Энергосбережение в теплоэнергетики и теплотехники

-
...

СОДЕРЖАНИЕ
1. СТРАТЕГИЯ РАЗВИТИЯ ЭНЕРГЕТИКИ РФ до 2030 г. 2
1.1. СТРАТЕГИЯ ИНИЦИАТИВНОГО РАЗВИТИЯ ТЭК 4
1.2. ГАЗОВАЯ ОТРАСЛЬ 7
1.3 УГОЛЬНАЯ ПРОМЫШЛЕННОСТЬ 9
1.4 ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИКА 10
1.5 ЯДЕРНО-ТОПЛИВНЫЙ ЦИКЛ И АТОМНАЯ ЭНЕРГЕТИКА 14
1.6 ТЕПЛОСНАБЖЕНИЕ 17
2. ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЕ В ТЕПЛОТЕХНИКИ 20
2.1. ОСНОВНЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЯ 20
2.2 ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ ТЕПЛООБМЕНА 25
2.3 ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ И ЗАКОНЫ ТЕПЛОПРОВОДНОСТИ 27
2.4. ЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ ТЕПЛОТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ УСТАНОВОК 29
2.5. ПРОГРЕССИВНЫЕ ИСТОЧНИКИ ЭНЕРГИИ ТЕПЛОТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ УСТАНОВОК 32
2.6. СИСТЕМНЫЙ ПОДХОД РЕШЕНИЯ ПРОБЛЕМЫ ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЯ. 34
ЛИТЕРАТУРА 38

-

5ЯДЕРНО-ТОПЛИВНЫЙ ЦИКЛ И АТОМНАЯ ЭНЕРГЕТИКАСтратегической целью развития ядерно-топливного цикла является обеспечение формирования всего органически связанного комплекса атомной энергетики, ее топливно-энергетической базы, экологической безопасности атомных электростанций и атомной промышленности, а также научного руководства этой сферой энергетической деятельности в соответствии с экономически обоснованными потребностями страны.Ядерная энергетика обладает способностью к воспроизводству собственной топливной базы. Эта ее принципиальная особенность формирует адекватный приоритет атомной энергетики в перспективе, для которой характерно ужесточение экологических требований к энергетической деятельности и стабилизация углеводородных возможностей топливно-энергетического комплекса. В этих условиях для своевременной подготовки и развития соответствующих направлений атомной энергетики наряду с продолжением строительства атомных электростанций с традиционными реакторами на тепловых нейтронах будут созданы серийные атомные электростанции с реакторами на быстрых нейтронах и соответствующие предприятия замкнутого ядерного топливного цикла.Разведанные и потенциальные запасы природного урана, накопленные резервы регенерированного урана, существующие и развиваемые мощности ядерного топливного цикла при экономически обоснованной инвестиционной и экспортно-импортной политике в этой сфере обеспечат прогнозируемые параметры развития атомной энергетики в рассматриваемый период. Предусмотренная в настоящей стратегии долгосрочная технологическая политика с освоением и развитием ядерных энергетических технологий нового поколения, включая реакторы на быстрых нейтронах и технологии замкнутого ядерного топливного цикла, снимет ограничения в отношении топливного сырья для атомной энергетики на долгосрочную перспективу.С учетом намеченных масштабов развития отрасли предусматривается решение следующих основных задач:повышение эффективности и конкурентоспособности атомной энергетики в целом, снижение уровня удельных капитальных вложений при обеспечении соответствия уровня безопасности современным нормам;создание единого комплекса топливно-сырьевые ресурсы - производство энергии - обращение с отходами;развитие отраслевой инвестиционной политики и целевых программ, которые обеспечивают устойчивость, обновление и повышение эффективности существующего потенциала и развитие ядерно-топливной базы и мощностей по переработке и утилизации радиоактивных отходов;внедрение высокотехнологичных и экономически выгодных проектов энергетических комплексов, соответствующих современному уровню безопасности и надежности, в том числе на базе инновационных технологий;развитие российского энергомашиностроительного производства и строительно-монтажного комплекса.Важной составляющей государственной стратегии развития промышленности ядерно-топливного цикла и атомной энергетики является увеличение экспортного потенциала ядерных технологий России- развитие экспорта атомных электростанций, ядерного топлива и электроэнергии.Направления и этапы реализации государственной энергетической политики развития отрасли предусматривают, в частности, следующее.Увеличение выработки электроэнергии на атомных электростанциях осуществляется на основе:реализации проектов строительства атомных электростанций (достройка энергоблоков на имеющихся площадках - на первом этапе реализации настоящей Стратегии, их строительство на новых площадках - на всех этапах, в том числе на втором и третьем этапах - совместно со сторонними инвесторами);увеличения выработки продления срока эксплуатации действующих энергоблоков, программы интенсификации и увеличения коэффициента использования установленной мощности на всех этапах.1.6ТЕПЛОСНАБЖЕНИЕСтратегическими целями развития теплоснабжения являются:достижение высокого уровня комфорта в жилых, общественных и производственных помещениях, включая количественный и качественный рост комплекса услуг по теплоснабжению (отопление, хладоснабжение, вентиляция, кондиционирование, горячее водоснабжение), высокий соответствующий ведущим европейским странам уровень обеспеченности населения и отраслей экономики страны этим комплексом услуг при доступной их стоимости;кардинальное повышение технического уровня систем теплоснабжения на основе инновационных, высокоэффективных технологий и оборудования;сокращение непроизводительных потерь тепла и расходов топлива; обеспечение управляемости, надежности, безопасности и экономичности теплоснабжения;снижение негативного воздействия на окружающую среду.