Энергосберегающие технологии в АПК

По функциональному  назначению линии электропередачи  можно разделить на две большие группы: межсистемные и распределительные.

Межсистемные линии электропередачи выполняют функцию транспорта энергии между энергосистемами и отдельными предприятиями. Это обычно линии высокого напряжения — 750 кВ, 500 кВ, 330 кВ, 220 кВ, редко—110 кВ.

Распределительные линии доводят энергию до потребителей. Это обычно линии 6—10 кВ, 35 кВ, реже 110 кВ, если потребителями являются предприятия промышленности, транспорта, сельского хозяйства и т.д. Для коммунально-бытовых потребителей распределительные линии бывают напряжением 220 В, 380 В, 6—10 кВ.

Обслуживанием линий электропередачи и подстанций занимаются предприятия электрических сетей (ПЭС). Предприятия электрических сетей, обслуживающие магистральные сети₅ выделены в самостоятельное крупное объединение Магистральных электросетей (МЭС). Электрические подстанции представляют собой довольно сложный комплекс оборудования, требующий квалифицированного обслуживания. Здесь установлены электрические трансформаторы разного напряжения и мощности — от десятков до сотен киловольт-ампер (кВА), высоковольтные выключатели, реакторы (аппараты, компенсирующие токи короткого замыкания), разъединители и др.

Для эксплуатации распределительных сетей создается  несколько типов предприятий: предприятия электросетей (ПЭС)₅ входящие в состав энергосистем; предприятия-перепродавцы, находящиеся на полном хозрасчете; предприятия электросетей — перепродавцы, обслуживающие небольшие города и населенные пункты и покупающие энергию у энергосистем. В ведении этих предприятий находятся также трансформаторные подстанции (ТП) и распределительные устройства (РГТ). Они трансформируют электроэнергию с высокого (110, 35,6—10 кВ) на низкое, потребительское, напряжение (220—380 В) и распределяют ее в районах и микрорайонах города для жилых и общественных зданий.

 

 

Предприятия тепловых сетей (ПТС) также эксплуатируют магистральные и распределительные паро- и теплопроводы в городах и на-селенных пунктах. Как правило, крупные ПТС, входящие в состав энергосистем, покупают тепло у городских ТЭЦ и крупных отопительных котельных и продают его местным (муниципальным) предприятиям и другим подразделениям городского хозяйства. При муниципалитетах часто создаются свои энергетические учреждения — Дирекции городских котельных, занимающиеся эксплуатацией как источников теплоснабжения (котельных, редко — ТЭЦ), так и тепловых распределительных сетей.

Другие подразделения  энергосистем занимаются обслуживанием электростанций и сетевых предприятий, а также управляют процессами производства, передачи, распределения и потребления энергии.

Энергетические ресурсы

1. КЛАССИФИКАЦИЯ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ РЕСУРСОВ

Энергетический ресурс — это запасы энергии, которые при данном уровне техники могут быть использованы для энергоснабжения. Это широкое понятие относится к любому звену «энергетической цепочки», к любой стадии энергетического потока на пути от природного источника до стадии потребления энергии.

Энергоресурсы классифицируются в зависимости  от целей и задач классификации. Если за основу взять стадии энергетического потока, то можно рассматривать следующие виды энергетических ресурсов, энергии и энергоносителей:

— природные энергетические ресурсы, которые, в свою очередь подразделяются на: т о п л и в н ы е: органическое топливо — уголь, нефть, газ, сланцы, торф, дрова и некоторые другие (например, битуминозные пески); расщепляющиеся материалы (ядерное горючее) — уран-235 и 238; нетопливные: гидроэнергия, энергия Солнца, ветра, приливов, морских волн, геотермальная энергия и некоторые другие виды (например, энергия разности температурных потенциалов океанских глубин и поверхности);

— облагороженные (обогащенные) энергоресурсы: брикеты, концентраты, сортовой уголь, промпродукт, шлам, отсев;

— переработанные энергоресурсы: светлые нефтепродукты, мазуты, прочие темные нефтепродукты, кокс, полукокс, коксовая мелочь, уголь древесный, смола, антрацит;

— преобразованные энергетические ресурсы: электроэнергии, теплота, сжатый воздух и газы (азот, кислород, водород, аргон, оксид углерода и др.), генераторный газ, коксовый газ, сланцевый газ, газ нефтепереработки, биогаз и некоторые другие (например, жидкое топливо, получаемое из низкокачественных углей);

— побочные (вторичные) энергоресурсы: горючие производственные и непроизводственные отходы (твердые, жидкие, газообразные); тепловые отходы (преимущественно жидкие и газообразные); избыточное давление продуктов и промежуточных продуктов (переделов).

