Лекція 1 СТРУКТУРА І ТЕНДЕНЦІЇ РОЗВИТКУ ЕНЕРГЕТИКИ

______________ ЗМІСТ _______ __

ВСТУП .......................................................................................................................................... 3

Лекція 1. СТРУКТУРА І ТЕНДЕНЦІЇ РОЗВИТКУ ЕНЕРГЕТИКИ................. 4

Лекція 2. ПАЛИВНО-ЕНЕРГЕТИЧНІ РЕСУРСИ.............................................. 16

Лекція З. ЕКОЛОГІЧНІ АСПЕКТИ ВИКОРИСТАННЯ ОРГАНІЧНОГО ПАЛИВА В ЕНЕРГЕТИЦІ.................................................................................... 26

Лекція 4. НЕТРАДИЦІЙНІ І ПОНОВЛЮВАЛЬНІ ДЖЕРЕЛА ЕНЕРГІЇ В СИСТЕМАХ ЕНЕРГОПОСТАЧАННЯ ............................................................... 37

Лекція 5. ТЕПЛОВІ ЕЛЕКТРИЧНІ СТАНЦІЇ..................................................... 49

Лекція 6. ВПЛИВ ТЕПЛОВОЇ ЕНЕРГЕТИКИ НА НАВКОЛИШНЄ ПРИРОДНЕ СЕРЕДОВИЩЕ …………………………………………………… 61

Лекція 7. КОМПЛЕКСНІ МЕТОДИ ПІДВИЩЕННЯ ЕНЕРГЕТИЧНОЇ ЕФЕКТИВНОСТІ Й ЕКОЛОГІЧНОЇ БЕЗПЕКИ ТЕПЛОЕНЕРГЕТИЧНИХ УСТАНОВОК …………………………………………………………………… 77

Лекція 8. ПЕРСПЕКТИВНІ НАПРЯМИ ПІДВИЩЕННЯ ЕКОЛОГІЧНОЇ БЕЗПЕКИ ЕНЕРГЕТИЧНИХ ОБ'ЄКТІВ,ЩО ВИКОРИСТОВУЮТЬ ОРГАНІЧНЕ ПАЛИВО …………………………………………………………. 86

Лекція 9. ОРГАНІЗАЦІЙНІ ЗАХОДИ ПІДВИЩЕННЯ ЕФЕКТИВНОСТІ ВИРОБНИЦТВА І ВИКОРИСТАННЯ ЕНЕРГІЇ-АЛЬТЕРНАТИВА ВИРІШЕННЯ ЕКОЛОГІЧНИХ ПРОБЛЕМ ЕНЕРГЕТИКИ ............................. 97

Література ……………………………………………………………………….. 105

______________ ВСТУП__________ ______

Історично склалося, що тривалий час економіка України розвивалася у напрямку переважного розвитку енергоємних галузей промисловості: гір­ничодобувної, металургійної, хімічної, важкого машинобудування, енерге­тики. На першому етапі розвитку це було зумовле­но наявністю відповідних ресурсів, розвиненою інфраструктурою, сприят­ливими кліматичними та гірничо-геологічними умовами. Україна, володіючи достатньо потужним паливно-енергетичним ком­плексом (ПЕК), має в ньому велику частку застарілого, технічно зноше­ного обладнання та устаткування.

Сьогодні проблема енергозабезпечення нашої країни вже переросла в проблему національної безпеки. Від її вирішення безпосередньо зале­жить можливість остаточного подолання внутрішніх і зовнішніх кризо­вих процесів в економіці і політиці.

Людство хвилюють дві проблеми, що безпосередньо пов'язані з енергетикою:

1)На який час вистачить паливно-енергетичних ресурсів (ПЕР)?

2)До якої межі можливе подальше забруднення навколишнього сере­довища?

Щодо першої проблеми прогнози не досить оптимістичні. Нині сві­тове використання енергоресурсів є еквівалентом 30 млрд т умовного палива. За сучасного рівня споживання енергії людству вистачило б ор­ганічного палива на 1000 років. Якщо враховувати, що частка розвіда­них родовищ вугілля в загальногеологічних запасах становить від 4 до 10 %, а нафти - від 15 до 45 %, то цей термін треба скоротити до кількох сотень років.

Розвідані запаси вугілля в Україні становлять понад 47 млрд т. За су­часного рівня видобутку вугілля цього вистачило б на 100 - 200 років. Але технологія видобутку вугілля не відповідає геологічним особливос­тям родовищ, майже 80 % теплових електричних станцій (ТЕС) фізично і морально застаріли, рівень витрат енергоресурсів вищий за рівень їх ви­добутку, збільшується забруднення навколишнього середовища.

Електроенергетика України являє собою потужний, складний та роз­галужений технічний і технологічний комплекс, потенціал якого може, за певних умов, забезпечити виробництво електроенергії, як у валовому ви­рахуванні, так і в питомих показниках на душу населення на рівні бага­тьох розвинутих країн Європи (ФРН, Англії, Італії і т. ін.), але за показ­никами питомого енергоспоживання значно відстає від них.

Актуальним напрямом фундаментальних наукових та теоретичних досліджень є розробка наукових засад модернізації та енерго-екологічної оптимізації циклів ТЕС з використанням сучасних газотурбінних та паро­газових установок, щоб підвищити ефективність перетворення хімічної енергії палива в теплову та електричну енергію.

Мета вивчення дисципліни - систематизація загальних знань про скла­дові частини, технологічні та екологічні аспекти роботи об'єктів, які ви­користовують органічне паливо для виробництва енергії.

 

Лекція 1

СТРУКТУРА І ТЕНДЕНЦІЇ РОЗВИТКУ
__________ ЕНЕРГЕТИКИ____ ______

Роль енергетики в розвитку цивілізації

Перший етап - етап мускульної енергії, почався багато тисячоліть тому і тривав до V-VII ст. н. є. Великим досягненням цього періоду є оволодін­ня… Другий етап (VII—XVII cm.) починається з освоєнням енергії вітру і води. Уже в… Третій етап (від XVIII до початку XXст.) відповідає ширшому засто­суванню вогню, джерелом якого є хімічна енергія…

Енергетика та енергопостачання: основні поняття і визначення

Різноманіття форм існування енергії, властивість їх взаємоперетво­рення дозволяє використовувати для виробництва і споживання енергії різні… Енергетика - галузь народного господарства, що охоплює виробницт­во,… - генерувальні - перетворюють потенційну або хімічну енергію при­родних енергетичних ресурсів на електричну, теплову,…

Паливно-енергетичний комплекс

ПЕК складається з двох основних економічно самостійних галузей: енергетики і паливної промисловості. Енергетична промисловість охоп­лює сукупність… Також існує значна кількість малих систем теплоелектрогенерування,… Його можна розширити за рахунок нетрадиційних і відновлюваних джерел енергії: установок і споруд, які використовують…

Енергогенерувальні потужності

Гідравлічні електростанції, на відміну від ТЕС і АЕС, використову­ють відновлювану первинну енергію у вигляді гідравлічного напору по­току води,… Теплові, гідроелектричні та атомні станції - основні енергогенеруваль­ні… Однією з основних характеристик електростанцій є встановлена поту­жність, що дорівнює сумі номінальних потужностей…

Енергоспоживання як критерій рівня розвитку і добробуту суспільства

Пізнаючи закони природи і створюючи потужнішу техніку, людство за масштабами свого втручання в природне середовище зрівнялося з пла­нетарними… Перед людством сьогодні особливо гостро стоять три важливі взаємо­залежні… Загальне уявлення про світове використання ПЕР за останні сто років дають дані табл. 1.5.

Таблиця 1.5. Використання енергоресурсів у світі

 

Показник
Сумарне енерговикористання, млрд т	0,95	2,86	7,3	17,0	30,0
Населення, млрд осіб	1,62	2,5	3,6	4,6	6,0
Питомі енерговитрати (т у. п. на 1 особу на рік)	0,59	1,16	2,03	3,7	5,0

Особливо актуальні питання взаємодії енергетики і навколишнього середовища для районів і регіонів з підвищеною концентрацією населен­ня і промислового виробництва.

Структура споживання ПЕР.Структура споживання ПЕР відобра­жає так званий паливно-енергетичний баланс (ПЕБ), який характеризує розподіл у відсотках або в еквівалентних одиницях теплоти різних пер­винних енергетичних ресурсів у всіх галузях народного господарства. Порівняльне споживання ПЕР різними країнами (Україною, Великобри­танією і Фінляндією) наведено в табл. 1.6.

Таблиця 1.6. Порівняння структури споживання ПЕР різними країнами (1995 р.)

 

Держава	Розподіл ПЕР, %
Тверде паливо	Нафта	Газ	Ядерне паливо	Інші види	Усього (Мт н.е.*)
Україна						106,5
Великобританія						219,3
Фінляндія						30,8

* Мт н.е. - мегатонна (10⁶т) нафтового еквівалента (І т н.е. = 41,86 ГДж).

Розвиток енергоспоживання визначається двома тенденціями: зрос­танням споживання енергоресурсів на душу населення і зростанням са­мого населення. Зростання споживання енергоресурсів залежить від роз­витку науки і техніки або стану економіки. Якщо в середині XX ст. насе­лення Землі становило 1,7 млрд осіб, то в кінці воно перевищило 6,0 млрд осіб. Очікується, що до середини XXI ст. на Землі буде жити приблизно 10 млрд осіб.

У нинішніх кліматичних умовах і за досягнутого рівня розвитку сільськогосподарського виробництва наша Земля здатна прокормити 15-20 млрд осіб. Якщо припустити, що до кінця XXI ст. населення Землі становитиме 20 млрд осіб, а середнє споживання енергоресурсів на людину досягне нинішнього рівня США (130 тис. кВтгод на рік), то до 2100 р. на Землі буде споживатися ПЕР у 30 разів більше, ніж у кінці XX ст.

Забезпечити високі темпи використання ПЕР можна: розвідкою та ор­ганізацією видобутку традиційних ПЕР і розробкою наукоємних техноло­гій для повнішого й ефективнішого використання джерел, які раніше вважали нерентабельними, розробкою енергоощадних технологій у про­мисловості та опанування нетрадиційних джерел енергії.

Показниками науково-технічного розвитку суспільства і його добробуту є два основні енергетичні критерії - енергоспоживання на душу населення і енергоємність ВВП, сукупність яких адекватно характеризує стан економі­ки держави і добробут його населення. Зазвичай високорозвинені країни вирізняє високий рівень енергоспоживання на душу населення і низька енер­гоємність ВВП (рис. 1.2).

Рис. 1.2. Залежність енергоємності ВВП від його питомого показника для різних регіонів

світу (1995 p.): 1 - Тихоокеанський регіон; 2 - Європейський Союз; 3 - Середній Схід;

4 - середньосвітовий показник; 5 - Латинська Америка; б - Середземномор'я;

7 - Африка; 8 - Азія; 9 - Центральна та Східна Європа; 10 - колишній СРСР

1.6. Енергетика і навколишнє середовище

Виробництво енергії і теплоти на базі використання традиційних ПЕР є унікальним за масштабами матеріального та енергетичного обміну з навколишнім середовищем. Споживаючи величезну кількість природ­них первинних ресурсів у вигляді твердого, рідкого і газоподібного пали­ва, річна витрата якого наблизилася до 14 млрд т н.е. (питомого палива в нафтовому еквіваленті на рік), і кисню повітря - 87,5 млрд т на рік, енер­гетичне виробництво крім вторинної енергії видає кінцевий продукт у вигляді газоподібних і твердих продуктів згорання, а також стічної води.

Екологія й економіка природокористування ще не в змозі повною мі­рою оцінити збиток природному середовищу і народному господарству, завданий цими викидами.

