Энергосбережение – путь повышения эффективности экономики
Введение. Основные понятия и определения.
Энергосбережение — организационная, научная, практическая, информационная деятельность государственных органов, юридических и физических лиц, направленная на снижение расходов и потерь топливно-энергетических ресурсов в процессе их добычи, переработки, транспортировки, хранения, производства, использования и утилизации.
Топливно-энергетические ресурсы — совокупность всех природных и преобразованных видов топлива и энергии.
Вторичные энергетические ресурсы — энергия, получаемая в ходе любого технологического процесса в результате недоиспользования первичной энергии или в виде побочного продукта основного производства и не применяемая в этом технологическом процессе.
Эффективное использование топливно-энергетических ресурсов — использование всех видов энергии экономически оправданными, прогрессивными способами при существующем уровне развития техники и технологий и соблюдении законодательства.
Рациональное использование топливно-энергетических ресурсов — достижение максимальной эффективности использования топливно-энергетических ресурсов при существующем уровне развития техники и технологий и соблюдении законодательства.
Основной показатель энергоэффективности — удельная величина потребления топливно-энергетических ресурсов на производство единицы продукции любого назначения.
Нетрадиционные и возобновляемые источники энергии — источники электрической и тепловой энергии, использующие энергетические ресурсы рек, водохранилищ и промышленных водостоков, энергию ветра, солнца, биомассы (включая древесные отходы), сточных вод и твердых бытовых отходов.
Пользователи топливно-энергетических ресурсов — субъекты хозяйствования независимо от форм собственности, зарегистрированные в качестве юридических лиц или предпринимателей, осуществляющих свою деятельность без образования юридического лица, а также другие лица, которые в соответствии с законодательством имеют право заключать хозяйственные договоры, и граждане, использующие топливно-энергетические ресурсы.
Производители топливно-энергетических ресурсов — субъекты хозяйствования независимо от форм собственности, зарегистрированные в качестве юридических лиц, для которых любой из видов топливно-энергетических ресурсов является товарной продукцией.
Энергосберегающие технологии и их актуальность.
Одним из действенных способов уменьшить влияние человека на природу является повышение эффективности использования энергии. В самом деле, современная энергетика, основанная в первую очередь на использовании ископаемых видов топлива (нефть, газ, уголь), оказывает существенное воздействие на окружающую среду. Начиная от добычи, переработки и транспортировки энергоресурсов и заканчивая их сжиганием для получения тепла и электроэнергии — все это весьма пагубно отражается на экологическом балансе планеты. Наконец, именно «ископаемая» энергетика ответственна за проблему изменения климата, связанную с увеличением концентрации парниковых газов. То есть вопрос повышения энергоэффективности экономики сейчас является одним из самых животрепещущих для всех стран без исключения.
Энергосбережение сейчас становится одним из приоритетов политики любой компании, работающей в сфере производства или сервиса. И дело здесь даже не столько в экологических требованиях, сколько во вполне прагматичном экономическом факторе. Это обусловлено тем, что удельные энергозатраты на производство основных видов продукции в Украине значительно выше, чем в западноевропейских странах. Одной из основных причин такого положения являются устаревшие энергорасточительные технологии, оборудование и приборы.
Экономика энергосбережения.
Мировой опыт планирования и реализации энергосберегающей политики имеет более чем четвертьвековую историю. Явившись ответом на резкий рост цен на мировых топливных рынках в 70-х годах, энергосбережение и сегодня остается важнейшим направлением энергетической политики многих стран мира а также международных организаций и союзов топливно-энергетической направленности.
Рациональное использование и экономное расходование ресурсов органического топлива (уголь, нефть, природный газ), повышение эффективности конечного потребления энергии во всех секторах экономики, развитие возобновляемых источников энергии (биомассы, гидроэлектроэнергии, солнечной энергии, энергии ветра и геотермальной энергии и других источников) — все это, вместе взятое, может обеспечить потребности человечества в энергии и, следовательно, его устойчивое развитие в глобальном масштабе.
Развитие общества находит выражение в растущей необходимости удовлетворения определенных потребностей. Удовлетворение большей части этих потребностей связано с необходимостью потребления энергии непосредственно либо для производства товаров или оказания услуг. Таким образом, использование энергии является жизненно важным для социально-экономического развития и вносит свой вклад в улучшение условий жизни, повышая комфортность жилья, совершенствуя средства передвижения, облегчая условия труда и т.д.
Одной из основ промышленной цивилизации всегда было крупномасштабное и все возрастающее потребление энергии как в области производства продукции, так и в сфере их потребления. В связи с этим в некоторых странах негативное воздействие на окружающую природу, на человека и его здоровье, вызванное производством и потреблением энергии, достигло угрожающего уровня.
До настоящего времени лишь экономические ограничения или в отдельных случаях трудности с доступом к топливно-энергетическим ресурсам (географического или политического характера) являлись сдерживающими факторами наращивания объемов производства и потребления энергии. Расширение энергетического сектора, связанное с необходимостью удовлетворения возрастающих нужд общества в энергии, рассматривалось как беспредельное.
Повышение энергетической эффективности должно рассматриваться как выявление и реализация мер и инструментов с целью обеспечить удовлетворение потребностей в услугах и товарах при наименьших экономических и социальных затратах на необходимую энергию и при минимальных расходах, необходимых для сохранения природной среды в гармонии с устойчивым развитием на местном, национальном, региональном и мировом уровнях.
Несмотря на весьма существенное замедление с середины 70-х годов темпов роста энергопотребления в промышленно развитых странах, при сохранении существующей динамики к 2030 г. энергопотребление в мире удвоится. Недостаток относительно легко доступных энергетических ресурсов, их концентрация в определенных географических зонах, увеличение стоимости энергоносителей и использование все более опасных видов энергии могут вызывать либо кризисные ситуации и экологические катастрофы, либо замедлить или остановить развитие большей части мира.