 

Мировые запасы топливно-энергетических ресурсов. Учет мировых запасов топливно-энергетических ресурсов и перспективы их использования представляют собой глобальную проблему, постоянно заботящую мировую научную общественность. Европейское объединение независимых экспертов «Римский клуб» готовит периодические доклады о путях развития человечества, где существенное место занимают топливно-энергетические вопросы. Так, в 70-е годы XX в. в связи с энергетическим кризисом 1972 г. общие мировые запасы органических топлив с учетом экономически оправданной извлекаемости оценивались (с округлением) всего в 1 трл. тонн (в условном исчислении). Если принять за основу перспективных расчетов тенденции прошлого — удвоение суммарного мирового энергопотребления каждые 20 лет, то при потреблении в 2000 и последующих годах (при стабилизации потребления) по 20 млрд. тонн этих запасов должно было бы хватить всего на 50 лет, т. е., считая от 1980 г., только до 2030 г.

Следует отметить, что аналогичные опасения возникали у человечества также в начале XX века, когда прогнозировалась исчерпаемость топливных запасов (преимущественно угля) к 60-м годам. Однако тогда мировая энергетика находилась на другом, значительно более низком уровне развития и соответственно значительно хуже были исследованы топливные месторождения, а некоторые из них вообще еще не были открыты. Тогда мировая общественность впервые задумалась о поиске новых видов энергии для будущего удовлетворения своих постоянно растущих потребностей. Именно тогда были предложены многие из известных сегодня альтернативных, так называемых «возобновляемых» видов энергии: солнечная, геотермальная, энергия ветра, приливов и отливов, движения волн, разница термического потенциала поверхности и глубин мирового океана и многое другое.

При дополнительных исследованиях и уточнениях после 1980 г. во время своеобразной «инвентаризации» мировых запасов цифры стали более оптимистичными — природного органического топлива должно хватить на весь XXI в. Однако все эти прогнозы, как и в начале века, дали ощутимый толчок к поиску возобновляемых энергоресурсов, альтернативных органическому топливу.

По данным ЮНЕСКО в недрах Земли содержится 10¹⁶тонн(10¹⁰ Гига-тонн — Гт; 1 Гт = 10⁹ т = 1 млрд. тонн) ископаемого углерода. К сожалению, не весь он легко или рентабельно добываем.

1.Уголь является после дров самым широко применяемым видом природного органического топлива. Известные, доступные для разработки, запасы угля оцениваются в 600 Гт (примерно в 4 раза больше добытого).

Возможно, что запасы угля на Земле достигают 10 000 Гт. Предполагается, что 2500 Гт из них доступны для разработки.

2.Нефть, по оценкам ЮНЕСКО, использована примерно на 1/3 от уровня известных и доступных для разработки мировых запасов. Доказанные запасы составляют 884 Гт, однако в конечном счете пригодными для добычи могут оказаться около 300 Гт. В последние годы открываются или уточняются по запасам месторождения нефти общим объемом около 5 Гт ежегодно, т.е. больше, чем потребляется за год. Предполагается, что в настоящее время достигнут максимум добычи и потребления нефти, после чего ее мировое производство и потребление начнут снижаться.

3.Природный газ к настоящему времени использован примерно на 40 % его известных мировых запасов, которые составляют около 590 Гт, причем его извлекаемость больше, чем у нефти, и может составить также примерно 300 Гт. Максимум производства и потребления ожидается в 2020 г., когда его потребление в 3 раза превысит существующее.

4.Горючие сланцы и битуминозные пески — наименее эффективные виды ископаемого органического топлива. Из них, как правило, добывается нефть, причем значительная часть добываемого сырья составляет пустая порода. Так, в бывшем СССР ежегодно перерабатывалось 35 млн. тонн сланцев, из которых извлекалось около 12 млн. т нефти.

Доказанные  запасы всех видов топлив на Земле по оценкам 70—80-х годов XX в. составляют примерно 900 млрд. т в пересчете на угольный эквивалент (с теплотой сгорания 6000 ккал/кг). В том числе: уголь — 600 млрд. т, нефть — 200 млрд. т, газ — 100 млрд. т; потребление энергии в год — 5 млрд. т. Позже мировые запасы несколько переоценены, и современные цифры, особенно по запасам угля, существенно выше.

 

Оценивая  современное и перспективное  использование нетрадиционных источников энергии, мировая научная общественность сходится на следующих цифрах (табл. 3).