Традиційні способи виробництва теплової й електричної енергії в ко­тельних і ТЕС пов'язані з негативним локальним і глобальним впливом на навколишнє середовище, зумовленим:

- викидом в атмосферу таких шкідливих речовин, як оксиди сірки та азоту, монооксиди вуглецю, тверді частинки золи, канцерогенні органічні речовини, зокрема бенз(а)пірен та ін.;

- викидом величезних кількостей діоксиду вуглецю, що є основним чинником виникнення «парникового ефекту»;

- тепловим забрудненням навколишнього середовища;

- скиданням мінералізованих і нагрітих вод;

- споживанням у великих об'ємах кисню і води;

- забрудненням ландшафту;

- виникненням електромагнітних та електростатичних полів.

Велику роль у згладжуванні енергетичної проблеми і підвищенні жит­тєвого добробуту населення відіграє енергозбереження - один з пріорите­тних напрямів сучасної енергетичної політики. Так, економія 1 т вугілля зменшує викиди золи на 250 кг, оксидів сірки - приблизно на 2 кг, оксидів азоту - на 3 кг, оксиду вуглецю - на 10 кг; економія 1 т мазуту скорочує викиди сірчистого ангідриду на 40 кг, оксиду вуглецю - на 12 кг; економія 1 000 м природного газу зменшує викиди оксиду азоту на 2,5 кг, оксиду вуглецю - на 8 кг. У результаті підвищення ефективності використання ПЕР за рахунок термодинамічних факторів можливе істотне зниження пи­томої витрати палива на виробництво 1 кВттод електроенергії, що підви­щує екологічну безпеку енергетичних об'єктів. Ще актуальнішим є розви­ток ' використання відновлюваних джерел енергії. Останнє особливо важливо в контексті заходів, вжитих міжнародним співтовариством щодо зниження дії «парникового ефекту», і виконання інших зобов'язань, пов'язаних із можливою зміною клімату Землі.

Контрольні питання

2. Характеристика основних систем енергетичної галузі для виробницт­ва електроенергії. 3. Основні поняття для енергетики, енергопостачання, паливно-енергетичного… 4. Основні складові паливно-енергетичного комплексу.

Лекція 2

 

______ ПАЛИВНО-ЕНЕРГЕТИЧНІ РЕСУРСИ_________

 

Природні ресурси

Природні ресурси підрозділяються на дві категорії: відновлювані, які зо­бов'язані своїм походженням сонячній енергії (дощова вода, енергія вітру,… Мінеральні ресурси розміщені нерівномірно, більшість енергетичних ресурсів… Мінеральні ресурси поділяють на дві категорії: до першої належать ресурси, що видобувають у поточний період часу та…

Викопне органічне паливо

Величезний енергетичний ресурс, який становлять усі види органіч­ного палива, підрозділяють на три основні категорії: - потенційні запаси викопного палива, що на сучасному етапі розвит­ку науки і… - доступні, які можливо, але економічно не завжди доцільно добувати;

Таблиця 2.1. Світові енергоресурси

Джерела енергії	Ресурси, ЕДж*
Невідновлювані: ядерна енергія хімічна енергія органічного палива	1,97*106 5,21*105
Невичерпні: термоядерна енергія синтезу геотермальна енергія	3,6*109 2,9*106
Відновлювані: сонячна енергія, що досягає земної поверхні і перетворюється на теплову енергія морських припливів енергія вітру енергія рік біоенергія лісів	2,4*106 2,5*105 6,1*103 1,2*102 1,5*103

*ЕДж - ексаджоуль (10 Дж).

Сучасна технологія дозволяє добувати далеко не всі об'єми ПЕР. Не всі країни мають оптимальне співвідношення між рівнем видобутку ПЕР та їх використанням.

Як видно з табл. 2.1, перспективним є використання альтернативних (відновних і невичерпних) джерел ПЕР. Однак сучасна енерготехнологія ще далека від їх масового застосування. На жаль, людство далеко ще і від вирішення проблем використання термоядерної енергії, загальні запаси якої просто фантастичні - 3,6*10⁹ ЕДж (із нинішнім рівнем енерговитрат їх вистачить на 10 млн років!).

Щодо України, то видобуток ПЕР сьогодні знаходиться у важкому стані, незважаючи на те, що тільки розвідані запаси вугілля тут станов­лять - 47 млрд т. Однак технологія видобутку вугілля не відповідає геоло­гічним особливостям родовищ. Майже 80 % устаткування ПЕК фізично і морально застаріло, рівень витрат енергоресурсів вищий за рівень їх ви­робництва. Спостерігається значний дефіцит усіх видів ПЕР, що наочно демонструють дані табл. 2.2.

Таблиця 2.2. Енергоресурси України: річний видобуток і потреба

Вид палива	Обсяги	Частка забезпечення власними ПЕР, %
використання	виробництва
Природний газ	112 млрд м3	22 млрд м3
Нафта	32 млн т	4,2 млн т
Вугілля	100 млн т	80 млн т
Ядерне паливо	Твели виробляє Росія

Склад і характеристики органічного палива

Наявність баласту, особливо зовнішнього, знижує енергетичну цін­ність палива. Уміст вологи та золи в паливі залежить від його виду (табл. 2.3).

Таблиця 2.3. Основні характеристики палива, що видобувають в Україні

Види палива	Основні характеристики
Вихід лег­ких V,%	Уміст сір­ки Sp, %	Вологість Wр,%	Зольність Ар, %	Теплота зго­рання Q, МДж/кг
Торф	>70	0,1-0,2	30-50	5-23	10,5-14,6
Буре вугілля	>40	0-8	30-40	15-30	10,0-17,0
Кам'яне вугілля	9-50	0-8	5-17	18-30	24,0-29,0
Антрацити	2-9	0-8	5-10	<5	26,0
Напівантрацити	5-9	0-8	<5	<5	28-30

Найсухішими є напівантрацити (W< 5 %), антрацити (5 % < W< 10 %) та кам'яне вугілля (5 % < W^Р < 17 %). Буре вугілля, торф (а також дереви­на) мають найбільшу вологість (до 40 % та більше).

Найменший уміст золи в антрациті та напівантрациті (А^р < 5 %), в окремих видах торфу, а також в деревині. У бурому та кам'яному вугіл­лі вміст золи може сягати 30 % від робочої маси палива та більше.

Уміст кисню в паливі змінюється від 1-2 % (мазут та антрацит) до 15 % (буре вугілля) - 40 % (деревина).

Уміст азоту в твердому паливі не перевищує 1-2 %.

Тепловий ефект або теплота згорання органічного палива залежить від співвідношення між баластом та горючою масою. Горючою масою палива називають ту його частину, яка не має фізичної вологи W^Р та зо­ли A^р. Склад горючої маси палива визначається співвідношенням: С ^г + Н^г + S^г + N^г + О^г = 100 %. Крім внутрішнього баласту N^г та О^г до скла­ду горючої маси входить вуглець С^г, водень Н^г та сірка S^г.

Основна складова - вуглець: чим вищий його вміст, тим більше теп­лоти виділяється під час згорання палива. Зі збільшенням віку палива вміст вуглецю зростає, водню - зменшується.

Якщо вуглець згорає повністю, то утворюється діоксид вуглецю СО₂ і виділяється 32,8 МДж теплоти на 1 кг вуглецю. Якщо процес горіння погано організовано (наприклад, недостає кисню), то продуктом згорання є токсичний оксид вуглецю CO і виділяється всього 9,2 МДж теплоти на 1 кг вуглецю. Уміст вуглецю у твердому паливі - 25-93 % на робочу ма­су, у мазуті - 83-88 %.

Важливою горючою складовою палива є водень, уміст якого колива­ється у твердому паливі від 2 до 5 % , у рідкому - від 10 до 15 %. Кіль­кість теплоти, що виділяється під час згорання (окиснювання) водню, становить 120,8 МДж на 1 кг водню.

Третій горючий елемент - сірка: органічна (у сполуках з воднем, вугле­цем, азотом і киснем) - S_op, колчеданна (у сполуках із залізом) - S_кол, суль­фатна (у вигляді солей сірчаної кислоти CaSO₄, MgSO₄, FeSO₄ та ін.) - S_c.

Властивості твердого палива як горючого матеріалу визначаються його складовими в сухому беззольному стані: А^с + С^с + Н^с + S^c + N^с + О^с = 100 %.

До сухої маси палива входить органічна та колчеданна сірка (s^с = S^с_ор + S^с_кол) .

Якщо колчеданна маса сірки дорівнює нулеві (S^с_кол = 0), то суху масу палива називають органічною.

Сульфатна сірка не є горючою складовою і входить до складу мінераль­них негорючих домішок.

Уміст горючої сірки: у твердому паливі від 0 до 9 %, у мазуті від 0,5 до 4 %. У процесі повного згорання 1 кг сірки виділяється 9,2 МДж теп­лоти. При цьому утворюється токсичний сірчистий ангідрид SO₂ і (у невеликих кількостях) ще токсичніший сірчаний ангідрид SO₃. Їх викиди з продуктами згорання забруднюють повітряний басейн, а в сполученні з водою (водяними парами) є причиною кислотних дощів через утворен­ня відповідних кислот - H₂SO₃ і H₂SO₄ .

Уміст азоту в сухому беззольному стані твердого палива зазвичай становить 1-2 % від маси загальної. Незважаючи на малу кількість, азот -дуже шкідливий компонент, оскільки, згораючи у високотемпературних топках, азотовмісні сполуки утворюють сильнотоксичні паливні оксиди азоту NО та NО₂ (при температурі понад 1200 °С вони утворюються та­кож з атмосферного азоту).

Зовнішнім баластом палива є вологість W і азот N. Фізична вологість твердого палива в робочому стані може перевищувати 50 %. Від неї за­лежить економічна доцільність використання цього паливного матеріалу і можливість його спалювання (наприклад, для перетворення одного кіло­грама води, узятої при температурі 0 °С, на водяну пару кімнатної темпе­ратури потрібно 2,5 МДж теплоти).

Мінеральні домішки, що є в паливі, згораючи, перетворюються на зо­лу та шлак. Відповідно до стандартних норм золу слід вловлювати, транспортувати у відвали або (що доцільніше) утилізувати і використову­вати в народному господарстві.

Важливою характеристикою органічного палива є вихід летких речо­вин (для твердого палива).

Вихід летких речовин Vу відсотках до сухого беззольного стану ви­значають, нагрівши 1 кг палива в закритому тиглі без доступу повітря при температурі 850 ± 10 °С протягом 7 хв, у результаті чого утворюють­ся гази, водяні пари і коксовий залишок. Чим більший вихід летких речо­вин, тобто чим більше сухої беззольної маси перетворюється у процесі нагрівання на горючий газ, тим простіше запалити це паливо і легше під­тримати процес горіння. Органічна частина деревини і горючих сланців у процесі нагрівання майже цілком переходить у леткі речовини (V=70-85%), у той час як в антрацитах V= 3-6%(див.табл. 2.3).

Визначаючи склад твердого і рідкого палива, використовують загаль­ний підхід. Однак якщо для рідкого палива враховують лише органічну сірку (наприклад, що входить до складу метилмеркаптану CH₃S), то в складі твердого палива враховують як органічну S_op, так і колчеданну сір­ку S_KM. Остання може входити до складу різних сполук: магнітного кол­чедану Fe, мідного колчедану CuFeS2 та ін.

Відомо технології попереднього очищення твердого палива від кол­чеданної сірки, що дозволяє вирішувати проблеми безпеки на стадії під­готовки палива до спалювання.

Елементарний склад твердого палива значною мірою залежить від родовища, марки та інших показників.