Ограничения, связанные с охраной окружающей среды, в сочетании с экономическими и политическими ограничениями в области энергообеспечения существенно влияют на определение стратегии устойчивого развития, то есть стратегии обеспечения необходимого качества жизни всех ныне живущих жителей планеты и будущих поколений и минимизации опасности для окружающей среды, экономических и социальных издержек, связанных с производством и потреблением энергии. Это и есть то, что называется стратегией энергосбережения.
Такая стратегия основана, прежде всего, на серьезном пересмотре самой концепции потребности в энергии. Идея состоит в том, что общественное развитие может обеспечиваться с использованием значительно меньшего количества энергии, чем в настоящее время, при общих издержках также значительно ниже сегодняшних уровней. Это утверждение справедливо даже для стран, использующих самые передовые технологии и располагающие наиболее эффективной экономикой. Промышленно развитые страны, прежде всего те из них, которые используют энергию наиболее неэффективно, могут значительно сократить ее расходование без ухудшения уровня жизни и негативного влияния на экономику. Развивающиеся страны также могут повысить уровень своего благосостояния при более низких темпах роста потребления энергии, чем это осуществлялось в прошлом в развитых странах. И в тех, и в других странах энергосбережение явится важным фактором, улучшающим как экономические показатели, так и состояние окружающей среды.
Энергосбережение — это фактор экономического развития на практике показавший, что во многих случаях дешевле осуществить меры по экономии энергии или вообще избежать ее использования, чем увеличить ее производство. Это означает, что финансовые ресурсы, предназначенные для расширения производства энергии, могли бы быть направлены на другие виды деятельности по повышению жизненного уровня людей. Помимо такого глобального эффекта от высвобождения значительных финансовых ресурсов, весьма велико и непосредственное влияние роста эффективности использования энергии на производственную деятельность в плане повышения продуктивности и конкурентоспособности промышленности. Следует учитывать и тот факт, что развитие национального производства передового энергетически эффективного оборудования позволит выйти с таким оборудованием на зарубежные рынки.
Выгоды от повышения энергетической эффективности для окружающей среды очевидны: энергия, которая приносит наименьший вред окружающей среде, — это та энергия, которую не надо потреблять, а значит и не надо производить. В каждом случае, когда ее потребление для определенных целей будет уменьшаться (за счет улучшения теплоизоляции жилищ, повышения КПД двигателей и т.д.), выбросы загрязняющих веществ будут автоматически сокращаться в соответствующей пропорции. Этот обычный и совершенно справедливый аргумент используется, когда для достижения такого же уровня освещения вместо ламп накаливания рекламируется использование компактных флуоресцентных ламп, благодаря чему существенно сокращается эмиссия парниковых газов или образование радиоактивных отходов. Повышение эффективности использования топлива и энергии является самым дешевым путем защиты окружающей среды. Кроме того, польза для окружающей среды — это бесплатная награда по сравнению с затратами на меры, специально реализуемые для защиты окружающей среды и контролю за загрязнением. Поэтому энергосберегающие мероприятия должны занимать приоритетное место в государственной экологической политике, а национальная стратегия энергосбережения должна быть составной частью экономических стратегий, обеспечивающих сохранность природной среды и устойчивое развитие общества.
Национальная стратегия энергосбережения будет работать только в том случае, если она будет руководствоваться следующими принципами:
- Осознанием существования тесной взаимосвязи развития экономики и состояния окружающей среды на региональном уровне и в мировом масштабе;
- Необходимостью постоянного улучшения состояния окружающей среды и качества жизни как в развивающихся, так и в промышленно развитых государствах;
- Обязательным вовлечением всех слоев общества в процесс решения этих проблем, так и их участием в успешном осуществлении этих принципов;
- Должна быть достаточно гибкой энергетическая и экономическая политика каждой страны и каждого региона;
- Международное сотрудничество в области энергосбережения должно быть усилено в рамках уже существующей деятельности региональных и международных организаций, банков развития, двухсторонних соглашений и т.д.
За последнее десятилетие и в Украине, стране с ограниченными топливно-энергетическими ресурсами, пришли к пониманию острой необходимости интенсификации усилий по осуществления широкомасштабных энергосберегающих программ во всех без исключения секторах экономики на национальном, региональном и местном уровнях. Высокая энергоемкость отечественной экономики, уровень которой в среднем в 3 раза превышает соответствующие показатели в ведущих промышленно развитых странах, тяжким финансовым бременем ложится на государственный и региональные бюджеты, не позволяет поднять экономическую конкурентоспособность промышленной продукции, выпускаемой украинскими предприятиями, усугубляет и без того напряженную экологическую обстановку в стране. Руководители различного уровня, ответственные за принятие решений в топливно-энергетическом комплексе, отраслях промышленности, жилищно-коммунальном хозяйстве, сфере услуг и на транспорте пришли к осознанию того, что именно на пути экономии энергоресурсов возможно значительно повысить эффективность функционирования народного хозяйства страны.
Однако только понимания необходимости и желания осуществлять энергосберегающие мероприятия для достижения общего успеха энергосберегающей политики в стране явно недостаточно. Для этого на уровне конечного потребителя нужно, в первую очередь, знание как это сделать и каков наиболее оптимальный для этого путь, а также иметь необходимые компоненты технических, финансовых и организационных средств. В более широком масштабе для этого, как свидетельствует опыт ведущих промышленно развитых стран мира, достигших значительных успехов в деле повышения энергоэффективности своих экономик, необходима квалифицированная разработка комплексов мероприятий по организационному, институциональному, нормативно-правовому, финансово-экономическому, научно-техническому и информационно-образовательному направлениям энергосберегающей политики. Необходимы знание спектра имеющихся возможностей энергосбережения в каждой конкретной отрасли экономики, умение выбрать наиболее подходящие по технико-экономическим критериям для различных категорий энергопотребителей мероприятия и определить последовательность их реализации. К сожалению, по уровню знаний в этих областях Украина пока отстает от многих зарубежных стран.