 

Таблица 3 Современное и прогнозируемое использование новых и возобновляемых источников энергии в мире, млрд. кВт-ч

Источник	Современное использование	Середина XXI в.
Солнце	2—3	2000—5000
Геотермальная энергия	55	1000—5000
Ветер	2	1000—5000
Приливы	0,4	3—60
Энергия волн	0	10
Тепловая  энергия океанов	0	1000
Биомасса	550—700	2000—5000
Древесное топливо	10000—12000	15000—20000
Древесный уголь	1000	2000—5000
Торф	20	1000
Тягловые  животные	30 (в Индии)	1000
Горючие сланцы	15	500
Битуминозные  пески	130	1000
Гидроэнергая	1500	3000
И т о г  о (округленно):                            12 000—13 000		30 000—53 000

Общая картина  добычи и производства различных видов первичной энергии и энергетических ресурсов в будущем приведена в табл. 4.

 

Таблица 4. Варианты производства первичной энергии в мире в 1975—2030 гг.,

ТВт — год е год.

 

Первичный источник	Базовый год 1975	Максимальный вариант		Минимальный вариант
		2000 г.	2030 г.	2000 г.	2030 г.
Нефть	3,62	5,89	6,83	4,75	5,02
Газ	1,51	3,11	5,97	2,53	3,47
Уголь	2,26	4,95	11,8	3,93	6,45
Реакторы  на обычной воде	0,12	1,7	3,21	1,27	1,89
Реакторы  — размножители на быстрых нейтронах	0	0,04	4,88	0,02	3,28
Гидроэнергия	0,5	0,83	1,46	0,83	1,46
Солнечная энергия	0	0,1	0,49	0,09	0,3
Прочие	0,21	0,22	0,81	0,17	0,52
В с е г о	8,21	16,84	35,65	13,59	22,39

 

Утилизация  отходов цивилизации, существенную помощь в которой может оказать биоэнергетика, является сама по себе общечеловеческой проблемой, связанной с охраной природы. Особым типом отбросов человеческой жизнедеятельности являются энергетические отходы, именуемые вторичными энергетическими ресурсами, причем наибольшее их количество возникает в сфере промышленного производства.

Понятие «энергетические отходы производства» включает все потери в энергоиспользующих агрегатах, а также энергетический потенциал готовой продукции. Практически это означает, что вся энергия, подведенная к технологической энергоиспользующей установке, плюс внутренние выделения энергии, в конечном счете, идут в отходы (исключается лишь теплота эндотермических, теплопоглощающих процессов, а также скрытая теплота фазовых переходов — испарение-конденсация, плавление-затвердевание и т.п.). Однако не все эти отходы можно рассматривать как вторичные энергетические ресурсы (ВЭР).

Под вторичными энергетическими ресурсами понимается энергетический потенциал продукции, отходов, побочных и промежуточных продуктов, образующихся в технологических агрегатах (установках), который не используется в самом агрегате, но может быть частично или полностью использован для энергоснабжения других потребителей.

Эти энергетические отходы можно разделить на два рода:

первый род — недоиспользованный энергетический потенциал первичного энергоресурса — продукты неполного сгорания топлива, тепло дымовых газов, «мятый» пар из паротурбоприводов, теплоконденсата, сбросных вод и т.п.;

второй род — проявления физико-химических свойств материалов в ходе их обработки — горючие газы доменных, фосфорных и других печей, тепло готовой продукции, теплота экзотермических реакций, избыточное давление жидкостей и газов, возникающее по условию протекания технологического процесса и т.п.

ВЭР первого рода следует стремиться устранить или снизить их выход, и только тогда, когда все подобные меры приняты, использовать.

ВЭР второго рода — побочный результат технологии, поэтому необходимо либо создать на их базе комбинированный энерготехнологический агрегат с выработкой одновременно энергетической и неэнергетической продукции, либо утилизировать иным путем при помощи специального утилизационного оборудования.

По видам  содержащегося энергетического  потенциала ВЭР подразделяются на горючие, тепловые и избыточного давления, причем каждый из этих видов ВЭР может быть первого или второго рода.

Горючие ВЭР — это химическая энергия отходов производства, которые не используются или непригодны для дальнейшей технологической переработки, но применимы в качестве топлива: доменный, конвертерный, ферросплавной газы, отходящий газ производства технического углерода, горючие кубовые остатки химических и нефтехимических производств, щелок целлюлозно-бумажного производства, отходы топливопереработки, переработки древесины и др. Их энергетический потенциал определяется теплотой сгорания.