Кам'яне вугілля підрозділяють на такі марки : довгополуменеве, газове, спільне спікливе, газове масне, мас­не, коксівне, пісне, слабоспікливе.

Зміна елементарного складу, у свою чергу, визначає вибір технології спалювання палива, його енергетичні показники й екологічні характерис­тики топкового процесу.

В Україні для класифікації вугілля використовують систему, спільну для всіх країн СНД. Відповідно до цієї системи вугілля поділяють на три основні види: буре, кам'яне, антрацит.

Буре вугілля характеризується тим, що вища теплота згорання вологої беззольної маси становить менше 24 МДж/кг. Залежно від умісту вологи буре вугілля поділяють на три групи: Б1 - уміст вологи більше 40 %, Б2 -від 30 до 40 %, БЗ - менше 30 %.

Для кам'яного вугілля вища теплота згорання вологої беззольної маси становить більше 24 МДж/кг, а вихід летких речовин під час на­грівання - більше 9 %. Антрацит відзначається малим виходом летких речовин (А^р < 9 %).

Теплота згорання - кількість теплоти, що виділяється під час повного згорання 1 кг (1 м³) палива. Розрізняють вищу робочу Qв^Р і нижчу робочу Qн^Р теплоту згорання.

Вища теплота згорання Qв^Р кількість теплоти, що виділяється під час повного згорання 1 кг твердого, рідкого або 1 м³ газоподібного пали­ва, причому водяна пара, що міститься в продуктах згорання, знаходиться у стані рідини. Нижча теплота згорання Qн^Р менша за вищу Q_B^Р на кіль­кість теплоти, витраченої на перетворення вологи в продуктах згорання з фази рідини на водяну пару.

У країнах СНД нижчу теплоту згорання твердого або рідкого палива підраховують за робочою масою палива відповідно до формули Д. І. Мен­делєєва у кілоджоулях на кілограм

Qв^Р = 339С ^p+ 1 025Н^р- 108,5(О^p - S^p) - 25W^p.

Для порівняльних розрахунків різного палива використовують понят­тя умовного палива.

Умовне паливо - паливо, теплота згорання якого становить 29,35 МДж/кг (7 000 ккал/кг). Дійсні витрати натурального палива у вит­рату умовного переводять множенням витрати цього палива на його еквівалент Е = Qн^Р /29,35 за формулою

B^У/B=Qн^Р /29,35.

Максимальна нижча теплота згорання твердого палива доходить до Qн^Р = 28 МДж/кг, мінімальна становить 10 МДж/кг і нижче (залежно від умісту баласту). Теплота згорання безводних мазутів становить Qн^Р= 39...41,5 МДж/кг.

Штучне рідке паливо отримують, переробляючи нафту. Сиру нафту нагрівають до 300..370 °С, після чого отримані пари розділяють на фракції, що конденсуються при різній температурі t_K: зріджений газ (вихід до 1 %), бензинову (до 15 %, t_K = 30...180 °С), гасову (до 17 %, t_K = 120...135 °С), ди­зельну (близько 18 %, t_K = 180...350 °С). Рідкий залишок з температурою початку кипіння 330...350 °С називають мазутом. Зазначені фракції та залишки у вигляді смол слугують вихідною сировиною для одержання бітуму, гудрону, мастильних матеріалів і (у разі глибокої переробки) па­лива для двигунів внутрішнього згорання і газотурбінних установок.

Рідке та тверде вуглеводневе паливо являє собою складні композиції різних елементів. Тому у розрахунках, пов'язаних із спалюванням цього палива, до уваги беруть його елементарний склад у вигляді суми окремих елементів (табл. 2.3-2.5).

Таблиця 2.5. Характеристика елементарного складу енергетичного рідкого палива

Вид палива	Елементарний склад на горючу масу, %	Зольність, %	Воло­гість, %
Cг Сг	Нг	Oг + Nг	Sг	Ар	Wр
Малосірчис-тий мазут	87,8	10,7	0,8	0,7	0-0,2	0-9
Високосірчис-тий мазут	84,0	11,5	0,5	4,0	0,3	0-9

Дотепер мазут залишається основним рідким енергетичним паливом. Він являє собою складну суміш вуглеводнів, до складу яких входять вуг­лець (С^р = 84-88 %) і водень (Н^р= 10-12 %). Це забезпечує високу тепло­ту згорання мазуту (Qн^Р =40...41 МДж/кг). Баласт мазуту невисокий: A^р= 0,2-0,3 %; W^р= 0,1-1 %. До складу мінеральних домішок А^р входять сполуки ванадію, нікелю, заліза та інших металів. Одним з основних по­казників мазуту є в'язкість (зумовлює можливість його розпилювання залежно від температури) і сірчистість (визначається вмістом сірки: малосірчисті (S^г < 0,5 %), середньосірчисті (S^г< 2 %) і високосірчисті (S^г > 3,5 %). Мазути можуть містити сірки до 4,3 %, що різко ускладнює захист навколишнього середовища, а також устаткування - через кислот­ну корозію газоходів.

Найпоширенішим газоподібним паливом є природний газ, основним компонентом якого (85-98 %) є метан СН₄. До складу природного газу також входять такі горючі складові: важкі вуглеводні C_nH_m, водень Н₂, сірководень H₂S монооксид вуглецю CO баластні гази: СО₂, N₂, SO₂, H₂O та кисень О₂. Теплота згорання природного газу - 31,0...37,9 МДж/кг. Природний газ очищують від сірчистих сполук, але частина їх (переваж­но сірководень) може залишатися.

У процесі видобутку нафти виділяється так званий попутний газ, що містить менше метану, ніж природний, але більше вищих вуглеводнів і тому виділяє під час згорання більше теплоти. Нині актуальною є проб­лема його повного використання в енергетиці і промисловості.

У промисловості й особливо в побуті широко застосовують зрідже­ний газ, отриманий у результаті первинної переробки нафти і супутніх нафтових газів: технічний пропан (не менше 93 % С₄Н₈ та невелика кіль­кість етану + (С₃Н₆)), технічний бутан (не менше 93 % С₄Н₁₀ та невелика кількість пропану + (С₄Н₈)) та їх суміші.

На металургійних заводах у вигляді супутніх продуктів одержують коксовий і доменний гази, які застосовують для технологічних апаратів опалення печей. Іноді (після очищення від сірчистих сполук) коксовий газ використовують для побутового газопостачання. Однак через великий уміст CO (5-10 %) він значно токсичніший від природного газу. Надлишки доменних газів найчастіше спалюють у топках заводських електростанцій.

У районах вугільних шахт своєрідним «паливом» може слугувати ме­тан, що виділяється з шахтних горизонтів під час їх вентиляції. Однак при цьому треба мати на увазі, що концентрація метану в суміші з повіт­рям в діапазоні 5-15 % є вибухонебезпечною.

В останні роки в Україні знову відродився інтерес до газів, що утво­рюються газифікацією твердого палива.

У всьому світі все більше застосовують так званий біогаз - продукт анаеробної ферментації (зброжування) органічних відходів (гною, рос­линних залишків, сміття, стічних вод тощо). Конструкція невеликого фер­ментатора гранично проста: тепло- і гідроізольована яма з гідрозатвором, заповнена розрідженою сировиною (вологість 88-94 %) із плаваючим у ній дзвоном-акумулятором для виведення газу. З 1м³ об'єму при темпе­ратурі 30...40 °С можна одержати близько 1 м³ газу, що складається пере­важно з метану і діоксиду вуглецю з невеликими домішками сірководню, азоту і водню. Рідкі відходи, що утворюються в процесі ферментації, ви­користовують як високоякісні добрива, що містять удвічі більше зв'язаного азоту, ніж вихідна сировина.

Анаеробне зброджування відходів великих тваринницьких комплек­сів дозволяє вирішувати надзвичайно гостру проблему забруднення нав­колишнього середовища рідкими відходами перетворенням їх на біогаз і високоякісні добрива.

Нетрадиційні і відновлювані енергоресурси

Проблему використання нетрадиційних і відновлюваних джерел енер­гії (НВДЕ) у різних галузях народного господарства почали розв'язуватися з другої… Інтерес у всьому світі до НВДЕ зумовлений двома негативними тен­денціями… Особливу роль у виникненні ПЕР на Землі відіграє Сонце. Сонячна енергія протягом мільйонів років була рушійною силою…

Таблиця 2.6. Виробництво теплової та електричної енергії в країнах ЄС на базі нетрадиційних і відновлюваних джерел енергії

Тип НВДЕ	Виробництво енергії, млн т н.е.	Загальні капі­тальні витрати у 1997-2000 pp., млрд доларів	Зниження викидів СОг до 2010 p., млн т/рік
Вітроенергетика	0,350	6,90	34,56	72,0
Гідроенергетика	26,400	30,55	17,16	48,0
Фотоелектрична енергетика	0,002	0,26	10,80	3,0
Біомаса	44,800	135,00	100,80	255,0
Геотермальна енергетика	2,500	5,20	6,00	5,0
Сонячні теплові колектори	0,260	4,00	28,80	19,0
Усього	74,300	182,00	198,12	402,0

Примітка. Теплота згорання 1 т нафтового еквівалента (1т н.е.) - Qн^Р = 41,86 ГДж.

 

Потреба і можливість розвитку в Україні цього напряму зумовлені такими причинами:

- дефіцитом традиційних для України ПЕР;

- дисбалансом у розвитку енергетичного комплексу України, орієнто­ваного, по-перше, на централізоване електро- і теплопостачання та, по-друге, на значне (понад 40 %) виробництво енергії на АЕС у той час, як немає власного виробництва ядерного палива, технологій утилізації і переробки відходів АЕС, а також виробництв для модер­нізації устаткування діючих АЕС;

- наявністю науково-технічної і промислової бази, придатної для виробництва практично усіх видів устаткування нетрадиційної енергетики;

- сприятливими клімато-метеорологічними умовами для викорис­тання основних видів НВДЕ.

Виходячи з географічних, науково-економічних та екологічних фак­торів для України доцільно розглядати використання таких НВДЕ, як енергія Сонця, вітру, біомаси, малих рік, геотермальна енергія, що дозволить знизити спо­живання дефіцитних для України нафтопродуктів (загальний об'єм при­близно 300 млн т у. п./рік) на 5-6 %, зокрема за рахунок використання геліоресурсів - на 1,7 %, вітроенергії - на 2,8 %; геотермальної енергії -на 0,1%; біогазу - на 0,2%; гідроенергії рік - на 0,9% (великих - 0,6%, малих -0,3%).

Вторинні енергетичні ресурси

Класифікація та напрями використання вторинних енергетичних ресурсів

Вторинні енергетичні ресурси можна використати безпосередньо без зміни виду енергоносія (для задоволення потреби в тепловій енергії і па­ливі) або… Багато галузей народного господарства мають у своєму розпоряджен­ні великий… У цих галузях широко використовують теплоту високого, середнього і низького потенціалів. 90 % теплоти високого…

Ефективність використання вторинних енергетичних ресурсів

Можливу кількість утилізованої теплоти для виробництва водяної пари або гарячої води в УУ за рахунок теплових ВЕР визначають за формулою Qt = G(-)(1-), а для виробництва холоду так:

Контрольні питання

2. Викопне органічне паливо та його види. 3. Характеристика енергоресурсів світу та України. 4. Загальний склад органічного палива.

Лекція З

ЕКОЛОГІЧНІ АСПЕКТИ ВИКОРИСТАННЯ ОРГАНІЧНОГО ПАЛИВА В ЕНЕРГЕТИЦІ

Отрута, що не діє відразу,

не стає менш небезпечною.