Для перестройки энергоемких составных частей народного хозяйства на энергосберегающей основе необходимо последовательно и настойчиво заменять старые энергетически неэффективные технологии на экономичные. Ярким примером такого подхода может стать металлургический комплекс. По расчетам специалистов широкое использование в металлургии энергосберегающего оборудования позволит сэкономить примерно 12% вырабатываемой энергии. Многие виды энергосберегающего оборудования были изобретены в нашей стране, однако используются у нас значительно уже, чем в промышленно развитых странах мира.
Нужно также отметить большую энергоемкость коммунального хозяйства.Подземные коммуникации, дома, квартиры во многих случаях обогревают окружающую среду. Многие из коммуникаций и источников тепла находится в неудовлетворительном техническом состоянии. Пример других стран показывает, что экономия энергии, используемой для отопления и освещения зданий, может составить до 15% расходуемой энергии.
Оценки экспертами объёмов возможной экономии энергии в результате энергосберегающей структурной перестройки народного хозяйства показывают, что она может составить до 30%. Это означает, что при современном уровне добычи нефти, угля, газа, производстве электроэнергии при рациональных экономических структурах можно было бы увеличить эффективное энергопотребление почти на треть. Такого количества дополнительной энергии хватило бы на многие годы успешного социально-экономического развития страны.
Топливо. Основные современные виды топлива.
Топливо — вещество или смесь веществ, способные к экзотермическим химическим реакциям с внешним или содержащимся в самом топливе окислителем, применяемые для выделения энергии, изначально тепловой.
Топливо, не содержащее в своём составе окислитель, часто называют горючее. Понятие топлива более общее, нежели горючее или горючее ископаемое, потому как включает в себя древесину и различные топливные смеси.
Химическая или ядерная энергия топлива переводится в различные виды энергии, и чаще всего через преобразование выделяемого при реакциях тепла тепловыми двигателями.
Основной показатель топлива — теплотворная способность (теплота сгорания). Для целей сравнения топлив введено понятие условного топлива (теплота сгорания одного килограмма «условного топлива» (у.т.)) составляет 29,3 МДж или 7000 ккал.
К основным видам топлива относятся:
- твердые топлива;
- жидкие топлива;
- газообразные топлива (пропан, метан, бутан, природный газ, водород, смеси газов);
- дисперсные системы, растворы (угольная пыль, пены, смесь природного газа с дизельным топливом, смесь водорода с бензином и др.);
- нетипичные топлива (ядерное, термоядерное).
Традиционные способы получения электрической энергии.
Состояние и перспективы использования нетрадиционных и возобновляемых источников энергии.
Традиционные и нетрадиционные источники энергии.
При существующем уровне научно-технического прогресса основная часть энергопотребления может быть обеспечена за счет использования органических топлив, ядерного топлива и гидроэнергии. Однако органическое топливо к 2020 г. может удовлетворить запросы мировой энергетики только частично. Остальная часть энергопотребления должна быть удовлетворена за счет других источников энергии – нетрадиционных и возобновляемых.
Возобновляемые источники энергии – это источники на основе постоянно существующих или периодически возникающих в окружающей среде потоков энергии. Возобновляемая энергия не является следствием целенаправленной деятельности человека и это является ее отличительным признаком.
Невозобновляемые источники энергии – это природные запасы веществ и материалов, которые могут быть использованы человеком для производства энергии. Примером могут служить ядерное топливо, уголь, нефть, газ. Энергия невозобновляемых источников в отличие от возобновляемых находится в природе в связанном состоянии и высвобождается в результате целенаправленных действий человека.
К нетрадиционным и возобновляемым источникам энергии относятся торф, энергия биомассы (отходы сельскохозяйственные, лесного комплекса, коммунально-бытовые и промышленные, энергетические плантации в виде сельскохозяйственных культур, древесно-кустарниковой и травянистой растительности), энергия ветра, энергия солнца, энергия водных потоков на суше (гидроэлектростанции мощностью менее 1 МВт), средне-и высокопотенциальная геотермальная энергия, энергия морей и океанов (приливы и отливы, течения, волны, температурный градиент), низкопотенциальная тепловая энергия (почвы и грунта, зданий и помещений, сельскохозяйственных животных).
Стратегическими целями использования нетрадиционных и возобновляемых источников энергии являются:
- сокращение потребления невозобновляемых топливно-энергетических ресурсов;
- снижение экологической нагрузки от топливно-энергетического комплекса;
- обеспечение энергоресурсами децентрализованных потребителей;
Необходимость развития возобновляемой энергетики определяется ее ролью в решении следующих проблем:
- обеспечение устойчивого тепло-и электроснабжения населения и производства в зонах децентрализованного энергоснабжения;
- обеспечение гарантированного минимума энергоснабжения населения и производства в зонах централизованного энергоснабжения, испытывающих дефицит энергии, предотвращение ущербов от аварийных и ограничительных отключений;
- снижение вредных выбросов от энергетических установок в городах и населенных пунктах со сложной экологической обстановкой, а также в местах массового отдыха населения.
Экологические проблемы использования нетрадиционных и возобновляемых источников энергии.
В комплексе существующих экологических проблем энергетика занимает одно из ведущих мест. В связи с интенсивным вовлечением возобновляемых источников энергии в практическое использование особое внимание обращается на их воздействие на окружающую среду.