К числу основных проблем в указанной сфере относятся:неудовлетворительное состояние систем теплоснабжения, характеризующееся высоким износом основных фондов, особенно теплосетей и котельных, недостаточной надежностью функционирования, большими энергетическими потерями и негативным воздействием на окружающую среду;потребность в крупных инвестициях для обеспечения надежного теплоснабжения при необходимости одновременного ограничения роста стоимости услуг этой сферы;организационная разобщенность объектов и систем теплоснабжения - отсутствие единой государственной политики в этом секторе, прежде всего научно-технической и инвестиционной;необходимость институциональной перестройки всей системы теплоснабжения для вывода ее из кризиса и успешного функционирования в рыночных условиях.Для достижения стратегических целей развития отрасли необходимо решить следующие основные задачи:развитие теплоснабжения России и ее регионов на базе теплофикации с использованием современных экономически и экологически эффективных когенерационных установок широкого диапазона мощности;распространение сферы теплофикации на базе паротурбинных, газотурбинных, газо-поршневых и дизельных установок на область средних и малых тепловых нагрузок;оптимальное сочетание централизованного и децентрализованного теплоснабжения с выделением соответствующих зон;максимальное использование возможностей геотермальной энергетики для обеспечения теплоснабжения изолированных регионов, богатых геотермальными источниками (полуостров Камчатка, остров Сахалин, Курильские острова);развитие систем централизованно-распределенной генерации тепловой энергии с разными типами источников, расположенных в районах теплопотребления;модернизация и развитие систем децентрализованного теплоснабжения с применением высокоэффективных конденсационных газовых и угольных котлов, когенерационных, геотермальных, теплонасосных и других установок, а также автоматизированных индивидуальных теплогенераторов нового поколения для сжигания разных видов топлива;совершенствование режимов эксплуатации теплоэлектроцентралей с целью максимального сокращения выработки электрической энергии по конденсационному циклу, вынос ее выработки по условиям экономичности на загородные тепловые станции;изменение структуры систем теплоснабжения, включая рациональное сочетание системного и элементного резервирования, оснащение автоматикой и измерительными приборами в рамках автоматизированных систем диспетчерского управления нормальными и аварийными режимами их эксплуатации, переход на независимую схему подключения нагрузки отопления (вентиляции и кондиционирования) и закрытую систему горячего водоснабжения;совместная работа источников тепла на общие тепловые сети с оптимизацией режимов их функционирования;реконструкция теплоэлектроцентралей, котельных, тепловых сетей и тепловых энергоустановок, проведение теплогидравлической наладки режимов, повышение качества строительно-монтажных и ремонтных работ, своевременное выполнение регламентных мероприятий, оснащение потребителей стационарными и передвижными установками теплоснабжения в качестве резервных и (или) аварийных источников теплоснабжения;разработка нормативной правовой базы, обеспечивающей эффективное взаимодействие производителей тепла, организаций, осуществляющих его транспортировку и распределение, а также потребителей в рыночных условиях функционирования отрасли.2. ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЕ В ТЕПЛОТЕХНИКИ2.1. ОСНОВНЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЯЭнергосбережение в теплотехнике, теплоэнергетике и теплотехнологиях необходимо сориентировать по нескольким основным направлениям: в системах электроснабжения, в вопросах теплообмена, в теплогенерирующих установках, котельных и тепловых сетях, в теплотехнологиях, в зданиях и сооружениях, а также за счет использования вторичных ресурсов и альтернативных источников энергии.Энергосбережение в системах электроснабжения включает системы освещения, электротехники и электроники, электрические сети, электрические машины и аппараты, системы электрохимзащиты оборудования и трубопроводов промышленных предприятий и объектов жилищно-коммунального хозяйства.Энергосбережение в вопросах теплообмена базируется на законах теплопроводности, конвективного, лучистого и сложного теплообмена. Теплотехника – отрасль знаний, изучающая теорию и технические средства превращения энергии природных источников в тепловую, механическую и электрическую энергии, а также теорию и средства использования теплоты для отопления, вентиляции, горячего водоснабжения, технологических нужд промышленности.