М. Лессінг

Особливості використання органічного палива

Через інтенсивне використання невідновлюваних паливно-енергетич­них ресурсів планети у XX ст. їх запаси значно зменшилися- У структурі викопного…

Таблиця 3.1. Сумарне світове енергоспоживання

Показник
Сумарне енергоспоживання, млрд т у. п.	0,95	2,86	8,6	17,0	30,0
Населення, млрд осіб	1,62	2,5	3,8	4,6	6,0
Питомі енерговитрати (т у. п. на 1 особу на рік)	0,59	1,16	2,32	3,7	5,0

 

Нафта, природний газ і вугілля спалюють у таких кількостях, що про­дукти їх згорання (шкідливі й токсичні газові викиди та аерозолі) зміню­ють склад атмосфери, забруднюють гідросферу та літосферу- В атмосфе­ру щорічно викидаються десятки мільярдів тонн газоподібних і паротвірних сполук, твердих частинок, склад яких визначається видом і умовами спалювання органічного палива. Це прямо стосується й енергетики Укра­їни. Достатньо для цього проаналізувати загальні дані споживання основ­них видів органічного палива всім ПЕК України (табл. 3.2).

Таблиця 3.2. Споживання органічного палива в Україні станом на 1995 р.

Вид палива	Паливно-енергетичний комплекс	Мала енергетика	Разом
Природний газ, млрд м3 (млн. т у. п.)	124 (142)	74 (85)	198 (227)
Нафта і нафтопродукти, млн т (млн т у. п.)	41 (56)	25 (34)	66 (90)
Вугілля, млн т (млн т у. п.)	128 (90)	77 (34)	206 (124)
Усього, млн т у. п.

Розрізняють повне та неповне згорання палива. У процесі повного згорання вся хімічна енергія палива переходить в теплову, немає хімічної (q₃ = 0) та механічної (q₄ = 0) неповноти згорання і в продуктах згорання, крім азоту та надлишкового кисню, знаходяться тільки оксиди горючих елементів вищих порядків (СО₂, Н₂О, SO₂). Такий склад продуктів зго­рання називають теоретичним.

У процесі неповного згорання (q₃ > 0 та q₄ > 0) до теоретичного скла­ду додаються продукти неповного згорання у вигляді: CO, H₂, СH₄ (якщо згорає природний газ); С та С_xH_y , а також CO (якщо згорає тверде та рідке паливо).

Залежно від співвідношення між кількістю палива та окисника (за­звичай - чисте повітря або повітря, забаластоване продуктами згорання) розрізняють стехіометричне та нестехіометричне горіння.

Стехіометричне горіння визначається подачею в зону горіння теоре­тично потрібної кількості окисника, що називають стехіометричним кое­фіцієнтом, і при цьому коефіцієнт надлишку повітря буде дорівнювати одиниці (= 1,0).

Нестехіометричне горіння може бути, якщо > 1,0 та < 1,0.

Якщо > 1,0, то в продуктах згорання є надлишковий кисень та ок­сиди горючих елементів.

Якщо < 1,0, то в продуктах згорання фіксують нестачу кисню і, крім оксидів вищих порядків, у продуктах згорання будуть продукти не­повного згорання (здебільшого у вигляді CO, Н₂, С_xH_y ), які утворюють так зване відновлюване середовище.

Основне джерело забруднення середовища в теплоенергетиці - газо­подібні продукти згорання органічного палива, що викидаються через димову трубу.

Основа горіння - реакції окиснення горючих складових палива, у ре­зультаті яких вихідні речовини (паливо й окиснювач) перетворюються на компоненти (продукти згорання) з іншими фізичними і хімічними влас­тивостями. Характерною ознакою горіння є процес, що швидко відбувається, супроводжується інтенсивним виділенням теплоти, різким підви­щенням температури й утворенням розжарених продуктів згорання з різ­ним ступенем світності.

Процес горіння газоподібного палива умовно можна розділити на дві стадії: перша - утворення горючої суміші (суміші палива і повітря); друга -нагрівання, запалення і горіння горючої суміші. Складніший процес го­ріння рідкого палива. Початковою стадією є нагрівання, розпилювання і випаровування пального. Краплини та пара пального змішуються з повіт­рям, і горюча суміш випаровується, запалюється і згорає.

У процесі горіння твердого палива в топках енергетичних котлів по­чатковою стадією є подрібнення палива та транспорт аеросуміші до паль­ників факельних топок.

Потрапляючи в топку, частинки твердого палива підсушуються, піді­гріваються. Далі при відповідній температурі леткі виходять, спалахують і вигорають, після чого вигорає коксовий залишок.

Залежно від агрегатного стану палива та окиснювача розрізняють го­могенне і гетерогенне горіння. Якщо агрегатний стан палива й окиснюва­ча однаковий і між ними немає поверхні поділу фаз, то вони утворять го­могенну систему. Якщо ж агрегатний стан палива й окиснювача різний, то вони утворять гетерогенну систему.

Якщо швидкість перебігу хімічної реакції між паливом і окиснювачем значно нижча за швидкість утворення горючої суміші, то підсумкова швидкість процесу горіння лімітується лише швидкістю хімічної реакції, тобто процесами хімічної кінетики. Таке горіння називають кінетичним. Якщо ж швидкість підведення окиснювача до палива менша за швидкість хімічної реакції окиснювання, то сумарна швидкість горіння не залежить від швидкості реакції і лімітується лише швидкістю процесу сумішоутво­рення або процесом дифузії кисню до палива. Таке горіння називають дифузійним.

Закономірності утворення екологічно шкідливих речовин під час горіння палива

Узагальнене рівняння згорання вуглеводню з утворенням теоретично­го складу продуктів згорання має вигляд: ,

Таблиця 3.3. Граничнодопустимі концентрації і показники відносної небезпечності речовин

Речовина	Максимальна разова концентра­ція, мг/м3	Середньодобова концентрація, мг/м3	Відносна небезпечність
Оксид вуглецю
Вуглеводні (неканцерогенні)		1,5	, 2
Нетоксичний пил	0,5	0,15
Оксид азоту	0,4 J	0,06
Діоксид сірки	0,5	0,05
Сажа (кіпоть)	0,15	0,05
Діоксид азоту	0,085	0,04
Формальдегід	0,035	0,003
Свинець	_	0,0003
Бенз(а)пірен	-	0,000001

Ступінь екологічної небезпеки тієї чи тієї токсичної речовини для людини визначається відношенням дійсної концентрації цієї речовини до [ГДК], у повітрі на рівні дихання людини. Це відношення = С/[ГДК], називають токсичною кратністю цієї і-ї речовини. Воно має бути менше одиниці. За наявності у повітрі одночасно декількох токсичних речовин у концентраціях, близьких до біологічного впливу на живий організм, отруйний вплив посилюється, тому наявність таких речовин навіть у кон­центраціях, близьких до [ГДК], недопустима. У зв'язку з цим треба під­сумовувати токсичні кратності таких речовин. Умову екологічної безпеки повітряного середовища визначають зі співвідношення

, (3.9)

де п - кількість токсичних інгредієнтів.

Ефект сумації (спільної посилювальної дії) виявляють: сажа і канце­рогенні вуглеводні; оксиди азоту і канцерогенні вуглеводні; діоксид азоту і формальдегід; оксиди азоту і сірки.

Характеристика шкідливих речовин у продуктах згорання палива і їх вплив на навколишнє середовище

Одночасна дія кількох забруднювальних речовин істотно підсилює їх негативний вплив на людину. Наприклад, імовірність онкозахворювань різко зростає,… Показані на схемі зв'язки на практиці реалізуються, ефект їх дії зале­жить від… У цьому приховано велику небезпеку. Ланцюги дій, які нешвидко проявляються та ведуть до необоротних наслідків, іноді…

Нормування вмісту шкідливих речовин у продуктах згорання органічного палива

Як уже відомо з вищенаведеного матеріалу, у продуктах згорання ор­ганічного палива, передусім у димових газах ТЕС, опалювально-виробничих котелень та інших промислових і транспортних об'єктів міс­титься велика кількість шкідливих для навколишнього середовища ток­сичних речовин. Питомі (табл. 3.5) і валові (табл. 3.6) об'єми викидів теп­лоенергетичних установок залежать від типу палива і потужності об'єкта (останнє стосується тільки валових викидів).

Таблиця 3.5. Питомі показники забруднення атмосфери

Г/кВттод) від згорання органічного палива за даними

  Кам'яне вугілля Буре вугілля Мазут Природний газ SO2 6,0 7,7 7,4 0,002 …   Природний газ (1,9-109м3) Мазут (1,57-106т) … Примітка. Вміст: у мазуті -Sp= 1,6 %; АР = 0,05%; у вугіллі - Sp = 3,59%; АР = 9%.

Таблиця 3.7. Розсіювання і трансформація викидів в атмосфері

 

Речовина	Масштаб трансформації
Відстань, км	Час існування, д
NO		1год
NO2
SO2
HNO,
H2SO4		4-
ПАВ
СН4	У глобальному масштабі	10 років

Залежно від інтегральних особливостей впливу на навколишнє середо­вище всі шкідливі речовини розділяють на 4 класи небезпеки: 1 - надзви­чайно небезпечні (бенз(а)пірен С20Н12); 2 - високонебезпечні (формальдегід СНОН, діоксид азоту NO₂); 3 - помірно небезпечні (сажа С, діоксид сірки SO2, оксид азоту NO); 4 -малонебезпечні (аміак NН3, оксид вуглецю CO).

Концентрацію шкідливих речовин в атмосфері відповідно нормують. Для цього вводять ГДК, характерні для кожної речовини, і визначення, що змінюються залежно від умов, концентрації. Розрізняють такі рівні ГДК:

- граничнодопустима максимальна разова концентрація (ГДК_м.р)
шкідливих речовин у повітрі місцевості, що не викликає протягом
30 хв рефлекторних (спонтанних) реакцій в організмі людини;

— граничнодопустима середньодобова концентрація (ГДКcд) речо­
вини в повітрі місцевості, що шкідливо не впливає на людину
протягом невизначеного тривалого періоду (роки).

Норми граничнодопустимих концентрацій є важливою характеристи­кою контролю рівня забруднень. Вони різняться для різних країн і регіо­нів як установленим рівнем ГДК, так і періодом спостереження відповід­них концентрацій (табл. 3.8).

Таблиця 3.8. Граничнодопустимі концентрації токсичних газів в атмосфері

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Компонента	Країна	Розмір­ність	Концентрація залежно від періоду спостережень
середньо-годинна	середньо­добова	середньо­місячна	середньо­річна
Діоксид сірки SO2	Японія	ррт*	-	0,04	-	-
США	ррт	_	0,14	-	0,03
Німеччина	ррт	-	_ -	-	0,05
Канада	ррт	-	_ 0,06	-	-
Швеція	ррт	-	0,25	-	-
Італія	ррт	-	0,15	-	-
Корея	ррт	0,15	-	-	-
снд	мг/м3	-	-	0,05	-
Діоксид азоту NO2	Японія	ррт	-_	0,04-0,06	-	0,02-0,03
США	ррт	-	-	-	0,05
Німеччина	ррт	-	-	-	0,05
Канада	ррт	-	0,1	-_	-
Фінляндія	ррт	-	0,1	-	-
СНД	mt/mj	-	-	0,04	-

*ррт - "part pro million" (частин на мільйон по об'єму).

Крім того, для промислових підприємств встановлюють ГДК робочої зони (ГДК_р.з).

Граничнодопустимі концентрації встановлюють на рівні дихання людини.