В то же время существует мнение, что выработка электроэнергии за счет возобновляемых источников представляет собой абсолютно экологически «чистый» вариант. Это не совсем верно, так как эти источники энергии обладают принципиально иным спектром воздействия на окружающую среду по сравнению с традиционными энергоустановками на органическом, минеральном и гидравлическом топливе, причем в некоторых случаях воздействия последних представляют даже меньшую опасность. К тому же определенные виды экологического воздействия нетрадиционных и возобновляемых источников энергии на окружающую среду не ясны до настоящего времени, особенно во временном аспекте, а потому изучены и разработаны еще в меньшей степени, чем технические вопросы использования этих источников.
Разновидностью возобновляемых источников энергии являются гидро-энергетические ресурсы. Долгое время их также относили к экологически «чистым» источникам энергии. Не принимались во внимание экологические последствия их использования и, естественно, не проводились достаточные разработки природоохранных мероприятий, что привело гидроэнергетику на рубеже 90-х годов к глубокому кризису. Преобразование энергии нетрадиционных и возобновляемых источников в наиболее пригодные формы ее использования – электричество или тепло – на уровне современных знаний и технологий обходится довольно дорого. Однако во всех случаях их использование приводит к эквивалентному снижению расходов органического топлива и меньшему загрязнению окружающей среды. До настоящего времени во всех методиках, в которых приводится технико-экономическое сопоставление традиционных видов получения энергии с возобновляемыми источниками, эти факторы не учитывались вообще или только отмечались, но не оценивались количественно. Таким образом, актуальной становится задача разработки научно обоснованных методов экономической оценки экологических последствий использования различных видов возобновляемых источников энергии и новых методов преобразования энергии, которые должны количественно учесть факторы их иного, по сравнению с традиционными установками, воздействия на окружающую среду.
Рассмотрим основные факторы экологического воздействия нетрадиционных и возобновляемых источников энергии на различные природные среды и объекты.
Экологические последствия развития солнечной энергетики.
Солнечные станции являются еще недостаточно изученными объектами, поэтому отнесение их к экологически чистым электростанциям нельзя назвать полностью обоснованным. В лучшем случае к экологически чистой можно отнести конечную стадию – стадию эксплуатации СЭС, и то относительно. Солнечные станции являются достаточно землеёмкими. Удельная землеёмкость СЭС изменяется от 0,001 до 0,006 га/кВт с наиболее вероятными значениями 0,003–0,004 га/кВт. Это меньше, чем для ГЭС, но больше, чем для ТЭС и АЭС. При этом надо учесть, что солнечные станции весьма материалоемки (металл, стекло, бетон и т.д.), к тому же в приведенных значениях землеемкости не учитываются изъятие земли на стадиях добычи и обработки сырья. В случае создания СЭС с солнечными прудами удельная землеёмкость повысится и увеличится опасность загрязнения подземных вод рассолами. Солнечные концентраторы вызывают большие по площади затенения земель, что приводит к сильным изменениям почвенных условий, растительности и т. д. Нежелательное экологическое действие в районе расположения станции вызывает нагрев воздуха при прохождении через него солнечного излучения, сконцентрированного зеркальными отражателями. Это приводит к изменению теплового баланса, влажности, направления ветров; в некоторых случаях возможны перегрев и возгорание систем, использующих концентраторы, со всеми вытекающими отсюда последствиями. Применение низкокипящих жидкостей и возможные их утечки в солнечных энергетических системах во время длительной эксплуатации могут привести к значительному загрязнению питьевой воды. Особую опасность представляют жидкости, содержащие хроматы и нитриты, являющиеся высокотоксичными веществами.
Гелиотехника также косвенным образом оказывает влияние на окружающую среду. В районах ее развития должны возводиться крупные комплексы по производству бетона, стекла и стали. Во время изготовления кремниевых, кадмиевых и арсенидогелиевых фотоэлектрических элементов в воздухе производственных помещений появляются кремниевая пыль, кадмиевые и арсенидные соединения, опасные для здоровья людей.
Космические СЭС за счет СВЧ-излучения могут оказывать влияние на климат, создавать помехи теле-и радиосвязи, воздействовать на незащищенные живые организмы, попавшие в зону его влияния. В связи с этим необходимо использовать экологически чистый диапазон волн для передачи энергии на Землю.
Таким образом, неблагоприятные воздействия солнечной энергетикина окружающую среду могут проявляться:
- в отчуждении земельных площадей, их возможной деградации;
- в большой материалоемкости;
- в возможности утечки рабочих жидкостей, содержащих хлораты и нитриты;
- в опасности перегрева и возгорания систем, заражения продуктов токсичными веществами при использовании солнечных систем в сельском хозяйстве;
- в изменении теплового баланса, влажности, направления ветра в районе расположения станции;
- в затемнении больших территорий солнечными концентраторами, возможной деградации земель;
- в воздействии на климат космических СЭС;
- в создании помех телевидению и радиосвязи;
- в передаче энергии на Землю в виде микроволнового излучения, опасного для живых организмов и человека.
Влияние ветроэнергетики на природную среду
Факторы воздействия ветроэлектростанций (ВЭС) на природную среду а также их последствия и основные мероприятия по снижению и устранению отрицательных проявлений приведены в таблице. Рассмотрим некоторые из них более подробно.
Под мощные промышленные ВЭС необходима площадь из расчета от 5 до 15 МВт/кв.км в зависимости от розы ветров и местного рельефа района. Для ВЭС мощностью 1000 МВт потребуется площадь от 70 до 200 кв. км. Выделение таких площадей в промышленных регионах сопряжено с большими трудностями, хотя частично эти земли могут использоваться и под хозяйственные нужды. Например, в Калифорнии в 50 км от г. Сан-Франциско на перевале Алтамонт-Пасс земля, отведенная под парк мощной ВЭС, одновременно служит для сельскохозяйственных целей.
