vody?
3. Popište strukturu energetických nákladů při výrobě isoprenu metodou dvoustupňové dehydrogenace. Jaký podíl z toho tvoří spotřeba studené a recyklované vody?
4. Analyzujte strukturu tepelné bilance pro výrobu syntetického ethylalkoholu metodou přímé hydratace etylenu. Uveďte položky výdajové části bilance, které se týkají ztráty tepelné energie.
5. Vysvětlete, proč je tepelná technologie základny TAC klasifikována jako nízkoteplotní.
6. Jaké charakteristiky umožňují hodnotit rovnoměrnost tepelných zátěží v průběhu roku?
7. Uveďte příklady průmyslových technologií, které patří do druhé skupiny z hlediska podílu spotřeby tepla pro vlastní potřebu.
8. Podle denního harmonogramu spotřeby páry v petrochemickém závodě určete její maximální a minimální hodnoty a porovnejte je. Popište měsíční harmonogram spotřeby tepla petrochemického podniku.
9. Co vysvětluje nerovnoměrné roční harmonogramy tepelné zátěže průmyslových podniků?
10. Porovnejte grafy ročního zatížení strojírenských podniků a chemických závodů a formulujte závěry.
11. Měl by být hořlavý výrobní odpad vždy považován za druhotné energetické zdroje?
12. Popište strukturu spotřeby tepla v průmyslu s přihlédnutím k teplotní úrovni absorpce tepla.
13. Vysvětlete princip stanovení dostupného množství tepla VER spalin odesílaných do kotlů na odpadní teplo.
14. Jaká je ekvivalentní úspora přírodního paliva úsporou jednotky tepla ve fázi spotřeby a proč?
15. Porovnejte výtěžky VER při výrobě butadienu dvoustupňovou dehydrogenací n-butan a způsob kontaktního rozkladu lihu (viz tabulka P.1.1).
Tabulka P.l.l
Druhotné energetické zdroje petrochemického průmyslu
Elektroenergetika, stejně jako jiná odvětví, má své problémy a perspektivu rozvoje.
V současné době je ruská energetika v krizi. Pojem „energetická krize“ lze definovat jako stav napětí, který se vyvinul v důsledku nesouladu mezi potřebami moderní společnosti na energii a energetické zásoby, a to i v důsledku iracionální struktury jejich spotřeby.
V Rusku se v současnosti rozlišuje 10 skupin nejpalčivější problémy:
- jeden). Přítomnost velkého podílu fyzicky a morálně zastaralého vybavení. Růst podílu fyzicky opotřebovaných prostředků vede k nárůstu nehodovosti, častým opravám a snížení spolehlivosti dodávek energie, což je umocněno nadměrnou zátěží produkční kapacita a nedostatečné rezervy. Opotřebení zařízení je dnes jedním z nejdůležitějších problémů v elektroenergetice. V ruských elektrárnách je to velmi velké. Přítomnost velkého podílu fyzicky i morálně zastaralých zařízení komplikuje situaci se zajištěním bezpečnosti elektráren. Asi jedna pětina výrobních aktiv v elektroenergetice se blíží nebo překročily návrhovou životnost a vyžadují rekonstrukci nebo výměnu. Vybavení je modernizováno nepřijatelně pomalým tempem a ve zjevně nedostatečném objemu (tabulka).
- 2). Hlavním problémem energetiky je také to, že spolu s metalurgií železných a neželezných kovů má energie silný negativní dopad na životní prostředí. Energetické společnosti tvoří 25 % všech průmyslových emisí.
V roce 2000 činily emise škodlivých látek do ovzduší 3,9 tuny, včetně emisí z tepelných elektráren - 3,5 mil. tun. Oxid siřičitý tvoří až 40 % celkových emisí, pevné látky - 30 %, oxidy dusíku - 24 %. To znamená, že TPP jsou hlavní příčinou tvorby kyselých zbytků.
Největšími látkami znečišťujícími ovzduší jsou Raftinskaya GRES (Asbest, Sverdlovská oblast) - 360 tisíc tun, Novočerkassk (Novočerkassk, Rostovská oblast) - 122 tisíc tun, Troitskaja (Troitsk-5, Čeljabinská oblast) - 103 tisíc tun, Verchnětagilskaja (Sverdlovská oblast) - 72 tisíc tun.
