ЭФФЕКТИВНОСТЬ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ РЕСУРСОВ, ПУТИ ЕЕ ПОВЫШЕНИЯ. ПОБОЧНЫЕ (ВТОРИЧНЫЕ) ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ РЕСУРСЫ
Эффективность использования энергетических ресурсов определяется степенью преобразования их энергетического потенциала в конечную продукцию или в конечные виды энергии, полезно используемые для нужд народного хозяйства или населения (например, в механическую энергию движения, в теплоту, обеспечивающую необходимые условия в помещении, и др.). Уровень использования энергетических ресурсов зависит от степени извлечения их при добыче; сохранения добытого топлива при его первичной переработке (например, обогащении), транспортировании и хранении; от степени преобразования добытых первичных энергетических ресурсов в нужный вид энергии (тепловую, механическую, электрическую п др.), а также от степени полезного использования конечного вида энергии. При этом если полнота извлечения энергетических ресурсов при добыче, сохранение добытого топлива при его первичной переработке, складировании и транспортировании определяются в основном технологическим совершенством применяемых средств, то степень преобразования первичных энергоресурсов в другие виды энергии н особенно уровень полезного использования конечного вида энергии определяются не только применяемыми при этом средствами и процессами, но и эффективностью термодинамических циклов, лежащих в основе технологических схем преобразования энергии.
Полную эффективность использования энергетических ресурсов можно оценить по коэффициенту полезного использования энергетического ресурса гэр, равного:
Традиционные процессы технологии добычи, переработки и использования энергетических ресурсов основываются на том, что энергетические ресурсы всегда могут быть легко добыты с небольшими затратами труда. Это, а также уровень развития техники явились причиной сохранения достаточно низких значений коэффициента извлечения топлива, который для месторождений нефти не превышает 30—40 %, газа — 80 %, угля — 40 % и ниже. Выработка дешевых месторождений топлива и необходимость разработки новых труднодоступных его запасов, а также связанное с этим повышение стоимости добычи в настоящее время привели к необходимости внедрения новых технологий добычи топлива с целью повышения степени его извлечения из недр. Повышение степени извлечения нефти до 40—45% возможно путем закачивания в нефтяной пласт водяного пара, газов с высокой температурой, химических реагентов, понижающих вязкость нефти, а газа — путем применения жидкостей, вытесняющих газ, и др. Так, при преобразовании химической энергии органического топлива в тепловую путем его сжигания эффективность преобразования будет определяться полнотой сжигания топлива и тепловыми потерями в окружающую среду от ограждающих конструкций устройства, в котором это преобразование производится. Современные топочные устройства позволяют обеспечить степень такого преобразования, равную 97—99 % в крупных энергетических установках и 95— 97 % в установках малой мощности.
Преобразование же тепловой энергии продуктов сгорания в тепловую энергию рабочего тела (теплоносителя — водяного пара, горячей воды и др.) электростанций и систем теплоснабжения в поверхностях рекуперативных теплообменников (паровых и водогрейных теплогенераторах, паровых котлах электростанций и др.) происходит с меньшей эффективностью в связи с обязательным (по второму закону термодинамики) отводом части теплоты с уходящими газами. Коэффициент использования энергии при таком ее преобразовании лежит в пределах от 92 % (для энергоустановок большой мощности) до 70—75 % (для установок малой мощности). Покидающие установку продукты сгорания имеют температуру от 160 до 300°С с запасом низкопотенциальной тепловой энергии до 250—300 кДж/кг газов; даже частичное использование ее позволяет существенно повысить степень преобразования энергии. Преобразование же тепловой энергии продуктов сгорания в другие виды энергии (например, механическую энергию вращения паровой турбины на тепловых электростанциях или вращения вала Двигателя внутреннего сгорания) происходит с большими потерями в связи с большой температурой газов, покидающих эти тепловые установки; так, величина т)Пц паровой турбины не превышает 45 %, а карбюраторного Двигателя внутреннего сгорания — 23—30 %.
В энергетическом балансе СССР в целом степень полезного использования добытых энергетических ресурсов в настоящее время оценивается в 36 % (см. рис. 1.7), при этом степень их использования на электростанциях,включая теплоэлектроцентрали, составляет 48,3 %, в котельных — 69 o/Qj в установках прямого использования топлива (в промышленных и отопительных печах, бытовых приборах, двигателях и др.) — 32,6 %, в том числе в отопительных системах — 50 %. В целях повышения эффективности использования традиционных энергетических ресурсов и экономии органического топлива в Энергетической программе СССР предусмотрено: замещение органического топлива другими источниками энергии и снижение удельных норм расхода топлива и энергии. Снижение удельных норм расхода топлива и энергии (тепловой и электрической), которое должно обеспечить к 2000 г. снижение общей потребности в энергетических ресурсах на 540—580 млн. т у. т., должно быть осуществлено, главным образом, за счет повышения эффективности преобразования энергии, повышения эффективности конечных видов энергии, рационального и экономного их использования.
