150234 (Джерела енергії та вибір енергоносія), страница 2

Характеристики викидів для різних комбінацій технологій перетворення палива змінюються у широкому діапазоні внаслідок описаних вище факторів. Порівняння різних можливих варіантів процесу трансформації палива представлено у таблиці 3. Бачимо, що стосовно виду палива найчистішими є газоспалюючі пристрої, а щодо виду технологічного процесу найчистішими є котли.

Зверніть увагу:

Викиди, показані для ТЕЦ, віднесені до кВт∙год електричної енергії. Для розрахунку питомих загальних викидів, які дає ТЕЦ, необхідно розрахувати теплову продуктивність ТЕЦ, тоді, визначивши величину грам/кВт∙год для повного виходу (теплового + електричного), ми можемо знайти питомі викиди.

2.3 ККД електропостачання

Електроенергія може бути отримана лише після переробки первинного палива. Існує велика кількість різних типів обладнання для трансформації палива, чи первинної енергії у електроенергію як на національному, так і на місцевому рівнях. Розглянемо найпоширеніші з них:

Електричні станції. Більшість видів палива використовуються для генерування електроенергії переважно за допомогою парових циклів. Затрати на її генерацію та негативний вплив на довкілля при генерації електроенергії дуже сильно залежать від виду палива та вибраної технології перетворення, наприклад, використання гідроресурсів чи спалювання вугілля.

Таблиця 3. Викиди енергетичних систем

Система	Паливо	СО2	SO2	NOx	Т: М
Котел		грам/кВт-год вихід тепла	грам/кВт-год вихід тепла	грам/кВт-год вихід тепла
ККД 80%	Вугілля (2% S)	410	5.12	0.78
	ТМ (2.5% S)	333	5.27	0.79
	Газойль (0.3% S)	313	0.59	0.26
	Газ	226	-	0.22
ТЕЦ		грам/кВт-год електричний вихід	грам/кВт-год електричний вихід	грам/кВт-год електричний вихід
Газова турбіна	Прир. газ	610	-	1.10	1.6
	газойль	800	1.40	1.60
ГТОЦ	Прир. газ	510	-	0.90	1.1
Парова турбіна	Прир. газ	1.510	-	1.50	5.5
	Вугілля (2% S)	2.700	34.30	5.20
	ТМ (2.5% S)	2.220	35.20	5.30
Дизельний двигун	Прир.газ (+масло для запалюв.)	500…600	0.10	5…10	1.4
	ТМ (2.5% S)	700…800	10.80	8…15
Крб.двигун (комб. згоряння)	Природний газ	500	-	3	1.6
Центральна електро-станція		грам/кВт-год електричний вихід	грам/кВт-год електричний вихід	грам/кВт-год електричний вихід
Парова турбіна	Вугілля	990	15.0	3.60
	Вугілля, низьк. NOx,	990	1.10	2.10	0
ГТОЦ	Прир. газ	450	-	0.40	0
Середнє	Вугілля	990	15.00	2.70	0
	Разом	684	9.00	1.70

У табл. 4. показано типові ККД для різних типів електричних станцій.

В Україні існує тенденція до зростання частки електроенергії, що вироблена на атомних станціях, але на сьогодні більша частина електроенергії поки що виробляється з вугілля та нафтопродуктів.

Таблиця 4. ККД електропостачання

Пристрої для спалювання палива	ККД, %
Традиційні з прямим згорянням вугілля/нафти	30
Традиційні з прямим згорянням вугілля/нафти – удосконалена техніка	44
Газова турбіна з об’єднаним циклом (ГТОЦ)	55
ГТОЦ, краща техніка майбутнього	60

Місцеве виробництво електроенергії

Електроенергію можливо виробляти на місцевому рівні. Переважно це досягається за допомогою спільного виробництва тепла та електроенергії (когенерація) на ТЕЦ, де утилізується тепло у процесі генерування електроенергії, підвищуючи загальний ККД системи.

Економічна доцільність місцевих ТЕЦ залежить від рівня утилізації тепла шляхом його використання у технологічних процесах або для опалення приміщень. Тому, незважаючи на додаткові капітальні та затрати на експлуатацію, використання місцевих ТЕЦ часто є дешевшим, ніж споживання електроенергії, яка постачається з загальнодержавної енергосистеми. При цьому слід також враховувати негативні впливи на навколишнє середовище, зумовлені спалюванням видобувного палива на ТЕЦ, що також лягає додатковим тягарем на користувача та виробника місцевої електроенергії.

2.4 Вибір джерела енергії

При виборі джерела електричної енергії можливі два варіанти:

• придбання електроенергії з мережі (енергосистеми) – висока ціна, але відсутні інші витрати;

• виробіток власними силами – низька ціна електроенергії, але витрати на обладнання та очисні пристрої для зменшення шкідливих викидів.