Energetický průmysl je také největším spotřebitelem sladké a mořské vody, která se používá pro chlazení jednotek a jako nosič tepla. Průmysl představuje 77 % celkového objemu sladké vody používané ruským průmyslem.
Hlasitost odpadní voda, vypouštěných průmyslovými podniky do útvarů povrchových vod, v roce 2000 činil 26,8 mld. m3. m. (o 5,3 % více než v roce 1999). Největším zdrojem znečištění vod jsou tepelné elektrárny, zatímco státní okresní elektrárny jsou hlavním zdrojem znečištění ovzduší. Jedná se o CHPP-2 (Vladivostok) - 258 milionů metrů krychlových. m, Bezymyanskaya CHPP (region Samara) - 92 milionů metrů krychlových. m, CHPP-1 (Jaroslavl) - 65 milionů metrů krychlových. m, CHPP-10 (Angarsk, Irkutská oblast) - 54 milionů metrů krychlových. m, CHPP-15 a Pervomaiskaya CHPP (Petrohrad) - celkem 81 milionů metrů krychlových. m
V energetice také vzniká velké množství toxického odpadu (struska, popel). V roce 2000 činil objem toxického odpadu 8,2 mil. tun.
Kromě znečištění ovzduší a vody znečišťují půdu energetické podniky, vodní elektrárny mají silný vliv na režim řek, říčních a lužních ekosystémů.
- 3). Přísná tarifní politika. V elektroenergetice se objevují otázky o hospodárném využívání energie a tarifech za ni. Můžeme hovořit o nutnosti šetřit vyrobenou elektrickou energii. V současnosti totiž země spotřebuje 3x více energie na jednotku produkce než ve Spojených státech. Tato oblast má být velká práce. Tarify za energie naopak rostou rychlejším tempem. Tarify platné v Rusku a jejich korelace neodpovídají světové a evropské praxi. Stávající tarifní politika vedla k nerentabilním aktivitám a nízké ziskovosti řady AO-energů.
- čtyři). Řada okresů má již nyní potíže se zajištěním elektřiny. Spolu s centrálním regionem je nedostatek elektřiny v centrálních černozemských, Volžsko-Vjatských a Severozápadních ekonomických regionech. Například ve Středohospodářském regionu se v roce 1995 vyrobilo obrovské množství elektřiny – 19 % celoruských ukazatelů (154,7 miliardy kW), ale všechna se spotřebuje v rámci regionu.
- 5). Zvýšení výkonu je sníženo. Důvodem je nekvalitní palivo, amortizace zařízení, práce na zlepšení bezpečnosti jednotek a řada dalších důvodů. Neúplné využití kapacity VE je způsobeno nízkým obsahem vody v řekách. V současné době již 16 % kapacit ruských elektráren svůj zdroj vyčerpalo. Z toho vodní elektrárny tvoří 65%, tepelné elektrárny - 35%. Uvedení nových kapacit do provozu se snížilo na 0,6-1,5 milionu kWh ročně (1990-2000) ve srovnání s 6-7 miliony kWh ročně (1976-1985).
- 6). Výsledný odpor veřejnosti a místní úřadyúřady, aby lokalizovaly elektrická zařízení kvůli jejich extrémně nízké ekologické bezpečnosti. Zejména po černobylské katastrofě bylo mnoho průzkumných prací, výstavby a rozšiřování jaderných elektráren na 39 místech z celkového počtu konstrukční kapacita 109 milionů kW.
- 7). neplacení, a to jak ze strany odběratelů elektřiny, tak ze strany energetických společností za palivo, zařízení apod.;
- osm). Nedostatek investic spojený jak s pokračující tarifní politikou, tak s finanční „neprůhledností“ odvětví. Největší západní strategičtí investoři jsou připraveni investovat do ruské elektroenergetiky pouze za podmínky zvýšení tarifů, aby byla zajištěna návratnost investic.
- 9). Přerušení dodávek energie v určitých regionech, zejména v Primorye;
- deset). Nízký koeficient užitečného využití energetických zdrojů. To znamená, že každý rok se ztrácí 57 % energetických zdrojů. K většině ztrát dochází v elektrárnách, v motorech, které přímo využívají palivo, a také v technologických postupů kde palivo slouží jako surovina. Při přepravě paliva také dochází k velkým ztrátám energetických zdrojů.