Так, применительно к системам производства тепловой энергии из органического топлива повышение эффективности использования топлива возможно за счет: 1) использования тепловой энергии сбрасываемых продуктов сгорания и повышения тем самым КПД теплогенерирующей установки; 2) применения новых технологических схем сжигания топлива, обеспечивающих большую эффективность преобразования его энергии в тепловую энергию рабочего тела теплогенератора (например, перевод котлов с сжигания в них топлива в плотном слое на колосниковой решетке на сжигание топлива в кипящем слое и др.); 3) механизации систем подачи топлива и отвода шлака и золы при сжигании твердого топлива, что позволяет улучшить условия эксплуатации теплогенерирующей установки и снизить потери топлива; 4) автоматизации работы теплогенерирующей установки, что позволяет обеспечить работу на номинальных режимах в течение всего времени ее эксплуатации; 5) распределения топлива по потребителям с учетом качества топлива и технологии его сжигания у потребителя.
В СССР 38—40 % производимой тепловой энергии расходуется на коммунально-бытовые нужды населения, в том числе на отопление зданий. Поэтому при строительстве зданий необходимо учитывать, что за счет снижения теплозащитных свойств наружных ограждений зданий, излишнего увеличения световых проемов и повышенной инфильтрации через наружные ограждения резко возрастают удельные потери теплоты в жилых и общественных зданиях. Это приводит к значительному росту потребности в тепловой энергии и к соответствующему увеличению эксплуатационных расходов. Снизить эти неоправданные потери и связанный с ними перерасход энергоресурсов на многие десятки миллионов т у. т. можно и необходимо за счет повышения качества строительства, повышения термического сопротивления ограждающих конструкций зданий, тройного остекления окон там, где это нужно, и других мероприятий. Большие потери тепловой энергии имеют место с вентиляционными выбросами промышленных предприятий, имеющих температуру до 25—40 °С. Это еще один источник тепловой энергии, использование которого позволит сократить расходы первичных энергоресурсов в народном хозяйстве страны.
Все источники энергии, получаемые из побочных продуктов или отходов основного производства, относятся к побочным (вторичным) энергетическим ресурсам. Побочным энергетическим ресурсом называется облагороженный, переработанный или преобразованный энергетический ресурс, полученный в качестве побочного продукта или отхода основного производства. По виду заключенной в них энергии побочные (вторичные) энергетические ресурсы (ВЭР) подразделяют на три основные группы.
1. Горючие (топливные) ВЭРы, представляющие собой горючие отходы технологических процессов химической и термохимической переработки углеродистого и углеводородного сырья: горючие городские и сельскохозяйственные отходы; углеводородные отходы (отработанное масло, растворители и др.) машиностроительных и других предприятий. К горючим отходам относят: доменный газ, отходящий газ сланцевых печей, упаренные щелоки целлюлозно-бумажного производства, отработанные масла и смазки, городской мусор, отработанные растворители. Химическая энергия горючих ВЭР преобразуется в тепловую энергию продуктов сгорания в результате их сжигания.
2. Тепловые ВЭР — практически любые теплоносители, имеющие температуру выше температуры окружающей среды и способные при определенных условиях выделять определенное количество теплоты для последующего использования. К тепловым ВЭРам относятся: нагретые отходящие газы технологических агрегатов; основная, побочная и промежуточная продукция и отходы основного производства; рабочее тепло систем принуди- -тельного охлаждения технологических агрегатов; отработанная горячая вода и водяной пар технологических и силовых установок. Тепловые ВЭР в результате использования отдают часть своей энергии энергоносителю с более низкой температурой за счет процессов тепломас- сопереноса.
3. ВЭР избыточного давления — газы и жидкости, покидающие технологические агрегаты под избыточным давлением и способные передать часть накопленной потенциальной энергии перед последующей ступенью их использования или сбросом в окружающую среду.
В зависимости от видов и параметров различают четыре основные направления использования ВЭР: а) топливное — непосредственное использование горючих ВЭР в качестве топлива; б) тепловое — использование теплоты, получаемой непосредственно в качестве ВЭР или вырабатываемой за счет ВЭР в утилизационных установках; в) силовое — использование механической и электрической энергии, вырабатываемых за счет ВЭР в утилизационных установках; г) комбинированное — использование теплоты и электрической (или механической) энергии, одновременно вырабатываемых за счет ВЭР в утилизационных установках (утилизационных ТЭЦ) по тепловому циклу.
В СССР в 1980 г. полезное использование побочных (вторичных) энергоресурсов составило 43 % их объема и было сэкономлено 58 млн. т у. т. В наибольшей степени в стране используются горючие ВЭР, доля использования которых в 1980 г. составила 87 %.
Тепловые побочные энергоресурсы в 1980 г. использовались только на 36,9 %. За счет ввода в эксплуатацию более 2100 утилизационных установок объем использования тепловых ВЭР увеличивается с 0,482 ЭДж (в 1980 г.) до 0,690 ЭДж (в 1985 г.), т. е. на 43 %. Значительны потери тепловой энергии с низкопотенциальными энергетическими отходами: уходящими газами с температурой менее 300 °С, горючими сточными водами и вентиляционными выбросами, имеющими температуру не ниже 19—24 °С. Применительно к теплогенерирующим установкам потенциальными источниками побочных (вторичных) энергетических ресурсов могут быть: уходящие продукты сгорания из газового тракта теплогенераторов; горячие шлак и зола при сухой выгрузке их из топки котла; вода системы непрерывной продувки котла; конденсат паровых теплообменников, расположенных в зданиях тепловой станции, и др.