Энергосбережение затрагивает вопросы интенсификации теплопередачи в теплообменных аппаратах, стационарной и нестационарной теплопроводности при различных граничных условиях, при внутреннем тепловыделении и наличии фильтрации, теплообмена излучением между телами и в газах, при кипении и конденсации.Изучение законов преобразования теплоты в другие виды энергии и теплообмена позволяют постигнуть основы работы различного рода тепловых, теплогенерирующих и теплотехнологических установок, тепловых двигателей и нагнетателей.Энергосбережение в теплогенерирующих установках затрагивает вопросы расчета паровых и водогрейных котельных агрегатов, электродных котлов, гелиоустановок, геотермальных установок, котлов-утилизаторов, теплонасосных установок. Разработка методик расчета теплогенерирующих установок (ТГУ), горения, теплового баланса, топочных камер, конвективных поверхностей нагрева, расхода топлива, позволяют выбрать наиболее экономичный и энергосберегающий вариант работы теплогенератора.Классификация и устройство теплогенерирующих установок, обзор паровых, водогрейных, электродных котлов, гелиоустановок, вопросы эксплуатации котельных агрегатов, топочных устройств, оборудования водо- подготовки, арматуры, контрольно-измерительных приборов и системы автоматики подробно описаны в монографиях.Энергосбережение в производственных и отопительных котельных основывается на проектировании и расчете рациональных тепловых схем котельных для закрытых и открытых систем теплоснабжения, экономии энергоресурсов при работе паровых и водогрейных котельных установок, экономии и сбережения воды в котельной, использовании современных приборов регулирования, контроля, управления и экономии энергоресурсов при эксплуатации котельных.Разработка методик и основных положений работы тепловых схем производственно-отопительных котельных, с паровыми и водогрейными котлами, расчета и подбора теплоэнергетического оборудования (теплообменников, насосов, тягодутьевых машин и др.), определения тепловых нагрузок и расхода топлива, позволяют выбрать наиболее экономичный и энергосберегающий вариант их работы. В монографии [12] подробно описаны тепловые схемы отопительных и производственно-отопительных котельных с паровыми и водогрейными котлами, приведены расчеты этих схем, что позволяет выбрать наиболее экономичный и энергосберегающий вариант их работы.Энергосбережение в тепловых сетях касается вопросов повышения качества воды для систем теплоснабжения, использования современных теплообменников на тепловых пунктах, установки приборов расхода воды и учета теплоты, применения современных технологий тепловой изоляции, замены элеваторных узлов на смесительные установки с датчиками температуры и расхода.В настоящее время следует экономически обосновать и договориться между производителями и потребителями тепловой энергии, администрациями и предприятиями о том, при какой тепловой мощности потребителей экономичнее применять централизованную или децентрализованную систему теплоснабжения.Энергосбережение в теплотехнологиях охватывает разработку критериев энергетической оптимизации при производстве, передаче или сбережения тепловой энергии, баланса теплоты, интенсификации процессов теплопередачи, современных способов сжигания топлива, использования паротурбинных, газотурбинных, холодильных установок, тепловых насосов и тепловых трубок, эффективной тепловой изоляции, разработку методик расчета технико-экономических показателей. Реализация новых и коренная модернизация действующих теплотехнологических систем возможны на базе современных технологических, энергетических, научнометодических и организационных основ.Энергосбережение в зданиях и сооружениях строится на сбережении теплоты в системах отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха.Энергосбережение в зданиях и сооружениях включает в себя различные устройства: вентилируемых наружных стен, вентилируемых окон, трехслойного или теплоотражающего (в инфракрасном излучении) остекления, дополнительного утепления наружных ограждений, теплоизоляции стен за отопительным прибором, застекленных лоджий. Кроме того, для энергосбережения в зданиях и сооружениях возможно применение воздушного отопления от гелиоустановок, а также с использованием теплонасосных установок и энергии низкого потенциала (конденсата, воды, воздуха).В промышленных зданиях и сооружениях в дополнении к этому возможно применение газовых инфракрасных излучателей, периодического режима отопления, локального обогрева рабочих площадок теплотой рециркуляционного воздуха из верхней зоны помещения, прямое испарительное охлаждение воздуха, вращающихся регенеративных воздуховоздушных утилизаторов теплоты.Энергосбережение за счет использования альтернативных (нетрадиционных и возобновляемых) источников энергии опирается на применении солнечных коллекторов и электростанций, тепловых насосов, гелиоустановок, фотоэлектрических и ветроэнергетических установок.