Pokud jde o vyhlídky rozvoje energetiky v Rusku, pak má energetika přes všechny své problémy dostatečnou perspektivu.
Například provoz tepelných elektráren vyžaduje těžbu obrovského množství neobnovitelných zdrojů, má spíše nízkou účinnost a vede ke znečištění životního prostředí. V Rusku pracují tepelné elektrárny na topný olej, plyn a uhlí. Regionální energetické společnosti s vysokým podílem plynu ve struktuře palivové bilance jsou však v této fázi atraktivní jako efektivnější a ekologičtější palivo. Zejména lze poznamenat, že plynové elektrárny vypouštějí do atmosféry o 40 % méně oxidu uhličitého. Čerpací stanice mají navíc vyšší faktor využití instalovaného výkonu ve srovnání s mazutovými a uhelnými stanicemi, mají stabilnější dodávku tepla a nevznikají náklady na skladování paliva. Plynové stanice jsou v lepším stavu než uhelné a naftové, protože byly uvedeny do provozu poměrně nedávno. Stejně tak ceny plynu reguluje stát. Slibnější se tak stává výstavba tepelných elektráren poháněných plynem. Také na TPP je perspektivní použití odprašovacích zařízení s co nejvyšší účinností při využití vzniklého popela jako suroviny při výrobě stavebních hmot.
Stavba vodní elektrárny zase vyžaduje zatopení velkého množství úrodné půdy nebo v důsledku tlaku vody na zemskou kůru může vodní elektrárna způsobit zemětřesení. Navíc se v řekách snižují stavy ryb. Výstavba relativně malých vodních elektráren, které nevyžadují vážné kapitálové investice, fungující v automatický režim hlavně v horských oblastech, stejně jako hráze nádrží k uvolnění úrodné půdy.
V oblasti jaderné energetiky má výstavba jaderné elektrárny určité riziko z toho důvodu, že je obtížné předvídat rozsah důsledků ztížení provozu jaderných bloků nebo za okolností vyšší moci. Rovněž není vyřešen problém ukládání pevných radioaktivních odpadů a systém ochrany je rovněž nedokonalý. Největší perspektivu v rozvoji termojaderných elektráren má jaderná energetika. Je to téměř věčný zdroj energie, téměř neškodný pro životní prostředí. Rozvoj jaderné energetiky v blízké budoucnosti bude založen na bezpečném provozu stávajících kapacit s postupnou výměnou bloků první generace za nejmodernější ruské reaktory. K největšímu očekávanému nárůstu kapacity dojde z důvodu dokončení výstavby již zahájených stanic.
Existují 2 protichůdné koncepce další existence jaderné energetiky v zemi.
- 1. Úředník, který je podporován prezidentem a vládou. Na základě kladných vlastností jaderných elektráren navrhují program pro široký rozvoj ruské elektroenergetiky.
- 2. Ekologické, v čele s akademikem Jablokovem. Zastánci této koncepce zcela odmítají možnost nové výstavby jaderné elektrárny z ekologických i ekonomických důvodů.
Existují také přechodné koncepty. Řada odborníků se například domnívá, že je nutné zavést moratorium na výstavbu jaderných elektráren na základě nedostatků jaderných elektráren. Jiní naznačují, že zastavení rozvoje jaderné energetiky může vést k tomu, že Rusko zcela ztratí svůj vědecký, technický a průmyslový potenciál v jaderné energetice.
Na základě všech negativních dopadů tradiční energetiky na životní prostředí je velká pozornost věnována studiu možností využití netradičních, alternativních zdrojů energie. Energie přílivu a odlivu a vnitřní teplo Země již našly praktické uplatnění. Větrné elektrárny jsou k dispozici v obytných oblastech Dálného severu. Probíhají práce na studiu možnosti využití biomasy jako zdroje energie. Sluneční energie bude v budoucnu pravděpodobně hrát obrovskou roli.
Zkušenosti s rozvojem domácího elektroenergetiky se vyvinuly následovně zásady umístění a fungování podniků toto odvětví:
- 1. koncentrace výroby elektřiny ve velkých regionálních elektrárnách využívajících relativně levné palivové a energetické zdroje;
- 2. kombinování výroby elektřiny a tepla pro vytápění sídel, především měst;
- 3. široký rozvoj vodních zdrojů s přihlédnutím k integrovanému řešení problémů v elektroenergetice, dopravě a vodárenství;
- 4. potřeba rozvoje jaderné energetiky, zejména v oblastech s napjatou palivovou a energetickou bilancí, s přihlédnutím k bezpečnosti využívání jaderných elektráren;
- 5. vytváření energetických systémů, které tvoří jednotnou vysokonapěťovou síť země.