Методы устранения негативного влияния ВЭУ на окружающую среду
| Факторы воздействия | Методы устранения |
| 1. Изъятие земельных ресурсов, изменение свойств почвенного слоя. | Размещение ВЭУ на неиспользуемых землях. Оптимизация размещения – минимизация расхода земли.Целенаправленный учет изменений свойств почвенного слоя.Компенсационные расчеты с землепользователями. |
| 2. Акустическое воздействие (шумовые эффекты). | Изменение числа оборотов ветроколеса (ВК). Изменение форм лопасти ВК.Удаление ВЭУ от объектов социальной инфраструктуры.Замена материалов лопастей ВК. |
| 3. Влияние на ландшафт и его восприятие. | Учет особенностей ландшафта при размещении ВЭУ.Рекреационное использование ВЭУ.Изыскание различных форм опорных конструкций, окраски и т.д. |
| 4. Электромагнитное излучение, влияние на телевидение и радиосвязь. | Сооружение ретрансляторов.Замена материалов лопастей ВК.Внедрение специальной аппаратуры в конструкцию ВЭУ.Удаление от коммуникаций. |
| 5. Влияние на орнитофауну на перелетных трассах и морскую фауну при размещении ВЭС на акваториях. | Анализ поражаемости птиц на трассах перелета и рыб на путях миграции.Расчет вероятности поражения птиц и рыб. |
| 6. Аварийные ситуации, опасность поломки и отлета поврежденных частей ВК . | Расчет вероятности поломок ветроколеса, траектории и дальности отлета.Оценка надежности безаварийной работы ВЭУ. Зонирование производства вокруг ВЭУ. |
| 7. Факторы, улучшающие экологическую ситуацию. | Уменьшение силы ветра.Снижение ветровой эрозии почв.Уменьшение ветров с акваторий водоемов и водохранилищ. |
Проблема использования территории упрощается при размещении ВЭС на акваториях. В Дании дамба, на которой установлен парк ВЭУ, одновременно является пирсом для рыболовных судов. Использование территории, занятой ветровым парком, под другие цели зависит от шумовых эффектов и степени риска при поломках ВЭУ. У больших ВЭУ лопасть при отрыве может быть отброшена на 400–800 м.
Наиболее важный фактор влияния ВЭС на окружающую среду – это акустическое воздействие. В зарубежной практике выполнено достаточно исследований и натурных изменений уровня и частоты шума для различных ВЭУ с ветроколесами, отличающимися конструкцией, материалами, высотой над землей, и для разных природных условий (скорость и направление ветра, подстилающая поверхность и т. д.).
Шумовые эффекты от ВЭУ имеют разную природу и подразделяются на механические (шум от редукторов, подшипников и генераторов) и аэродинамические воздействия. Последние, в свою очередь, могут быть низкочастотными (менее 16-20 Гц) и высокочастотными (от 20 Гц до нескольких кГц). Они вызваны вращением рабочего колеса и определяются следующими явлениями — образованием разрежения за ротором или ветроколесом с устремлением потоков воздуха в некую точку схода турбулентных потоков, пульсациями подъемной силы на профиле лопасти, взаимодействием турбулентного пограничного слоя с задней кромкой лопасти.
Удаление ВЭС от населенных пунктов и мест отдыха решает проблему шумового эффекта для людей. Однако шум может повлиять на фауну, в том числе на морскую фауну в районе экваториальных ВЭС. По зарубежным данным, вероятность поражения птиц ветровыми турбинами оценивается в 10%, если пути миграции проходят через ветровой парк. Размещение ветровых парков повлияет на пути миграции птиц и рыб для экваториальных ВЭС.
Высказываются предположения, что экранирующее действие ВЭС на пути естественных воздушных потоков будет незначительным и его можно не принимать во внимание. Это объясняется тем, что ВЭУ используют небольшой приземный слой перемещающихся воздушных масс (около 100-150 м) и притом не более 50 % их кинетической энергии. Однако мощные ВЭС могут оказать влияние на окружающую среду — например уменьшить вентиляцию воздуха в районе размещения ветрового парка. Экранирующее действие ветрового парка может оказаться эквивалентным действию возвышенности такой же площади и высотой порядка 100-150 м.
Помехи, вызванные отражением электромагнитных волн лопастями ветровых турбин, могут сказываться на качестве телевизионных и радиопередач а также различных навигационных систем в районе размещения ветрового парка ВЭС на расстоянии нескольких километров. Наиболее радикальный способ уменьшения помех – удаление ветрового парка на соответствующее расстояние от коммуникаций. В ряде случаев помех можно избежать, установив ретрансляторы. Этот вопрос не относится к категории трудноразрешимых, и в каждом случае может быть найдено конкретное решение.
Неблагоприятные факторы ветроэнергетики:
- шумовые воздействия, электро-, радио-и телевизионные помехи;
- отчуждение земельных площадей;
- локальные климатические изменения;
- опасность для мигрирующих птиц и насекомых;
- ландшафтная несовместимость, непривлекательность, визуальное невосприятие;
- изменение маршрутов традиционных морских перевозок, неблагоприятные воздействия на морских животных.
Экологические последствия использования биоэнергетических установок.
Биоэнергетические станции по сравнению с традиционными электростанциями и другими НВИЭ являются наиболее экологически безопасными. Они способствуют избавлению окружающей среды от загрязнения всевозможными отходами. Так, например, анаэробная ферментация – эффективное средство не только реализации отходов животноводства, но и обеспечения экологической чистоты, так как твердые органические вещества теряют запах и становятся менее привлекательными для грызунов и насекомых (в процессе перегнивания разрушаются болезнетворные микроорганизмы). Кроме того, образуются дополнительный корм для скота (протеин) и удобрения.