Для характеристики токсичності використовують також показник ток­сичності

, (3.11)

де - імовірність нагромадження м компоненти; - показник впливу на різні об'єкти (крім людини); - показник відносної небезпеки (порів­няно з CO), визначають як

, (3.12)

Характеристики токсичних речовин, що можуть входити до складу продуктів згорання теплоенергетичних установок наведено в табл. 3.9.

Вплив кожної з токсичних речовин визначається рівнем її концентрації в повітрі. Так, якщо концентрація NO2 у повітрі на рівні 150 частинок на мільйон (ррт) або 300 мг/м³, то можливі серйозні захворювання дихальних шляхів людини аж до її загибелі; на рівні 50-100 ррт - небезпечні захво­рювання на бронхіт або запалення легенів; на рівні 5 ррт (10 мг/м³) - шкід­ливо для здоров'я людини.

 

Таблиця 3.9. Екологічні характеристики найбільш імовірних токсичних компонентів у складі продуктів згорання ТЕС

Речовина	ГДК, мг/м3	Клас не­безпеки	Поправки токсичності	Показники ток­сичності
робочої зони	середньо­добова	а,	8,	«і	А,
Оксид вуглецю CO		3,0	IV	1,0	1,0	1,0	і.о
Аміак NH3		0,04	IV	1,0	1,2	8,66	10,4
Оксид азоту NO		0,06	III	1,0	1,6	10,0	15,0
Діоксид сірки SO2		0,05	III	1,0	1,5	11,0	16,4
СажаС		0,05	III	2,0	1,2	17,3	41,5
Діоксид азоту NO2		0,04	II	1,0	1,5	27,4	41,5
Формальдегід СН2О	0,1	0,06	II	1,0	1,2
Метилмеркаптан CH3SH	0,8	9-Ю"6	II	1,0	1,0
Бенз(а)пірен С20Н12	1,5-КҐ*	іо-6	І	2,0	1,0	6,3-105	12,6-105

 

Як уже відзначено, крім нормування ГДК на рівні дихання людини, існує нормування рівня допустимих концентрацій на виході з димових труб ТЕС. Наприклад, для димових газів ТЕС та інших енергетичних і промислових об'єктів ГДК шкідливих речовин установлює відповідність стану повітряного середовища населених місцевостей гігієнічним нормам у найнесприятливіших метеорологічних умовах.

Для котлоагрегатів норми ГДК оксидів азоту NOX у країнах СНД установлюють, виходячи з концентрації кисню в димових газах на рівні 6 %, вони залежать від категорії котлоагрегатів і типу палива .

Для ГТУ сучасні норми ГДК NO_X у країнах СНД становлять 150 мг/м³ у димових газах (вміст у них кисню на рівні 15 %).

 

 

Контрольні питання

2. Характеристика повного і неповного згорання палива. 3. Основні стадії спалювання палива і їх характеристики. 4. Особливості і характеристики спалювання органічних палив.

Лекція 4

Нетрадиційні і поновлювані

джерела енергії в системах енергопостачання.

 

Шляхи пошуку екологічно-безпечної електроенергетики.

Одним з перспективних шляхів вирішення проблеми виходу з енергетичної кризи є залучення до паливно-енергетичного балансу України нетрадиційних… Оцінка потенційних можливостей використання цих видів енергії на території… Електроенергетика України являє собою складну організаційно-технічну систему, численні об'єкти якої (ГРЕС, ТЕЦ, ГЕС,…

Системи перетворення сонячної радіації в електричну й теплову енергію в системах енергопостачання.

Найвідоміший альтернативний ресурс енергії — сонячний. Тепловий потік сонячного випромінювання, який сягає Землі, дуже великий. Він… Серед переваг сонячної енергії — її вічність і виняткова екологічна чистота. Сонячна енергія надходить на всю поверхню…

Використання енергії вітру, морських течій і теплового градієнта температур для одержання електричної енергії.

Вітрові електричні станції

Сьогодні вітроелектричні агрегати надійно забезпечують струмом нафтовиків; вони успішно працюють у важкодоступних районах, на далеких островах, в…   4.3.2. Припливні електростанції (ПЕС)

Геотермальна енергія

Геотермальна енергія (природне тепло Землі), акумульована в перших десятьох кілометрах Земної кори, по оцінці МРЕК-XI досягає 137 трлн. т у.п., що в… Найкращі економічні показники використання з усіх видів геотермальної енергії… Гідрогеотермальні ресурси, використовувані на сьогодні практично, складають лише 1 % від загального теплового запасу…

Можливості застосування біомаси й твердих побутових відходів для виробництва електричної й теплової енергії.

Біомаса – це вуглецевомісткі органічні речовини рослинного та тваринного походження (деревина, солома, рослинні залишки сільськогосподарського… Вироблення енергії з відновлюваних джерел, в тому числі біомаси, динамічно… Україна має значний потенціал біомаси, доступний для отримання енергії – близько 24 млн т у.п./рік та торфу – близько…

Перспективи розвитку нетрадиційних та відновлюваних джерел енергії в Україні.

Відновлювані джерела енергії

Країни ЄС поставили за мету перехід до сталого розвитку. У галузі енергетики вони докладають значних зусиль щодо підвищення своєї енергетичної… Прогнозуючи подальший розвиток економіки й енергетики на основі сучасних… Слід зазначити, що цінність окремих технологій відновлюваної енергетики визначається й тим, яку кількість традиційних…

Біоенергетика

Біоенергетика є однією з найперспективніших складових відновлюваної енерге-тики України. Вона заснована на використанні енергії біомаси —… Сьогодні біомаса — четверте за значенням паливо у світі, яке дає близько 2… Розвиток біоенергетики є дуже актуальним і для України з її значним потенці-алом біомаси, доступної для отримання…

Таблиця 1. Енергетичний потенціал біомаси та торфу в Україні

 

Вид палива	Енергетичний потенціал, млн. т у.п./рік
Солома зернових культур (без кукурудзи) Стебло, початки кукурудзи та зерно Стебло, лушпиння соняшника Біогаз з гною Біогаз зі стічних вод Відходи деревини Біогаз з полігонів твердих побутових відходів Паливні брикети з твердих побутових відходів Рідкі палива (біодизель, біоетанол) Енергетичні культури (верба, тополя, міскантус) Торф   УСЬОГО	5,6 2,4 2,3 1,6 0,2 2,0   0,3   1,9 2,2   5,1 0,6   24,2

 

Технології утилізації біомаси знаходяться на початку свого розвитку в Україні та мають добрі перспективи при комерціалізації в найближчому майбутньому, особливо у світлі різкого підвищення вартості природного газу. На сьогодні Україна споживає де-ревного палива близько 1 млн. т у.п. при традиційному використанні дров для опален-ня приватних будинків, а також у понад 1000 котлів, що встановлені на підприємствах лісової та деревообробної галузей України.

Розпочинати процес широкого впровадження біоенергетичних технологій треба з запровадження сучасних котлів для спалювання відходів деревини, соломи та торфу. Інші технології виробництва енергії з біомаси (біогаз, рідкі палива, енергетичні культури) є не менш важливими і будуть пріоритетними в найближчому майбутньому, але зараз саме котли на біомасі можуть швидко замістити природний газ для виробництва теплової енергії з найнижчими інвестиційними затратами і найко-ротшими термінами окупності проектів.

Виходячи з наявного потенціалу біомаси в Україні, спеціалістами Агентства з від-новлюваної енергетики і НТЦ «Біомаса» розроблена концепція розвитку біоенергети-ки в Україні, що включає майже всі технології отримання енергії з біомаси. Вважаємо за необхідне якомога скоріше розпочати реалізацію цієї концепції у частині, що сто-сується впровадження котлів на біомасі (табл. 5.2). Загальна теплова потужність цього обладнання складає 9000 МВт, що дає можливість замістити до 5,0 млрд. м3/рік спо-живання природного газу і зменшити викиди діоксиду вуглецю майже на 10 млн. т/рік. Повне впровадження цієї концепції є реальним вже до 2015 р.

При питомих інвестиційних витратах 200 грн./кВт для котлів на деревині та торфі й 300 грн/кВт для котлів на соломі вартість обладнання, що необхідне для реалізації запро-понованої концепції, становить 2,4 млрд. грн. Якщо порівняти ці сумарні капіталовкла-дення з коштами, заощадженими на потенційному скороченні споживання природного газу (550 грн/1000 м3 х 5,0 млрд. м3/рік = 2,75 млрд. грн./рік), то видно, що річна економія коштів на придбання природного газу вище, ніж вартість всього парку котлів запропо-нованої концепції. Важливо, що ця економія буде повторюватися із року в рік.

Згідно з прогнозами експертів з Агентства з відновлюваної енергетики та НТЦ «Біомаса», у 2030 р. споживання деревини та деревних відходів для виробництва енергії становитиме близько 13 ТВт*год, а через десять років може досягнути 16,3 ТВт*год/рік. В Україні є достатньо можливостей для нарощування енергетичного потенціалу дере-вини. Уже зараз надходять реальні пропозиції щодо підвищення продуктивності наших лісів до рівня сусідніх країн. Тому можна прогнозувати, що у 2050 році використання деревини зросте до 25 ТВт*год/рік. Зараз для виробництва енергії використовується солома в обсязі, еквівалентному 2 ГВт*год/рік. Прогноз розвитку біоенергетики по-казує, що споживання соломи та стебел для виробництва енергії в 2030 р. буде еквіва-лентним 23 ТВт*год/рік, а в подальшому можна припустити, що цей показник зросте до 50 ТВт*год/рік в 2050-му роцi, що потребуватиме використання до 60% технічно доступних ресурсів.

Вартість біомаси як палива у перерахунку на одиницю енергії (ГДж) суттєво мен-ша вартості природного газу. Так, якщо типова ціна на солому як паливо складає 100 грн./т (при теплотворній спроможності 17 МДж/кг), вартість 1 ГДж енергії складатиме для соломи близько 6 грн./ГДж. При цінах на деревне паливо у 80 грн./т (середня те-плотворна спроможність 10—12 МДж/кг) вартість 1 ГДж енергії складатиме для дере-вини близько 7 грн./ГДж. При цінах на природний газ у 550 грн./1000 нм3 (теплотвор-на спроможність 35 МДж/м3) вартість 1 ГДж енергії складатиме для природного газу близько 16 грн/ГДж. Таким чином, при вказаних цінах солома у 2,6 рази, а деревне паливо у 2,3 рази дешевші за природний газ. Часто місцеве паливо може мати значно нижчу, а в окремих випадках навіть нульову ціну.

Результати техніко-економічного аналізу показують, що виробництво теплоти з біомаси є конкурентоспроможним навіть при використанні зарубіжного обладнання. При застосуванні обладнання українського виробництва терміни окупності складають 1—2 роки для котлів на деревині та 2—3 роки для котлів на соломі.

Для України пріоритетність виробництва теплової енергії з біомаси полягає в тому, що при виробництві теплової енергії в переважній більшості випадків відбува-ється пряме заміщення споживання природного газу (на 100%). Для порівняння, при виробництві електроенергії з відновлюваних джерел заміщається в середньому лише 17% споживання природного газу, оскільки в Україні лише близько 17% електроенергії виробляється з природного газу.

На другому за пріоритетністю місці після впровадження котлів на біомасі сто-їть виробництво біогазу. Ці технології включають отримання біогазу шляхом анаероб-ної ферментації відходів тваринництва (гній, послід) та видобування газу звалищ на полігонах твердих побутових відходів. Біогаз на 50—60% складається з метану і може використовуватися в адаптованих двигунах для виробництва електроенергії або засто-совуватися замість природного газу в промисловому виробництві (наприклад, на це-ментних заводах). Частина розробленої концепції стосовно біогазу наведена у таблиці

Найближчими роками інтенсивно розвиватимуться технології використання біо-газу зі звалищ та очисних станцій, а після 2010 року можна очікувати на ріст виробни-цтва біогазу з відходів тваринництва. Сумарне використання біогазу в 2030 році може становити 10,2 ТВт*год./рік, а у 2050 р. — зрости до 17,4 ТВт*год./рік (технічно мож-ливий потенціал).