V tuto chvíli Rusko potřebuje novou energetickou politiku, která by byla dostatečně flexibilní a poskytovala by všechny rysy tohoto odvětví, včetně specifik lokality. Tak jako hlavní úkoly rozvoje ruské energetiky lze rozlišit následující:
l Snižování energetické náročnosti výroby.
ь Zachování integrity a rozvoje Jednotného energetického systému Ruska, jeho integrace s ostatními energetickými sdruženími na euroasijském kontinentu;
ь Zvýšení účiníku elektráren, zvýšení efektivity fungování a zajištění udržitelného rozvoje elektroenergetiky založené na moderních technologiích;
b Úplný přechod na tržní vztahy, uvolnění cen energií, úplný přechod na světové ceny.
l Rychlá obnova parku elektráren.
ь Přivedení ekologických parametrů elektráren na úroveň světových standardů, snížení škodlivých dopadů na životní prostředí
Na základě těchto úkolů bylo vytvořeno „Obecné schéma umístění elektroenergetických zařízení do roku 2020“, schválené vládou Ruské federace. (schéma 2)
Prioritami obecného schématu v rámci stanovených směrnic pro dlouhodobou státní politiku v elektroenergetice jsou:
l pokrokový rozvoj elektroenergetiky, vytvoření ekonomicky odůvodněné struktury výrobních kapacit a zařízení elektrické sítě v ní pro spolehlivé zásobování odběratelů v zemi elektrickou a tepelnou energií;
ь optimalizace palivové bilance elektroenergetiky maximálním využitím potenciálu pro rozvoj jaderných, hydraulických i uhelných tepelných elektráren a snížením palivové bilance plynárenství;
ь vytvoření síťové infrastruktury, která se rozvíjí rychlejším tempem než rozvoj elektráren a poskytuje plná účast energetické společnosti a spotřebitele ve fungování trhu elektrická energie a kapacity, posílení propojení, která zaručují spolehlivost vzájemných dodávek elektřiny a kapacity mezi regiony Ruska, jakož i možnost exportu elektřiny;
h minimalizace jednotkové náklady palivo pro výrobu elektrické a tepelné energie zavedením moderních vysoce úsporných zařízení pracujících na pevná a plynná paliva;
l snížení člověkem způsobeného vlivu elektráren na životní prostředí tím efektivní využití palivové a energetické zdroje, optimalizace výrobní struktura průmyslu, technologické dovybavení a vyřazení zastaralých zařízení, zvýšení objemu opatření na ochranu životního prostředí na elektrárnách, realizace programů rozvoje a využití obnovitelných zdrojů energie.
Podle výsledků monitoringu vládě Ruská Federace předkládá se výroční zpráva o pokroku v provádění obecného systému. Za pár let se ukáže, jak je efektivní a jak moc jsou jeho ustanovení implementována, aby byly využity všechny vyhlídky rozvoje ruského energetického sektoru.
Rusko by mělo v budoucnu upustit od výstavby nových velkých tepelných a hydraulických stanic, které vyžadují obrovské investice a vytvářejí ekologické napětí. V odlehlých severních a východních regionech se plánuje výstavba tepelné elektrárny malého a středního výkonu a malých jaderných elektráren. Na Dálném východě se počítá s rozvojem vodní energie prostřednictvím výstavby kaskády středních a malých vodních elektráren. Nové tepelné elektrárny se budou stavět na plyn a pouze v Kansko-ačinské pánvi se plánuje výstavba výkonných kondenzačních elektráren kvůli levné povrchové těžbě uhlí. Má vyhlídky na využití geotermální energie. Oblasti nejslibnější pro široké využití termálních vod jsou západní a východní Sibiř, dále Kamčatka, Čukotka, Sachalin. V budoucnu bude rozsah využívání termálních vod neustále narůstat. Probíhá výzkum zapojení nevyčerpatelných zdrojů energie, jako je energie Slunce, větru, přílivu a odlivu, do ekonomického oběhu, což umožní šetřit energetické zdroje v zemi, zejména minerální palivo.