Городские стоки и твердые отходы, отходы при рубках леса и деревообрабатывающей промышленности, представляя собой возможные источники сильного загрязнения природной среды, являются в то же время сырьем для получения энергии, удобрений, ценных химических веществ. Поэтому широкое развитие биоэнергетики эффективно в экологическом отношении. Однако неблагоприятные воздействия на объекты природной среды при энергетическом использовании биомассы имеют место. Прямое сжигание древесины дает большое количество твердых частиц, органических компонентов, окиси углерода и других газов. По концентрации некоторых загрязнителей они превосходят продукты сгорания нефти и ее производных. Другим экологическим последствием сжигания древесины являются значительные тепловые потери.
По сравнению с древесиной биогаз – более чистое топливо. Вместе с тем необходимы меры предосторожности при производстве и потреблении биогаза, так как метан взрывоопасен. Поэтому при его хранении, транспортировке и использовании следует осуществлять регулярный контроль для обнаружения и ликвидации утечек.
При ферментационных процессах по переработке биомассы в этанол образуется большое количество побочных продуктов (промывочные воды и остатки перегонки), являющихся серьезными загрязнителями окружающей среды.
Пути повышения эффективности использования энергии.
В промышленности.
Проблемы энергосбережения следует рассматривать как комплекс организационных и технических задач.
При этом к числу организационных относятся:
- разработка планов потребления энергии и удельных норм ее расходования;
- организация учета расхода всех видов энергии;
- организация контроля за расходованием всех видов энергии и анализа энергопотребления;
- разработка мероприятий по энергосбережению и организация их внедрения;
- систематическое подведение итогов работы по экономии энергоресурсов;
- упорядочение потребления электроэнергии в электросиловых установках, разбора сжатого воздуха, тепла, холода при их централизованной выработке и т.д.
- поддержание рационального режима пользования электроосвещением, питьевой водой и т.п.
Технические мероприятия, как правило, включают:
- снижение потерь энергии во внутризаводских сетях и линиях электропередачи;
- реконструкцию электрических сетей без изменения напряжений;
- включение под нагрузку резервных линий электропередачи;
- утилизацию тепловых выбросов;
- замену природного газа альтернативным топливом;
- внедрение новой энергосберегающей техники и технологии.
Рассмотрим некоторые аспекты использования и экономии электроэнергии и других видов энергоресурсов.
До 75% всей потребляемой электроэнергии на производствах используется для приведения в действие всевозможных электроприводов. Как правило, на большинстве отечественных предприятий установлены электродвигатели с определённым запасом по мощности в расчете на максимальную производительность оборудования, несмотря на то, что часы его пиковой нагрузки составляют всего 15-20% от общего времени работы. В результате такие электродвигатели расходуют больше энергии, чем это необходимо на величину превышения потерь установленных двигателей по сравнению с двигателями меньшей мощности, если их использовать для привода тех же агрегатов. При этом экономия электроэнергии достигается за счет замены электродвигателями меньшей мощности. Если средняя нагрузка электродвигателя составляет менее 45 % номинальной мощности, то замена его менее мощным электродвигателем всегда целесообразна. При нагрузке электродвигателя более 70 % номинальной мощности можно считать, что замена его нецелесообразна. При нагрузке электродвигателя в пределах от 45 до 70 % номинальной мощности целесообразность его замены должна быть подтверждена технико-экономическим расчётом на базе данных об уменьшении суммарных потерь активной мощности в электрической системе и в электродвигателе.
Режим энергосбережения особенно актуален для механизмов, которые часть времени работают с пониженной нагрузкой, — конвейеры, насосы, вентиляторы и т.п. Комплексно подойти к решению этой проблемы позволяет автоматизация технологических и производственных процессов на базе преобразователей частоты. В частности, хорошо себя зарекомендовали частотно-регулируемые электроприводы со встроенными функциями оптимизации энергопотребления. Суть заключается в гибком изменении частоты их вращения в зависимости от реальной нагрузки, что позволяет экономить до 30-50% потребляемой электроэнергии. При этом, как правило, не требуется замена установленного электродвигателя, что особенно актуально при модернизации производств. Кроме снижения расхода электроэнергии, экономический эффект от применения частотно-регулируемых электроприводов достигается путем увеличения ресурса работы электротехнического и технологического оборудования, что становится дополнительным плюсом.
Такие энергосберегающие электроприводы и средства автоматизации могут быть внедрены на большинстве промышленных предприятий и в сфере ЖКХ — от лифтов и вентиляционных установок до автоматизации целых технологических линий. По различным источникам в европейских странах до 80% запускаемых в эксплуатацию электроприводов уже являются регулируемыми. В нашей стране пока их доля гораздо ниже.
Значительными являются резервы экономии электроэнергии, основанные на переходе к новым технологическим решениям в производстве продукции на каждом предприятии, на переходе к новым аппаратурным оформлениям традиционных технологических процессов, что, как правило, сопровождается существенным снижением удельных норм расхода. Это как раз и должно являться предметом рассмотрения в ходе проведения энергоаудитов совместно специалистами-энергетиками и технологами.
Отдельного рассмотрения на каждом предприятии заслуживают вопросы режима работы системы электроснабжения с точки зрения минимизации потерь а также оптимизации потоков реактивной энергии.
Существенного сокращения потребления электроэнергии для целей освещения можно достичь путём замены устаревшего светотехнического оборудования на современное, в том числе применяя и светодиодные источники света, имеющие в 8-10 раз меньшее удельное электропотребление по сравнению с традиционными лампами накаливания.