При заміщенні споживання природного газу та рідких нафтопродуктів за раху-нок біомаси кошти, що раніше сплачувалися за їхнє придбання і врешті-решт ішли до Росії та Туркменістану, залишаються в регіонах в якості плати фермерам та лісгоспам за поставку біомаси як палива. Ці гроші починають працювати на розвиток регіону та країни в цілому, а не підтримують економіку сусідніх держав. Крім того, впровадження біоенергетичних технологій сприяє створенню значної кількості нових робочих місць в Україні: в середньому 5 робочих місць на 1 МВт встановленої теплової потужності.

 

Відповідно, при встановленні 9000 МВт теплової потужності на біомасі в країні буде створено 45 тис. нових робочих місць, переважно в сільській місцевості. Додаткові ро-бочі місця також будуть створені на заводах з випуску цих котлів.

 

Вітроенергетика

На території України є сприятливі умови для розвитку вітроенергетики. У багатьох регіонах середньорічна швидкість вітру становить 5—5,5 м/с на… Вважається, що досяжна встановлена потужність ВЕС в складі централізованої… У цьому дослідженні прийнято, що в Україні можна побудувати ВЕС сумарною потужністю 16 000 МВт, головним чином, за…

Сонячна теплова енергетика

Часто вважають, що сонячну енергію доцільно використовувати переважно для локального забезпечення гарячого водопостачання в літній період, і… Прогноз темпів впровадження сонячних колекторів на період до 2030 р. прийнято…

Фотоенергетика

З технічної точки зору в Україні існують цілком сприятливі умови для викорис-тання фотоенергетики. Основні потужності (близько 80%) колишнього…  

Геотермальна енергетика

Україна має значний потенціал геотермальної енергії. Найбільш перспективни-ми районами щодо цього є Закарпаття, Крим, Прикарпаття, Харківська,…

Гідроенергетика

Серед відновлюваних джерел енергії гідроенергетика є добре відомим і техноло-гічно опанованим способом виробництва електроенергії. На р. Дніпро… Технічно доступний потенціал гідроенергетики в Україні становить 81 ТВт*год./… В умовах України реальним є розвиток гідроенергетики за рахунок будівництва ГЕС середньої потужності (20—50 МВт), що…

Контрольні питання

1.

 

 

Лекція 5

ТЕПЛОВІ ЕЛЕКТРИЧНІ СТАНЦІЇ

Загальні положення

Електростанції, призначені тільки для виробництва електроенергії, називають конденсаційні. На них установлюють парові турбіни з глибо­ким вакуумом.… Електростанції, призначені для комбінованого виробництва електри­чної і… Якщо для виробництва електроенергії використовують конденсаційні установки, а теплову енергію для теплопостачання…

Типові схеми ТЕС

Принципову теплову схему ТЕС з поперечними зв'язками показано на рис. 5.1. У котли 1 живильну воду подають із загальної магістралі 6, а свіжа пара… Рис. 5.1. Принципова схема ТЕС з поперечними зв'язками: 1 - котел; 2 - турбіна;

Технологічна схема теплової електростанції

Сучасна електростанція - це складне підприємство з великою кількі­стю різних видів устаткування. Послідовність одержання і використання водяної пари і перетворення одних видів енергії на інші можна просте­жити на прикладі технологічної схеми ТЕС, яка працює на твердому па­ливі (рис. 5.3).

Паливо (вугілля), яке надходить на ТЕС, вивантажують з вагонів 14 розвантажувальними пристроями 75 і подають крізь дробильне примі­щення 12 конвеєрами 16 в бункер сирого палива або до складу 13 резерв­ного палива. Вугілля розмелюють у млинах 22. Вугільний пил через се­паратор 7 і циклон 8 з пилових бункерів 6 разом з гарячим повітрям, що подають вентилятором 20, надходить у топку 21 котла 9. Високотемпера­турні продукти згорання, які утворюються в топці, рухаючись по газохо­дах, нагрівають воду в теплообмінниках 10 (поверхні нагріву) котла до стану перегрітої пари. Пара, розширяючись на ступенях турбіни 2, обер­тає ротор турбіни і з'єднаний з ним ротор електричного генератора 1, у якому збуджується електричний струм. Вироблена електроенергія за до­помогою підвищувальних трансформаторів 30 перетворюється на струм високої напруги і передається споживачам. У турбіні пара розширюється і охолоджується. Після турбіни пар надходить до конденсатора 28, у яко­му підтримують вакуум. Воду в конденсатор подають з природного або штучного джерела 24 циркуляційними насосами 25, розміщеними в насос­ній станції 23. Отриманий конденсат насосами 32 перекачують через установку знесолювання і підігрівники низького тиску (ПНТ) 31 в деае­ратор 4. Тут при температурі, близькій до температури насичення, вида­ляються розчинені у воді гази, що спричинюють корозію обладнання, і вода підігрівається до температури насичення. Втрати конденсату (виті­кання через неякісні ущільнення в трубопроводах станції або в лініях споживачів) поновлюють за рахунок хімічно очищеної в спеціальних установках 29 води, що додають у деаератор. Дегазовану і підігріту воду (живильну воду) подають живильними насосами 27 в регенеративні піді­грівники високого тиску (ПВТ) 26, а потім у котел. Цикл перетворення робочого тіла повторюється. Під робочим тілом розуміють пару і воду, яку одержують спеціальною обробкою. Охолоджені в теплообмінниках 10 продукти згорання очищують від золи в золовловлювачах 19 і димосо­сом 17 через димову трубу 11 викидають в атмосферу. Уловлену золу і шлак по каналах 18 гідрозоловиведення направляють на золовідвал. Ро­боту ТЕС контролюють з пульта керування 3. Підвищення потужності і параметрів (тиску, температури) робочого тіла можливе завдяки застосу­ванню проміжної перегрітої пари.

Теплоелектроцентралі. Міні-ТЕЦ.

Теплофікація і централізоване теплопостачання

Разом з цим існують теплофікаційні ТЕС, на яких одночасно вироб­ляють як електричну, так і теплову енергію у вигляді технологічної або побутової… На рис. 5.4 показано принципову теплову схему найпростішої ТЕЦ, яка одночасно…

Графіки електричних і теплових навантажень

Електричні станції працюють найчастіше паралельно в енергетичній системі, покриваючи загальне електричне навантаження системи і одно­часно теплове… Загальне електричне навантаження промислового району складаєть­ся переважно з… Складові частини загального навантаження змінюються як протягом доби, так і протягом року. Для п'ятиденного робочого…

Техніко-економічні показники ТЕС. Оцінка економічності роботи теплової електростанції

Теплова економічність КЕС, яка виробляє тільки електроенергію, ха­рактеризується ККД станції, який являє собою співвідношення виробле­ної… , (5.6) обо

Контрольні питання

2. Типові схеми ТЕС. 3. Особливості технологічної схеми ТЕС, що працює на твердому паливі. 4. Особливості реалізації циклу Ренкіна.

Лекція 6

ВПЛИВ ТЕПЛОВОЇ ЕНЕРГЕТИКИ

НА НАВКОЛИШНЄ ПРИРОДНЕ

  Через негативний вплив енерговиробництва, яке постійно зростає, у багатьох… 1. Басейни рік, які протікають у густонаселених районах, вийшли з природного стану і перетворилися в транспортні,…

Газові та аерозольні забруднювальні викиди та їх шкідливий вплив

До забруднювальних газових і аерозольних викидів об'єктів енерге­тики належать викиди різного характеру, які порушують рівновагу при­родного середовища в локальних (місцевих), регіональних і глобальних масштабах, а також умови проживання живих організмів.

Найбільш імовірні газові та аерозольні забруднювальні викиди енер­гетичного об'єкта наведено в табл. 6.1.

Таблиця 6.1. Основні види газових і аерозольних забруднювальних викидів енергетичних об'єктів

Паливо	Аерозолі	Гази
Зола	Сажа	СО2	H2O	NO2	SO2	NO	СО
Природний газ	_	_	+	+	+	_	+	+
Мазут	+	+	+	+	+	+	+	+
Вугілля	++	+	+	+	+	+	+	+

У табл. 6.1 використано умовні позначення, які характеризують імо­вірність появи тих або тих викидів під час спалювання різних видів пали­ва: «++» - дуже висока; «+» - висока; «-» - низька або немає.

Під час спалювання рідкого і твердого палива відбуваються викиди у вигляді твердих частинок, які, потрапляючи в атмосферу, утворюють так звані аерозолі. Аерозолі можуть бути нетоксичними (зола) і токсичними, наприклад частинки вуглецю, на поверхні яких може адсорбуватися бенз(а)пірен (С₂₀Н₁₂) - сильнодіюча канцерогенна сполука.

Газові викиди також можуть бути токсичними (NO2, SO2, NO, CO та ін.) і нетоксичними (СО₂ і Н₂О). Усі триатомні гази (Н₂О, NO₂, SO₂ і особливо СО₂) належать до «парникових газів», тому що вони характеризуються селективною поглинальною спроможністю в інфрачервоній області теп­лового випромінювання і сприяють утворенню парникового ефекту.

Газові викиди, потрапляючи в атмосферу, чинять складний фізико-хімічний (на першій стадії) і біологічний (на наступних стадіях) вплив на живі організми і насамперед на людину, рівень і характер якого залежить від їх концентрації в повітрі (рис. 6.2).

Рис. 6.2. Залежність ступеня ризику для людини від концентрації токсичних газів в атмосфері: 1—4 - фази впливу; с. р. - ступінь ризику; к. с. р. - критичний ступінь ризику

Як видно з рис. 6.2, зі зростанням концентрації токсичних газів по­ступово підвищується ступінь ризику (перші три фази), різко підвищую­чись на четвертій - останній фазі.

Визначальні концентрації, які зумовлюють трансформацію ступеня ризику (с.р.), залежать від виду токсичного викиду (табл. 6.2). Концент­рація токсичного газу наприкінці четвертої фази визначає критичний ступінь ризику (к.с.р., рис. 6.2) - небезпечний для життя рівень через ко­роткочасний вплив.

Таблиця 6.2. Дія деяких токсичних газоподібних речовин на людину

Тривалість і характер впливу	Вміст у повітрі, мг/м3
CO	SO2	NOx
Декілька годин без помітної дії Ознаки легкого отруєння або подразнення слизових оболонок через 2-3 год Можливе серйозне отруєння через 30 хв Небезпечно для життя, якщо вплив короткочасний	15...575 2 300...3 500   5 700	210...400   1 600

Сукупний вплив газових і аерозольних викидів енергетичних об'єктів може призвести до появи різних шкідливих екологічних ефектів, зокрема кризових ситуацій у біосфері. До останніх належать: погіршення прозо­рості атмосфери (локальний і регіональний характер), утворення опадів і кислотних дощів (локальний і регіональний характер), парниковий ефект (регіональний і глобальний характер).

Погіршення прозорості атмосфери і фотохімічний смог.Прозо­рість атмосфери, установлену візуальними спостереженнями, у метеоро­логії визначають параметром, що називають «дальність бачення». Даль­ність бачення являє собою максимальну відстань у заданому напрямку, на якому неозброєним оком у денний час ще можна побачити і розрізни­ти рельєфний темний предмет, який знаходиться над лінією обрію.