Na začátku 21. století se problematika modernizace a rozvoje ruského energetického sektoru extrémně vyostřila, s přihlédnutím k následujícím faktorům:
Odpisy zařízení elektráren, tepelných a energetických sítí do konce prvního desetiletí mohly přesáhnout 50 %, což znamenalo, že do roku 2020 by odpisy mohly dosáhnout 90 %;
Technické a ekonomické charakteristiky výroby a dopravy energie jsou plné četných oblastí neproduktivních nákladů na primární energetické zdroje;
Úroveň vybavení energetických zařízení automatizací, ochranou a informatikou je na úrovni výrazně nižší než u energetických zařízení v západní Evropě a USA;
Primární energetický zdroj v TPP v Rusku je využíván s účinností nepřesahující 32 - 33 %, na rozdíl od zemí, které využívají Hi-tech parní energetický cyklus s účinností až 50 % a vyšší;
Již v prvních pěti letech 21. století, kdy se ruská ekonomika stabilizovala, bylo zřejmé, že energetický sektor se může změnit z „lokomotivy“ ekonomiky v „překážkovou dráhu“. V roce 2005 se energetický systém moskevské oblasti stal vzácným;
Hledání prostředků na modernizaci a rozvoj energetické základny Ruska v tržní ekonomice a reformu energetického sektoru na tržních principech.
Za těchto podmínek vzniklo několik programů, ale jejich doplňování a „vývoj“ pokračuje.
Zde je jeden z programů vzniklých na konci minulého století (tabulka 6).
Tabulka 6. Uvedení kapacit elektráren do provozu, mil. kW.
Tabulka 7. Investiční potřeby elektroenergetiky, miliardy dolarů
Závažnost stavu zásobování energií ruské ekonomiky a sociální sféra podle specialistů RAO "UES of Russia" to ilustruje vznik regionů s nedostatkem energie (během podzimního a zimního období maximálního zatížení spotřeby).
Tak vznikl energetický program GOELRO-2. Je třeba poznamenat, že různé zdroje uvádějí navzájem výrazně odlišné údaje. Proto v předchozích tabulkách (tabulka 6, tabulka 7) uvádíme maximum ze zveřejněných ukazatelů. Je zřejmé, že tuto „stropní“ úroveň předpovědí lze použít jako vodítko.
Klíčové oblasti by měly zahrnovat:
1. Orientace na vznik tepelných elektráren na tuhá paliva. S tím, jak se ceny zemního plynu dostaly na světovou úroveň, budou tepelné elektrárny na tuhá paliva ekonomicky opodstatněné. Moderní metody spalování uhlí (v cirkulačním fluidním loži) a následně uhelné technologie kombinovaného cyklu s předzplyňováním uhlí nebo jeho spalováním v tlakových fluidních kotlích činí tepelné elektrárny na tuhá paliva konkurenceschopné na „trhu“ tepelných elektráren budoucnost.
2. Použití „drahého“ zemního plynu na nově budovaných TPP bude opodstatněné pouze při využití elektráren s kombinovaným cyklem, jakož i při vytváření mini TPP na bázi plynových turbín apod.
3. Technické převybavení stávající TPP vzhledem k rostoucímu fyzickému a morálnímu znehodnocení zůstane prioritou. Je třeba poznamenat, že při výměně součástí a sestav je možné zavést dokonalá technická řešení, a to i v otázkách automatizace a informatiky.
4. Rozvoj jaderné energetiky v blízké budoucnosti je spojen s dokončením výstavby vysoce disponibilních bloků a také s prací na prodloužení životnosti jaderných elektráren na ekonomicky odůvodněnou dobu. V dlouhodobějším horizontu by zprovozňování kapacit jaderných elektráren mělo probíhat výměnou demontovaných bloků za bloky nové generace splňující moderní požadavky bezpečnostní.
Budoucí rozvoj jaderné energetiky je dán řešením řady problémů, z nichž hlavními jsou dosažení úplné bezpečnosti stávajících i nových jaderných elektráren, odstavování jaderných elektráren s vyčerpanou životností a zajištění ekonomická konkurenceschopnost jaderné energetiky ve srovnání s alternativními energetickými technologiemi.
5. Významný směr v elektroenergetice pro moderní podmínky je rozvoj sítě distribuovaných výrobních kapacit výstavbou malých elektráren, především malokapacitních KVET s CCGT a GTU
