Экологические проблемы энергетики (1064796), страница 6

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 6)

Таблица 15.4

Энергоёмкость социальных расходов

Страна	Социальные расходы (капитал) на душу населения, тыс. долл./чел. в год	ВВП на душу населения, тыс. долл./чел. в год	Душевое энерго-потребление, т условного топлива/чел. в год	Энергоёмкость социальных расходов, т условного топлива/1 тыс. долл.
Франция Израиль Финляндия США Индия Болгария Россия	7,6 3,0 5,0 3,0 0,06 0,5 0,3	21,6 12,7 23,7 22,6 0,6 2,0 4,0	6,4 4,4 8,9 12,4 0,25 3,9 6,2	0,84 1,46 1,78 4,13 4,17 7,80 20,70

Всё это свидетельствует о нашем крайнем энергорасточительстве. А по имеющимся оценкам затраты на энергосберегающие мероприятия в 1,5-3 раза ниже, чем на развитие, например, газодобывающих и транспортных мощностей, не считая экологического эффекта. Потенциал только газосбережения оценивается примерно в ¼ часть от всего объёма расходуемого в России газа.

Повышение эффективности использования энергии, наряду с использованием альтернативных источников энергии, получило бурное развитие в индустриально развитых странах. Повышение эффективности использования энергии означает производство тех же самых энергетических услуг, включая освещение, обогрев и охлаждение помещений, пассажирские и грузовые перевозки, водоснабжение, работу различных двигателей, но с гораздо меньшими затратами. Оно обеспечивает такой же или более высокий уровень жизни с меньшими издержками. Одновременно снижается уровень загрязнения окружающей среды. Повышение эффективности использования энергии невозможно без анализа процессов трансформации энергии.

Анализ процессов трансформации энергии. Один из основополагающих законов природы – закон сохранения энергии устанавливает закономерности взаимной трансформации всех видов энергии. Согласно установившейся трактовке этого закона энергия не может быть уничтожена или получена из ничего, она может лишь пере­ходить из одного вида в другой. Но это вовсе не означает, что любой вид энергии может быть переведён в другой полностью. Это утверждение справедливо лишь в случае перевода любого вида энергии в тепловую энергию. Процесс обратной трансформации тепловой энергии в другие виды энергии не всегда возможен и, если происходит, то в любом слу­чае не полностью.

Тепловая энергия занимает особое положение среди других видов энергии. Дело в том, что тепловая энергия – результат неупорядоченного движения молекул и атомов вещества, в то время как другие виды энергии – результат упорядоченного движения. Безусловно, тепловая энергия, как все виды энергии, подчиняется закону сохранения энергии. Но, как и в жизни, порядок просто превратить в хаос, а сделать наоборот гораздо труднее, так и в случае превращения неупорядоченного движения в упорядоченное.

Существует принципиальная разница в понятиях арифметического эквивалента различных видов энергии и способности различных видов энергии переходить друг в друга. С арифметическим эквива­лентом энергии дело обстоит сравнительно просто, так как все виды энергии могут быть выражены в одних и тех же единицах.

Однако, это вовсе не означает, что, например, из 1 ккал световой энергии может быть получен 1,16 кВт ч электрической энергии (эквивалент 1 ккал). На первом этапе этого процесса в резуль­тате процессов фотосинтеза в химическую энергию перейдет только 1% солнечной энергии. На следующем этапе, в процессе добычи ископаемого топлива (угля), будет неизбежно «потеряно» примерно 50% оставшейся энергии. В даль­нейшем, при преобразовании химической энергии в тепловую, механи­ческую и электрическую энергию будет потеряно еще около 70% энер­гии. Таким образом, в результате этой цепочки преобразования энергии из 1,16 кВт ч световой энергии может быть получено лишь 0,58 10^-3 кВт ч электроэнергии. Или, если подойти к этому превращению с другой стороны, для получения 1 кВт ч электрической энергии потребуется в 2000 раз больше кВт ч солнечной энергии. Приведенные в табл. 15.5 данные об эффективности преобразования наиболее распространённых видов энергии позволяют оценить, насколько рационально используются энергетические ресурсы при получении энергии.

Рассмотрим конкретный пример. Необходимо рассчитать количество природного газа, для нагрева 1м³ воды от 0^оС до 100^оС в случае, если нагрев осуществляется электронагревателем (КПД 98%) и газовой горелкой (КПД 62%).

Решение: для нагрева 1 м³ воды от 0^оС до 100^оС необходимо затратить:

Q_т = V_o C Т= 1000 1 100 = 10⁵ ккал,

где Q_т – количество тепловой энергии (ккал); V_о – объём воды (м³); С – теплоёмкость воды равная 1 ккал/(моль град.); Т – разность температур.