Наявність в атмосфері звичайних для промислових міст аерозолей, діоксидів вуглецю, сірки і азоту в сполученні з підвищеною вологістю зменшує дальність бачення, що знижує на 20-50 % кількість сонячних днів (порівняно із сільськогосподарськими районами), зменшує інтенсив­ність ультрафіолетового випромінювання (наприклад, у Парижі на 25-30 %, Берліні на 17-23 % порівняно з прилеглими сільськогосподарськи­ми районами). Усе це порушує рух і спричиняє аварії автомобільного, морського і повітряного транспорту, знижує врожайність сільськогоспо­дарських культур і змінює мікроклімат.

Основні забруднювачі, які впливають на прозорість атмосфери:

- викиди, що містять пил, дим, сажу та інші тверді частинки, які по­значаються як загальна кількість аерозолю (ЗКА);

- SO2 та інші газоподібні сполуки сірки, які швидко реагують в атмосфері, створюючи сполуки сульфату і сірчаної ки­слоти, що знаходяться у вигляді аерозолю;

- NO і NO₂, які реагують, утворюючи нітрат і HNO3 у вигляді части­нок, які входять до складу аерозолю (за певних умов червоно-бурий колір NO2 може стати причиною зміни кольору димових ви­кидів і появи бурої димки в міських районах);

- фотохімічне забруднення повітря, пов'язане з утворенням у ре­зультаті фото-хімічних реакцій шкідливих аерозолей з частинками субмікрометрових розмірів.

Є й інші забруднення, які впливають на прозорість атмосфери.

Висота шару перемішування викидів з атмосферним повітрям, тобто відстань, протягом якої відіграють активну роль природні, що виникають біля поверхні землі, або примусові турбулентні течії, також впливає на концентрацію забруднювальних речовин, які генеруються на поверхні. Чим інтенсивніше перемішування і чим на більшій висоті, за інших рів­них умов, воно відбувається, тим менша концентрація твердих частинок і вища прозорість атмосфери.

Природа впливу відносної вологості складніша, оскільки вона пов'язана з хімічним впливом на матеріал частинок, наявних в атмосфері. Багато забруднювальних матеріалів, а також частинок природних аерозо­лів гігроскопічні: вони поглинають воду, збільшуючись у розмірах, почи­наючи виявляти гігроскопічні властивості і розм'якшуватися при віднос­ній вологості 70-80 %. У результаті з частинок може виникнути щільна димка ще до того, як відбудеться повне насичення з утворенням справж­нього туману або водяних крапель.

Діоксид азоту NO₂ за наявності в атмосфері вуглеводів С_ХH_У у визна­чених погодних умовах може стати джерелом ще однієї кризової екологі­чної ситуації, яку називають «смогом», що вперше був зафіксований у вигляді лос-анджелеських туманів у 1948-1959 pp.

Природа цього явища полягає в тому, що від ультрафіолетового опромінення діоксиду азоту в атмосфері перебігають хімічні реакції з утворенням оксиду азоту NO і озону О3. Надлишковий уміст у повітрі ок­сиду азоту може ініціювати процес розкладання озону.

За наявності в атмосфері вуглеводнів С_ХНу, відбувається їх окиснення з утворенням альдегідів, нітратів тощо. Окис азоту перетворюється на двоокис, з'являється озон, а також пероксіацетилнітрат (PAN). З'єднуючись, О₃, NO₂ і PAN утворять фотохімічні оксиданти, які є однією з причин фотохімічного смогу.

Сполуки, які утворюються при цьому, токсично діють на людину, призводячи до порушення серцево-судинної діяльності, отруєння дихаль­них шляхів та інших захворювань організму.

Утворення опадів і кислотних дощів.Ці процеси також пов'язані з наявністю в атмосфері аерозолів і оксидів SO₂ та N0₂ Кліматичний цикл випадання опадів має життєво важливе значення для всього людства. Ве­ликомасштабні впливи на процеси утворення опадів можуть зумовити дуже серйозні наслідки. Виявом таких впливів є кислотні дощі, які мають низькі значення рН*. Зміна значення рН опадів може викликати багато проблем, пов'язаних з біосферою; аналізу цих проблем на кількісному рівні приділяють велику увагу й інтенсивні дослідження.

У нижніх шарах атмосфери постійно наявні водяні пари і гігроскопі­чні солі (наприклад, морська сіль). Частинки гігроскопічних солей вико­нують роль ядер конденсації (ЯК). У процесі насичення вологою ЯК на­бухають і змінюють свої розміри від декількох мікрометрів до декількох міліметрів.

У теплих хмарах є тільки ЯК, їх концентрація може досягати від 1 до 100 ЯК/см³.

У холодних хмарах крім ЯК можуть бути і ядра замерзання (ЯЗ), кон­центрація яких досить мала - до 10ЯЗ/см.

Тому механізм утворення опадів у теплих і холодних хмарах різний. У теплих хмарах визначальним є процес осідання великих ЯК і їх зітк­нення з дрібними ЯК (коагуляція). При цьому зменшується концентрація ЯК і збільшується їх діаметр, а також можливий поділ великих ЯК на дрібні під аеродинамічним впливом (наприклад, за рахунок турбулентно­сті) і повернення системи в початковий стан або випадання ЯК з хмари у вигляді дощових крапель.

Механізм утворення опадів у холодній хмарі пояснюється дією ефек­ту переохолодження ЯК (температура переохолодження може досягати мінус 40 °С) і наявності градієнта тиску пари води поблизу поверхні час­тинок ЯК і ЯЗ. У зв'язку з вищим парціальним тиском пари води у повер­хні ЯК відбувається дифузійне перенесення вологи до поверхні ЯЗ. При цьому зростає розмір ЯЗ і можливе їх перетворення на снігові пластівці, які, випадаючи, можуть утворювати дощ (проходячи через теплі шари атмосфери), град чи снігопад.

Викиди енергетичних об'єктів у вигляді SO₂ або NO₂ не змінюють природний механізм утворення опадів, але змінюють умови утворення ЯК і ЯЗ. Це пов'язано з тим, що, потрапляючи в атмосферу, оксиди сірки й азоту утворять відповідні кислоти і солі.

Солі сірчистої (сульфіди) й азотної (нітрати) кислот, які характеризу­ються високою гігроскопічністю, є додатковим джерелом генерування ЯК і ядер вимивання, що може бути причиною порушення природного циклу утворення опадів.

Атмосферні забруднення впливають на процеси, які відбуваються в теплій хмарі, таким чином. По-перше, додаткове введення дрібних гігро­скопічних частинок у хмару може збільшити концентрацію ЯК, інтенси­фікуючи утворення крапель у хмарі й водночас зменшуючи їх розмір. Збільшення кількості маленьких крапель переважно знижує

* рН - так зване водневе число, за допомогою якого якісно оцінюють кислотність середовища. Для рН = 7 середовище вважають нейтральним, для рН > 7 - лужним і для рН < 7 - кислотним.

ефективність процесу утворення опадів. По-друге, атмосферні забруднення можуть збіль­шити

кількість великих ЯК. Завдяки цьому відбувається більш ефектив ний механізм утворення опадів за рахунок зіткнення. Отже, атмосферні забруднення можуть як прискорювати, так і уповільнювати утворення опадів.

Атмосферні забруднення можуть впливати на процес утворення опа­дів у холодних хмарах так само, як і в теплих хмарах, тобто підвищувати концентрацію ЯЗ. Незначне збільшення кількості ЯЗ, наприклад під час розсіювання хмар, інтенсифікує процес утворення опадів унаслідок зрос­тання швидкості нагромадження частинок розміром, потрібним для випа­дання. Однак значне збільшення кількості ЯЗ може спричинити «переза-сів», коли утвориться надлишок частинок льоду і ймовірність утворення частинок потрібного розміру зменшується.

Важливішим є вплив атмосферних забруднень на хімічні процеси, які відбуваються під час утворення опадів. Це пов'язано із захопленням за­бруднювачів краплями і частинками опадів. Основний ефект полягає в зниженні рівня рН опадів унаслідок нагромадження кислих сполук.

Залучення забруднювальних речовин у процес утворення опадів у хмарі може відбуватися за рахунок дифузії забруднень до крапель. Цей процес, що називають внутрішньохмарним вимиванням, унаслідок знач­ної тривалості контакту є найважливішим для захоплення забруднень, особливо, якщо вони рівномірно розподілені в атмосфері. Якщо опади проходять через забруднений шар атмосфери, нагромадження кислотних забруднень називають процесом підхмарного вимивання. Він може віді­гравати істотну роль за наявності сильно забруднених шарів поблизу по­верхні Землі.

Газові викиди, які містять сірку, можуть призвести до нагромадження в опадах як газоподібного SO₂, так і сульфатів або сірчаної кислоти у ви­гляді аерозолю. У результаті кислотність опадів значно зростає.

Оксиди азоту, зокрема NO і NO₂, в атмосфері окиснюються в нітрати і HNO3, у результаті нагромадження яких в осадах також зменшується рН.

Уперше з проблемою випадання опадів з низьким рН зіткнулися в Скандинавії наприкінці 60-х років XX ст. Спричинило це явище, яке на­звали «кислотний дощ», значне збільшення викидів забруднень, що міс­тять сірку, в інших частинах Європи, хоча певну роль відіграли і місцеві викиди. У багатьох районах підвищена кислотність опадів значно не впливає на властивості грунтів і води, тому що значна буферна спромож­ність грунту дозволяє компенсувати зміни рН опадів. Однак малопотужні льодовикові грунти, характерні, наприклад, для Нової Англії і Скандина­вії, не мають достатню буферну спроможність. Тоді опади з низьким зна­ченням рН можуть змінити грунт, що, у свою чергу, може змінити рН і хімічний склад води у водоймах. Хімічні зміни в грунті й у воді - потен­ційні джерела можливих змін у біосфері.

Руйнування озонового шару.Озон Оз, який міститься в атмосфері, крім токсичного впливу (у підвищених його концентраціях) на живі орга­нізми, зокрема й на людину, виконує і помітну захисну функцію. Нагро­маджуючись у верхніх шарах атмосфери, він утворює озоновий шар, який захищає поверхню Землі від космічного випромінювання.

Зменшення товщини озонового шару і подальше його зникнення при­зводить до утворення так званих «озонових дір» в атмосфері, у результаті чого різко збільшується інтенсивність космічного випромінювання, що потрапляє до поверхні Землі. Природу появи і зникнення озонових дір в атмосфері ще недостатньо вивчено. Один з можливих механізмів руйнації озонового шару може визначатися його високою хімічною активністю і насамперед можливістю хімічної реакції озону Оз з монооксидом азоту NO з утворенням діоксиду азоту NO2 і кисню Ог.

Зменшення озонового шару та збільшення космічного випромінюван­ня може спричинити незворотні негативні наслідки у вигляді мутації і переродження живих організмів: канцерогенні захворювання людей від підвищеної дози космічного опромінення, зниження народжуваності на­селення і погіршення врожайності сільськогосподарських культур.