Для великих енергокористувачів найбільш ефективним рішенням з точки зору фінансів та надійності енергопостачання буде, очевидно, комбінація цих двох можливостей. Для малих користувачів або користувачів, які не мають необхідних технічних спеціалістів на об’єкті, кращим рішенням буде закупка енергії з мережі (енергосистеми).

2.4.1 Тепло

Найбільшу потребу промисловість має у тепловій енергії. Генерування тепла може бути розділено на два самостійні види:

• використання первинних(вторинних) видів енергії для отримання тепла, наприклад, у вигляді пари; для цього використовуються різного типу котли;

• пряме використання первинних (вторинних) видів енергії для нагріву, наприклад, плавильні печі.

2.4.2 Перетворення палива у тепло

У багатьох випадках тепло, отримане при згорянні первинного та вторинного палив, безпосередньо не використовується. Тепло передається воді або повітрю для розподілу і доставки до місця використання чи збереження. В таких випадках зазвичай використовують КОТЕЛ. Відомо багато типів пальників та котлів для різних видів палива, типові значення їх ККД наведені у табл. 5.

Таблиця 5. Типові значення ККД в залежності від виду палива

Перетворення палива у тепло для непрямого використання
	ККД, %
	Добовий	Річний
Вугілля		86	75
Нафта		84	80
Газ		80	78

Котли різного призначення та конструкцій мають різні ККД. Їх величини показані у табл. 6.

У багатьох випадках вибір палива визначається ціною та доступністю, тоді як вибір типу котла переважно залежати від капітальних видатків, величини і типу навантаження, а також від виду потрібного тепла, тобто гарячої води або пари і т.п.

2.4.3 Генерація тепла для безпосереднього використання

У багатьох галузях промисловості тепло, що отримане від спалювання первинних або вторинних енергоносіїв, використовується безпосередньо, оскільки для забезпечення технологічного процесу необхідні температури понад 300⁰С і вище. В таких випадках потреба у котлі відпадає, однак певне обладнання для цього все ж необхідне. Можна навести такі приклади:

• скловарна піч, що працює з використанням газу або нафти;

• вагранка для чавуна, що працює на коксі;

• електричні сталеплавильні печі;

• газові опалювальні прилади прямої дії.

Таблиця 6.

Типові ККД для котлів різного типу.

	ККД%
Жаротрубні котли
Газоконденсатні	88–92
Модульні з високим ККД	80–82
Жаротрубний котел для гарячої води	78–80
Жаротрубні котли для пари	75–88
Котли зворотного полум’я	72–75
Секційні котли з литого чавуну	68–71
Водотрубні котли
Парогенератор	75–78
Водотрубні котли з економайзером	75–78

Вибір палива зазвичай визначається вимогами технологічного процесу, зручністю регулювання подачі палива та іншими технічними питаннями, наприклад:

• тверде паливо не може застосовуватись у скловарних печах, оскільки згоряння відбувається безпосередньо над розплавленим склом, і тому твердий залишок (попіл) буде викликати забруднення скла;

• кокс використовується у вагранках, оскільки він необхідний для відновлювального процесу.

2.4.4 Прийняття рішення щодо вибору палива

Для прикладу розглянемо вимоги до системи опалення заводу, на якому необхідно забезпечити комфортну температуру в різних будівлях та офісах.

Це завдання може бути вирішене, використовуючи такі засоби:

• локальні газові опалювальні прилади;

• локальні електричні нагрівачі;

• повітряне опалення – використання повітря, нагрітого газом;

• повітряне опалення – використання повітря, нагрітого парою;

• повітряне опалення – радіатори.

В межах кожного варіанта існує багато можливостей конкретної реалізації, наприклад, центральне водяне опалення (з радіаторами). В даному випадку вода може нагріватись централізовано і подаватись насосом у кожну будівлю, пара може вироблятись і перетворюватись у гарячу воду в самій будівлі, або гаряча вода може вироблятись локально у кожній будівлі.

Припустімо, що прийняли рішення виробляти пару централізовано і потім розподіляти її по будівлях. Це означає, що на наступному етапі необхідно прийняти рішення про те, як виробляти пару.

2.4.5 Система виробництва пари

Основними елементами системи виробництва пари є:

• котельня;

• система розподілу пари;

• система повернення конденсату.

Загальний ККД традиційної системи подачі тепла у найкращому випадку не більший від 70% (якщо зіставляти тепло, що подане споживачу, з енергією, підведеною до трьох зазначених вище елементів). Переважно кінцева величина ККД може бути рівною 40% або менше, в залежності від конструкції системи розподілу і подачі тепла споживачам та якості її експлуатаційного і технічного обслуговування.

Більшість котлів, що використовуються у промисловості, працюють на газі або нафті (мазуті), хоча деякі великі котельні використовують і вугілля. Основними процесами у котельні є такі:

• підготовка палива;

• згоряння палива;

• тепловий обмін;

• парогенерація і конденсація.

2.4.5.1 Підготовка палива