Энергосбережение за счет использования вторичных энергоресурсов (ВЭР) требует использования горючих, тепловых и ВЭР избыточного давления. Горючие - отходы технологических процессов термохимической переработки углеродистого сырья, горючие городские и сельскохозяйственные отходы. Тепловые - теплоносители, способные при определенных условиях выделять определенное количество теплоты. ВЭР избыточного давления - газы и жидкости, покидающие технологические аппараты под избыточным давлением и способные передать другому теплоносителю часть накопленной потенциальной энергии перед сбросом в окружающую среду.Энергосбережение за счет использования ВЭР включает утилизацию теплоты уходящих топочных газов и воздуха, установки контактных теплообменников, использование холодильных установок в качестве нагревателей воды, использования теплоты сепараторов пара и пара вторичного вскипания конденсата, рециркуляцию сушильного агента.Для решения задач энергосбережения в теплотехнике, теплоэнергетике и теплотехнологиях нужны высококвалифицированные специалисты, хорошо освоившие принципы проектирования и эксплуатации энергосберегающих технологий и оборудования.В настоящее время, в век компьютерных технологий и программного обеспечения, в каждой организации и предприятии необходима программа энергосбережения и система комплексной диспетчеризации инженерного оборудования.Система комплексной диспетчеризации инженерного оборудования включает:диспетчерский пункт с компьютерами и программным обеспечением, обеспечивающим доступ к технологическим параметрам и единое информационное пространство;энергоэффективные тепловые узлы с датчиками и автоматическими регуляторами температуры, расхода теплоносителя, учета тепловой энергии, учет потребления водопроводной воды;учет потребления электроэнергии всех потребителей; контроль и управление освещением;индикация загазованности, затопления и пожара в помещениях.Система комплексной диспетчеризации инженерного оборудования должна иметь в распоряжении лабораторию энергоаудита с различными метрологическими характеристиками и функциями.2.2 ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ ТЕПЛООБМЕНАСбережение или сохранение тепловой энергии во многом зависит от процессов распространения теплоты в телах и процессов обмена теплотой между телами. Процессы теплообмена являются составной частью тепловых процессов машин, двигателей, аппаратов, ограждающих конструкций зданий и сооружений. В вопросах теплообмена и энергосбережения можно выделить две основные задачи.Определение количества теплоты, которое при заданных условиях проходит из одной части тела в другую или передается от одного тела к другому. Эта задача является главной при расчетах теплообменных аппаратов, теплопередачи через плоские, цилиндрические стенки, определении потерь теплоты через изоляцию и т.п.Определение температуры в различных участках тела, участвующего в процессе теплообмена. Эта задача является важной при расчете деталей машин, ограждающих конструкций, так как прочность материалов зависит от температуры, а неравномерное распределение температуры вызывает появление термических напряжений.Существуют три основных способа переноса тепловой энергии:теплопроводность - перенос теплоты от более нагретых к менее нагретым участкам тела за счет теплового движения и взаимодействия микрочастиц, что приводит к выравниванию температуры тела;конвекция - перенос теплоты за счет перемещения частиц вещества в пространстве и наблюдается в движущихся жидкостях и газах;тепловое излучение - перенос энергии электромагнитными волнами при отсутствии контакта между телами.В большинстве случаев передача теплоты между телами осуществляется одновременно двумя или тремя способами. Например, обмен теплотой между твердой поверхностью и жидкостью (или газом) происходит путем теплопроводности и конвекции одновременно и называется конвективным теплообменом или теплоотдачей. В паровых котлах в процессе переноса теплоты от топочных газов к теплоносителю (воде, пару, воздуху) одновременно участвуют все три вида теплообмена - теплопроводность, конвекция и тепловое излучение. Перенос теплоты от горячей жидкости к холодной через разделяющую их стенку называют процессом теплопередачи. 2.3 ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ И ЗАКОНЫ ТЕПЛОПРОВОДНОСТИТеплопроводность - процесс распространения (переноса) теплоты путем непосредственного соприкосновения микрочастиц, имеющих различную температуру, или путем соприкосновения тел (или их частей), когда тело не перемещается в пространстве. Механизм передачи теплоты, носит молекулярный или электронный характер.В теплофизике и теплотехнике принято считать, что любое тело состоит из мельчайших частиц. В элементах тела, которые подвержены нагреванию, молекулы начинают двигаться, в результате чего возникают упругие волны, которые передаются от большей температуры к меньшей. Это приводит к выравниванию температуры тела. Такой молекулярный перенос теплоты наблюдается в твердых телах, диэлектриках, жидкостях и газах. В металлах к этому явлению добавляется движение свободных электронов, поэтому теплопроводность металлов выше, чем в диэлектриках, жидкостях и газах.