Тепловий вплив об'єктів енергетики на навколишнє середовище

Прямий тепловий вплив визначається тепловими викидами в біосферу, його рівень залежить від об'ємів спалених паливно-енергетичних ресурсів. Практично вся хімічна енергія спалюваного органічного палива пере­творюється… Основне природне джерело теплової енергії - со­нячна енергія - становить 2,4-10б ЕДж/рік. Отже, розмір антропогенного…

Шумовий вплив об'єктів теплоенергетики на навколишнє середовище

Звук - це пружні хвилі, які поширюються в пружному середовищі у вигляді різних коливань. Зона середовища, у якій поширюються звукові хвилі,… Під впливом коливань у звуковому полі навколишнього середовища виникають… Різниця між миттєвим повним тиском у точках звукового поля і серед­нім тиском, який спостерігають у незбуреному…

Негативний вплив на навколишнє середовище підстанцій і ліній електропередач

У районах розміщення електричних мереж і підстанцій виникають електростатичні та електромагнітні поля різної напруженості, рівень якої може бути… Розрізняють такі види впливу електричного поля на людину: 1. Безпосередній вплив, що виявляється під час перебування в елект­ричному полі. Ефект його підсилюється зі…

Основні напрями підвищення енерго-екологічної ефективності об'єктів теплоенергетики

- використання природоохоронних заходів та застосування заходів щодо енергозбереження; - застосування екологічного моніторингу; - стимулювання розвитку наукових досліджень і практичного викори­ стання новітніх наукових досягнень і…

Екологічна експертиза та енерго-екологічний моніторинг паливоспалювальних енергооб'єктів

Екологічна експертиза енергооб'єктів - це система заходів щодо встановлення відповідності діяльності енергооб'єктів законодавству про охорону… До об'єктів екологічної експертизи належать також проекти законо­давчих та… Екологічній експертизі можуть підлягати також ситуації, що склалися або можуть скластися в окремих населених пунктах і…

Контрольні питання

2. Характеристика газових і аерозольних викидів ТЕС. 3. Ступінь ризику і дія токсичних газових викидів ТЕС на людину. 4. Сукупний вплив газових і аерозольних викидів енергетичних об'єктів на навколишнє середовище.

Лекція 7

КОМПЛЕКСНІ МЕТОДИ ПІДВИЩЕННЯ ЕНЕРГЕТИЧНОЇ

ЕФЕКТИВНОСТІ Й ЕКОЛОГІЧНОЇ БЕЗПЕКИ

ТЕПЛОЕНЕРГЕТИЧНИХ УСТАНОВОК

Фактори і показники, що визначають енерго-екологічну ефективність теплоенергетичних об'єктів

Питомий показник у вигляді відношення М, до валового об'єму димо­вих газів V1 (Сi = Mi/V1 - концентрація конкретної домішки в димових га­зах) треба… Застосування критерію екологічної безпеки у вигляді відношення Мi, до… Найбільш універсальним показником екобезпеки є критерій, який ви­значають як відношення валового викиду шкідливої…

Таблиця 7.1. Фактори впливу і параметри екологічної небезпеки ТЕС

 

 

Фактор	Параметр екологічної небезпеки
Теплове забруднення	Н2О	со2	so2	V2O5	Тверді викиди	СxНyОz,	NOx
Термодинамічний	+	+	+	+	±	+	±	±
Паливний		±	±	±	±	+	+	+
Технологічний: горіння очистка і пере­робка палива очистка димових газів		±	±   +	+   +	+	±   +   +*	±   +   +*	±     +
Експлуатаційний	+					±	+	+
Група параметрів	(1)	(2)	(3)	(4)	(5)	(6)	(7)

Примітка. (±) - реверсивний вплив; (+) - позитивний вплив; (0) - немає або ма­лий вплив; (*) — отруєння каталізатора.

Кожний з визначених факторів має свої особливості з погляду умов забезпечення екологічної безпеки.

Термодинамічний фактор є найуніверсальнішим. Він впливає на всі параметри і показники екологічної небезпеки. Він є самоокупним, тому що витрати на його реалізацію компенсуються економією палива, якщо рівень виробленої теплової та електричної енергії незмінний.

Паливний фактор також характеризується високою універсальністю (слабкий вплив лише на теплові викиди) і за певних умов визначає знач­ний вплив на ряд екологічних показників. Можливості його використання залежать від наявності відповідних природних паливно-енергетичних ре­сурсів, економічної та політичної ситуації, що склалася в регіоні.

Обидва зазначені фактори характеризуються реверсивністю впливу, тобто можуть поліпшувати або погіршувати екологічну ситуацію. Ревер-сивність характерна і для інших впливів.

Технологічний фактор є менш універсальним порівняно з двома по­передніми і залежно від особливостей використання може бути мало- (під час удосконалювання технології спалювання палив) або багатозатратним (під час використання технологічних прийомів переробки палива або очищення димових газів).

У свою чергу, залежно від комбінації результативних прийомів впли­ву на параметри забруднення навколишнього середовища параметри еко­логічної небезпеки можна умовно розподілити на сім характерних груп, виходячи з повноти реалізації визначальних факторів.

У розробці програм забезпечення екологічної безпеки енергетичних об'єктів ще не повною мірою використовують термодинамічний і палив­ний фактори.

Вплив термодинамічного фактора на показники екологічної безпеки ТЕС

(7.2) Співвідношення (7.2) справедливе для всіх параметрів екологічної небезпеки,…

Сучасні тенденції підвищення коефіцієнта корисної дії теплових електростанцій

Основною тенденцією поліпшення енерго-екологічної ефективності ГТУ є підвищення початкової температури циклу до 1 200... 1 300 °С (із доведенням… Фірма Siemens розробила типорозмірний ряд ГТУ серії «V» потужніс­тю від 70 до… Таблиця 7.2. Типорозмірний ряд ГТУ і ПГУ фірмиSiemens Модель V64. ЗА V84. 2 V84. ЗА …

Технологічні і паливні фактори впливу на екологічну безпеку

Особливо чутливим є ефект від комплексної реалізації технологічно­го і паливного факторів разом з термодинамічним впливом. Якщо макси­мальний ефект… Характер спільного впливу термодинамічного і технологічного фак­торів… Крива 1 на рис. 7.3 відображає тенденцію зниження питомого показника твердих викидів Ьтл на ТЕС за рахунок одночасного…

Експлуатаційні фактори впливу на екологічну безпеку енергетичних об'єктів

Експлуатаційні фактори визначаються режимом і умовами експлуа­тації. Вони стають особливо вагомими із збільшенням терміну служби устаткування за… Відповідно до даних табл. 7.1, експлуатаційні фактори характеризу­ються… У разі теплового забруднення навколишнього середовища експлуатаційні фактори впливають тільки на концентровану…

Контрольні питання

2. Перелік основних факторів впливу на екобезпеку енергооб'єкта. 3. Характеристики впливу термодинамічного фактора. 4. Зазначення принципу екологічної рівноваги.

Лекція 8

8.1. Конверсія органічного палива Органічна речовина вугілля (ОРВ) являє собою складний тривимір­ний природний… Методи конверсії твердого палива ґрунтуються на його термохімічній переробці, у результаті якої можна отримати…

Парогазова установка з внутрішньоцикловою газифікацією вугілля

Газифікатор, що працює під тиском, органічно вписується в схему ТЕС, яка працює за парогазовим циклом. Це пояснюється наявністю в циклі потрібної… Парогазовий цикл з газифікацією вугілля можна умовно поділити на чотири… 1) виробництво паливного газу за рахунок реагування вугілля з висо­котемпературною парою або повітрям (або чистим…

Газопарові установки

Прагнення поєднати переваги і зменшити недоліки традиційних цик­лів ГТУ і ПТУ зумовило створення бінарних парогазових установок (БПГУ), подальший… Щодо цього перспективними є ГПУ, у яких замість газової та парової турбіни…  

Теплові електричні станції на базі паливних елементів

- перетворення хімічної енергії (ХЕ) палива на потенційну енергію (ПЕ) робочого тіла в котлі або камері згорання; - перетворення ПЕ на кінетичну енергію (КЕ) робочого, тіла у соп­ловому апараті

Підвищення параметрів циклів ПТУ

Успіх реалізації цього напряму багато в чому визначається розвитком технологій одержання дешевих сплавів, які характеризуються високою… Розроблені останнім часом модифіковані феритні сталі разом з вико­ристанням… Для підвищення початкових параметрів пари існують також обме­ження термодинамічного характеру на початковий тиск.…

Таблиця 8.1. Збільшення ефективності перетворення теплоти з підвищенням початкових параметрів пари

 

 

Параметри пари	Формула промперегріву, °С	Тиск у конденсаторі, кПа	Збільшення ККД, %
Докритичні	540/540		-
566/566		-3,5
Надкритичні	566/566/566		-6,3
580/580/580	2,3	-9,8

Варіант із надкритичними параметрами пари (ро = 28,5 МПа) і по­двійним проміжним перегрівом пари використовують на данських ТЕС Skaerbaek і Nordjylland відповідно до розробки консорціуму MAN Energy і GECAlsthom.

Використання каталітичних камер згорання у складі ГТУ

Потреба застосування каталітичної технології в камерах згорання ГТУ зумовлена тенденцією підвищення початкової температури ГТУ в сучасних двигунах… Збільшення початкової температури ГТУ потребує за термодинамічни­ми умовами… · 1 ррт NOx = 2 мг/м3 N0x.

Контрольні питання

2. Конверсія органічного палива як метод підвищення екологічної без­ пеки об'єктів теплоенергетики. 3. Класифікація методів конверсії органічного (твердого) палива. 4. Характеристика особливостей ПГУ з внутрішньоцикловою газифі­ кацією вугілля.

Лекція 9

ОРГАНІЗАЦІЙНІ ЗАХОДИ ПІДВИЩЕННЯ

ЕФЕКТИВНОСТІ ВИРОБНИЦТВА

І ВИКОРИСТАННЯ ЕНЕРГІЇ-

АЛЬТЕРНАТИВА ВИРІШЕННЯ

ЕКОЛОГІЧНИХ ПРОБЛЕМ ЕНЕРГЕТИКИ

Консалтингові схеми в енергетиці

- створення консалтингових фірм, які надають споживачам енергії,розробникам, праців-никам планово-економічного сектору, експлу­атаційному… - розробка відповідних навчальних програм та ілюстративного ма­теріалу для… - проведення широкої інформаційної компанії через засоби масової інформації, випуск друкованої продукції, що рекламує…

Енергетичний аудит

рішення щодо стратегії використання різних ресурсів на підставі енерге­тичного аудиту й енергетичного менеджменту. Енергетичний аудит - це технічне інспектування підприємств (вироб­ництв) з… Проведення енергетичного аудиту - початкова фаза впровадження на підприємстві системи енергетичного менеджменту.…

Енергетичний менеджмент

Мета ЕМ - оцінка проектів економії енергії та планованих заходів щодо енергозбереження на певному підприємстві (виробництві). Енергетичний менеджмент - це система керування енергоспоживан­ням на… За впровадження нового для підприємства виду діяльності і загалом за енергетичну ефективність підприємства…

Енергозбереження

- розробка законодавства і стандартів стосовно енергозбереження; - упровадження обліку і контролю споживання енергоресурсів на всіх рівнях… - визначення і підтримка оптимальних параметрів технологічних процесів;

Контрольні питання

2. Консалтингові схеми в енергетиці як державний механізм раціональ­ного використання енергії. 3. Загальні вимоги і послідовність енергетичного аудиту. 4. Генеральна стратегія проведення енергетичного аудиту.

Література

Варламов Г.Б., Любчик Г.М., Маляренко В.А. Теплоенергетичні установки та екологічні аспекти виробництва енергії: Підручник.- К.: ІВЦ «Видавництво «Політехніка»», 2003. -232с.: іл.

Білявський Г. О., Падун М. М., Фурдуй Р. С. Основи загальної екології. — К.: Либідь. 1995 — 368 с.

Злобін Ю.А. Основи екології.- К.: Лібра, 1998. – 249.

Екологічні проблеми електроенергетичної промисловості. – К., 1992.

Корсак К.В., Плахотнік О.В. Основи екології, - К.: МАУП, 2000. – 238 с.

Кучерявий В.П. Екологія, - Львів: Світ, - 500 с.

 

Конспект лекцій до самостійного вивчення розділів з дисципліни

    Укладач: Пархоменко Роман Олександрович