Таблица15.5

Эффективность преобразования различных видов энергии

Вид преобразования энергии	Аппаратурное оформление	Эффективность преобразования (КПД), %
Химическая – тепловая	Дровяные плиты Бытовой мазутный отопитель Бытовой газовый отопитель Промышленный паровой котёл	5-10 65 85 88
Химическая – тепловая – механическая	Паровоз Автомобиль Газовая турбина Паровая турбина на ТЭС Дизельный двигатель Ракетный двигатель	8 25 34 37 38 47
Механическая – электрическая	Водяная электростанция Ветрянная электростанция Электрогенератор	30 30-40 (теоретически 50) до 98 наиболее часто 75-95
Электрическая – механическая	Бытовые электроприборы Промышленные электромоторы	62 92
Световая – электрическая	Солнечные батареи	10 - 30

Так как КПД электронагревателя равен 98%, затраты электри­ческой энергии составят:

Qэ = = 1,02 10⁵ккал.

Общий КПД электростанции, работающей на природном газе, составит:

КПД_общ. = 0,37 0,98 100% = 36%,

поэтому потребность в тепловой энергии, образующейся при сжигании природного газа на ТЭС будет:

Q_общ = = 2,83 10⁵ ккал.

Принимая теплотворную способность природного газа, равную 9000 ккал/м³, определим потребность в природном газе:

V_г = = 31,4 м³ .

В случае непосредственного нагрева воды газовой горелкой потребность в тепловой энергии составит:

Q_т = = 1,61 10⁵ ккал.

Расход природного газа, имеющего ту же теплотворную способность, равен:

V¹_т = = 12,9 м³ .

Таким образом, использование электроэнер­гии в качестве промежуточного звена в цепи преобразования энергии ископаемого топлива далеко не всегда является оправданным с точки зрения экономии топливно-энергетических ресурсов.

Энергоэффективные технологии в настоящее время совершенствуются так быстро, что удельные потребности в энергии снижаются год от года. Современная компактная флуоресцентная лампа может обеспечить то же количество света, что и лампа накаливания, при сокращении потребляемой энергии в 4 раза. Значительное сокращение энергии в коммунальном хозяйстве достигается за счёт оборудования зданий современными трёхслойными окнами и регулирующими устройствами тепла в жилых и служебных помещениях.

Большие успехи достигнуты в экономии бензина в современных автомобилях (30-70 км на 1 л топлива).

Согласно некоторым подсчётам вследствие повышения эффективности использования энергии её общее мировое потребление может оставаться на современном уровне и даже сокращаться без уменьшения производительности труда и комфортности жизни. При этом необходимо помнить, что всякое сокращение использования первичных энергетических ресурсов ведёт к уменьшению выбросов загрязняющих веществ в атмосферу, в том числе «парниковых» газов, и тепловому загрязнению околоземного пространства за счёт рассеивания тепла.

Энергосбережение на сегодняшний день является самым эффективным, дешёвым и экологически обоснованным средством для решения энергетических проблем, особенно в РФ.

15.5. Экологические проблемы производства энергии

В последние годы проблемы влияния производства энергии на окружающую среду широко обсуждались на различных уровнях во всех странах мира [39]. На основании многочисленных дискуссий, проводимых по этому вопросу, было сделано три основных вывода:

• все способы получения энергии представляют потенциальную опасность, как для окружающей среды, так и для здоровья человека;

• нет ни одного способа получения энергии настолько свободного от опасности для окружающей среды, чтобы его применение приносило бы только выгоду без каких-либо проблем;

• имеющиеся данные о степени загрязнения дают возможность предска­зать последствия всё возрастающего объема производства энергии для окружающей среды.

Рассмотрим более подробно процессы, приводящие к загрязнению окружающей среды при производстве энергии на ТЭС и АЭС.

Загрязнение атмосферы. Основными загрязнителями атмосферы на ТЭС являются диоксид серы, оксиды азота, соединения фтора и твёрдые частицы угольной золы и несгоревшего топлива. Содержание серы, азота и золы в энергетических углях представлены в табл. 15.6.

Таблица 15.6

Содержание серы, азота и золы в энергетических углях

Соединения серы могут присутствовать в твёрдом топливе в виде включений сульфида железа (FeS), серы, входящей в состав молекул органической массы топлива, или в виде сульфатов (обычно СаSO₄). При сгорании топлива в топках ТЭС сульфидная сера и сера, содержа­щаяся в органических соединениях, переходят в SO₂ и частично в SO₃, выделяющиеся вместе c отходящими газами.

Характеристики

Список файлов лекций