Назовём и типичные для всех предприятий следующие приёмы экономии энергии:
- в электрических сетях – за счет рационального выбора сечений проводов, применения способов соединения, обладающих малыми переходными сопротивлениями, равномерного распределения нагрузки по фазам;
- в электрических приводах – за счет установки автоматических ограничителей холостого хода электрических машин;
- в трансформаторах – за счет их оптимальной загрузки, обеспечения возможности создания экономичных режимов для параллельно работающих трансформаторов;
- в компрессорных установках – за счет автоматического регулирования производительности компрессора при колебаниях расхода сжатого воздуха управлением клапанов на всасе, использованием компрессоров с пониженным номинальным рабочим давлением;
- в насосных установках – за счет автоматизации работы насосных агрегатов и применения насосов с высоким кпд;
- в вентиляционных установках – за счет автоматизации работы и применения экономичных вентиляторов, внедрения экономичных способов регулирования производительности, блокировки вентиляторов тепловых завес с устройствами открывания и закрывания ворот;
- в осветительных электроустановках – за счет правильного выбора типа ламп и светильников, применения различных устройств автоматического включения и отключения светильников, поддержания номинального уровня напряжения в сети;
- в тепловых сетях и на технологическом оборудовании – за счёт сокращения потерь тепла путём применения современных футеровочных и изоляционных материалов;
- в системах пароснабжения — за счёт сбора, обработки и использования конденсата.
В быту.
Существуют пути рационального использования энергии и в быту. Так, уже давно известны экономичные системы освещения, широко внедряемые в странах Западной Европы, США и особенно в Японии. Интерес к ним не удивителен, учитывая, что, в зависимости от назначения помещений, на освещение может расходоваться до 60% общего электропотребления жилых и офисных зданий. Современные энергосберегающие системы освещения позволяют снизить затраты на освещение, как уже указывалось, в 8-10 раз по сравнению с традиционными, использующими лампы накаливания.
К числу наиболее энергопотребляющего оборудования, используемого в жилых и офисных помещениях, относится практически вся климатическая техника, прежде всего кондиционеры. Разумеется, что борьба за энергоэффективность не могла пройти мимо этой категории бытовых устройств. Поэтому ведущие производители такой техники применяют новейшие технологии и конструкторские разработки, позволяющие уменьшить энергозатраты при сохранении высокой производительности. Например, отличительной особенностью некоторых агрегатов является использование патентованного воздухораспределителя, обеспечивающего формирование приточной струи с дальнобойностью от 3,5 до 18 м за счёт автоматически регулируемого положения лопаток, закручивающих воздушный поток. Основным преимуществом такой конструкции является высокая энергетическая эффективность благодаря улучшенным показателям организации воздухообмена, рециркуляции воздуха и рекуперации тепла.
В сфере ЖКХ.
Значительная часть всех энергоресурсов страны расходуется на отопление жилых, общественных и производственных зданий. Поэтому без борьбы с непродуктивными потерями тепла в них энергосбережениие в этой сфере немыслимо.
Здесь следует выделить три основных направления энергосбережения.
Во-первых, это снижение потерь на этапе выработки и транспортировки тепла — то есть повышение эффективности работы ТЭС, модернизация ЦТП с заменой неэкономичного оборудования, применение современных теплоизоляционных материалов при прокладке и модернизации тепловых сетей.
Во-вторых, снижение теплопотерь зданий за счет комплексного применения теплоизоляционных решений для наружных ограждающих конструкций (в первую очередь фасадов и кровель). Например, современные штукатурные системы утепления фасадов позволяют сократить теплопотери через внешние стены не менее чем в два раза.
И, в-третьих, использование радиаторов отопления с автоматическим регулированием и систем вентиляции с функцией рекуперации тепла.
Типовая структура расхода тепловой энергии здания и потенциал энергосбережения представляются следующими:
- Наружные стены– 30 % (потенциал 50 %);
- Окна– 35 % (потенциал 50 %);
- Вентиляция – 15 % (потенциал 50 %);
- Горячее водоснабжение – 10 % (потенциал 30 %);
- Крыша, пол – 8 % (потенциал 50 %);
- Трубопровод, арматура – 2 % (потенциал 5 %).
Как видим, основное потребление связано с отоплением здания для компенсации тепловых потерь через окна, стены, крышу, пол, за счет вентиляции.
Качество теплоизоляции является фактором, определяющим уровень энергопотребления зданий, сооружений и потерь на энергокоммуникациях. Мероприятия по утеплению ограждающих конструкций и их потенциал теплосбережения таковы:
- Устранение поступлений холодного воздуха за счет простого утепления окон и дверей — 10-15%.
- Тройное остекление (сокращает приток УФ радиации) – 5-10%.
- Специальные шторы на окна – 5-10%.
- Утепление чердака дополнительной изоляцией толщиной 100 – 150 мм – 4-7%.
- Утепление участка стены за радиатором – 2-3%.
Важное значение имеет состояние окон. В идеале заполнения оконных проемов должны обладать такими же характеристиками по защите от шума, потерям тепла и прочности, как и стеновые ограждающие конструкции, обеспечивая при этом необходимую освещенность, комфортное проветривание, простоту и удобство в эксплуатации.
Наиболее эффективно это достигается установкой оконных рам с двухслойным теплозащитным стеклом. Теплозащитные окна имеют специальный слой, не видимый глазом, но значительно уменьшающий потери тепла. Этот эффект увеличивается при наличии небольшого зазора между первым и вторым слоем, в этом случае расход тепла уменьшается почти в два раза. Окна в теплозащитном исполнении стоят на 15–20 % дороже обычных, и эти затраты компенсируются экономией на отоплении. Оконная рама должна иметь утепляющий слой как с наружной, так и с внутренней стороны. Если этого нет, следует предусмотреть термическое разделение.
Сейчас для заполнения оконных проемов широко применяются стеклопакеты. Стеклопакет представляет собой изделие, состоящее из двух или более слоев стекла, соединенных между собой по контуру таким образом, что между ними образуются герметически замкнутые полости, заполненные обезвоженным воздухом или другим газом. Сопротивление теплопередаче одного обычного стекла составляет примерно 0,17 м2К/Вт, а стеклопакета из двух обычных стекол – 0,36 – 0,39 (м2К)/Вт. Приведенное сопротивление теплопередаче трехстекольного окна с учетом материала, из которого оно изготовлено, может достигать значения, превышающего 0,6(м2К)/Вт. Наибольший эффект достигается при использовании в стеклопакете одного из стекол с селективным покрытием, способным отражать тепловые волны внутрь помещения и одновременно пропускать снаружи солнечное тепловое излучение. Только за счет применения в стеклопакете такого стекла, а также введения в межстекольное пространство более плотного, чем воздух, газа, например, аргона, криптона или ксенона, можно добиться величины термического сопротивления, приближающейся к единице. Исследования показывают, что конструктивные решения окон и, прежде всего, их стекляной части смогут способствовать достижению термического сопротивления теплопередаче, равного 1,8–2,0 (м2К)/Вт.
Таким образом, основные пути экономии тепла при эксплуатации зданий и сооружений следующие:
- Утепление ограждающих конструкций зданий и сооружений (стены, потолки, оконные проемы).
- Переход к почасовому и посуточному регулированию теплового режима в зданиях с учётом режима работы в них персонала.
- Применение инфракрасного электрического или газового обогрева в сочетании с существующими системами отопления или другими современными системами обогрева.
- Объекты с отоплением посредством пара переводить на отопление теплофикационной водой или посредством других современных систем обогрева.
- Перевод на автономные источники теплоснабжения с отключением от сетей централизованного теплоснабжения на базе расчётов и экономических обоснований.
Отечественный и зарубежный опыт свидетельствуют, что все эти меры позволяют сократить расход тепла на обогрев зданий в отдельных случаях не менее чем на 40%.
Следует подчеркнуть, что перечисленными мерами далеко не исчерпывается весь спектр подходов и технических решений при решении проблем энергосбережениия в сфере ЖКХ.
Городские программы энергосбережения.
Основными направлениями по организации экономного использования энергоресурсов в городских хозяйствах являются:
- Перевод городских предприятий на дифференцированную по времени суток форму расчетов за электроэнергию;
- Установка автоматизированных систем учета энергоресурсов;
- Внедрение систем управления распределением тепла в зданиях различного назначения;
- Устройство локальных тепловых узлов с электронагревом, работающих во временной зоне льготных тарифов на электроэнергию с теплонакопителями;
- Реконструкция и техническое перевооружение энергогенерирующих источников, коммуникаций, сетей тепло-, электро- и водоснабжения;
- Применение электронной пускорегулирующей аппаратуры (ЭПРА) для газоразрядных ламп освещения и устройств автоматического управления городским освещением;
- Установка систем частотно–регулируемых приводов для электродвигателей, используемых в городском коммунальном хозяйстве;
- Переход к высокоэффективному производству энергии на базе нетрадиционных и возобновляемых источников.
Некоторые советы по организации работы в сфере энергосбережения.
- Занимайтесь совершенствованием энергетического хозяйства только в том случае, когда эта работа может принести в конечном счете существенный экономический либо экологический эффект.
- Определите, какие потери энергии на данном объекте могут быть устранены, а какие нет. Занимайтесь только первыми и не тратьте время на вторые. Это правило, разумеется, не относится к случаю, когда производится радикальная замена объекта на новый, более совершенный.
- Избегайте использования как очень малых, так и очень больших разностей температур при теплопередаче. Первые приводят к необходимости значительно увеличивать рабочие поверхности аппаратов, вторые – к большим потерям энергии. В первом приближении оптимальные разности температур между потоками должны быть пропорциональны средней абсолютной температуре.
- Старайтесь свести к минимуму, а еще лучше исключить смешение потоков с разными температурами, давлениями или (и) концентрациями. Иногда это трудно сделать без радикального изменения технологии, например, при смешении кислорода с воздухом для обогащения доменного дутья, в других случаях цель может быть достигнута путем небольших изменений.
- По возможности используйте противоточные, а не прямоточные процессы, как при теплопередаче, так и массопередаче и химических реакциях. При противотоке потери энергии всегда меньше.
- Не сбрасывайте высокотемпературные потоки, как вещества (жидкостей или газов), так и тепла в окружающую среду. То же относится и к потокам с температурой существенно ниже, чем в окружающей среде. Лучше найти или создать потребителя (в своем хозяйстве или поблизости), нуждающегося в нагреве или охлаждении своих объектов.
- Не забывайте, что практически каждое изменение в любом месте технологической цепочки сказывается на характеристиках других ее звеньев. Нужно следить за тем, чтобы улучшение характеристик в одном месте не вызвало существенного их ухудшения в другом. В результате такого воздействия может произойти снижение эффективности системы в целом.
- Помните, что стоимость потребляемой энергии всех видов для конкретного участка тем больше, чем дальше расположен данный участок технологической цепи от ее начала (входа). Поэтому экономия единицы энергии в заключительных звеньях системы приведет к большему снижению общих затрат, чем экономия на начальных участках.
- Обращайте главное внимание на потери тех видов энергоносителей, которые обладают наиболее высоким потенциалом — электроэнергия, высокотемпературные или низкотемпературные потоки (водяной пар высоких параметров, жидкие кислород и азот, сжатый воздух и т. д.).
- Старайтесь по возможности использовать природные энергетические ресурсы (солнечное излучение, ветер, низкую температуру воздуха в зимние месяцы и т. д.).
- Рационально используйте временные «провалы» в потреблении электроэнергии – не только непосредственно в производстве продукции, но и для аккумулирования энергетических ресурсов (в виде тепла, сжатого воздуха и др.).
- Будьте осторожны с рекламой и предложениями новых «сверхэффективных» процессов, машин и систем. Тщательно проверяйте их, особенно в тех случаях, когда авторы ссылаются на высокие научные авторитеты или, напротив, ниспровергают их.
- Помните, что в любой момент Вы можете воспользоваться нашей квалифицированной помощью.
