Конструктивное совершенствование систем обеспечения работы транспортных энергоустановок

Энерготехнология - раздел науки, базирующийся на глубоких исследованиях кинетики и механизма соответствующих химиче­ских реакций, изучении физических процессов переноса теплоты вещества при фазовых превращениях в реагирующих системах и на исследовании качественных физико-химических, а также экономических характеристик исходного топлива.

1. Основы энерготехнологии

Современная структура потребления топливно-энергетических ресурсов в на­родном хозяйстве СССР характеризуется следующими приближенными данными: освещение 0,5%; силовые процессы 25%; высокотемпературные процессы (свыше 673К) 25%; средне- и низкотемпера­турные процессы (соответственно 373-673 и 373-423К) 49,5%. Расход энер­гии на освещение и приводы механиз­мов и машин (электродвигатели) опреде­ляет потребность в электроэнергии. Затраты энергии на высокотемператур­ные процессы формируют необходимый расход топлива, электроэнергии и пара. Затраты энергии на среднетемпературные процессы определяют расход топ­лива и пара. Для низкотемператур­ных процессов в качестве энергоноси­теля, как правило, используется горячая вода.

Различают энергетическое (связанное с получением энергоносителя - водяного пара) и технологическое или промыш­ленное (связанное с производством ме­талла, строительных материалов, хими­ческого сырья и т.п.) использование топлив. Твердые, жидкие и газообразные виды топлив в основном являются источником теплоты. Вместе с тем топливо - это уникальное невозобновля­емое сырье для химической, нефтехими­ческой, фармацевтической, микробиоло­гической промышленности и др. Так, путем переработки угля получают сотни

ценных продуктов. Из нефти и газа производится более 95% продукции органического синтеза: полиэтилен, по­ликарбонатные пластмассы, полиэфир­ные волокна, различные типы синтети­ческого каучука, кормовой белок и др.

Одним из наиболее действенных средств повышения эффективности по­требления топлива в народном хозяйстве является переход к комплексным энер­готехнологическим методам использова­ния топлива: к извлечению всех ценных составляющих топлива при обязатель­ном комбинировании процесса сжигания части топлива для производства тепло­вой и электрической энергии с раз­личными технологическими процессами. Энерготехнологические методы произ­водства возможны на базе всех твердых, жидких и газообразных топлив. Комби­нирование энергетического и технологи­ческого процессов позволяет интенсифи­цировать все основные процессы, вклю­ченные в энерготехнологическую схему, значительно повысить коэффициент ис­пользования топлива, а также с макси­мальной эффективностью и высоким КПД применять как органическую, так и минеральную (зольную) составные части топлива. Разработка эффективных методов комплексного использования топлива неразрывно связана с развитием энерготехнологии.

Энерготехнология занимается разра­боткой основных теоретических поло­жений, позволяющих создавать высоко­эффективные комплексные энерготехнологические методы использования различных видов топлива при производстве важнейших видов промышленной продукции из топлива или с его помощью.

Энерготехнология имеет два главных практических направления: изыскание путей повышения эффективности исполь­зования органической и минеральной частей топлив, применяемых на электро­станциях и в промышленной энергетике, и создание интенсивных энерготехноло­гических методов производства важных видов промышленной продукции (сталь, чугун, цветные металлы, строительные материалы, химическое сырье и т. п.) при потреблении топлив, имеющих ма­лую стоимость, и снижении их удельных расходов.

2. Энерготехнологические схемы использования топлив

В простейшей энерготехнологической схеме повышения эффективности ис­пользования составных частей топлив (первое направление энерготехнологии) топливо перед сжиганием в топке котла подвергается термической переработке в определенных условиях с получением высококалорийного газа и ценных жид­ких продуктов. Простейшая схема при­менима при потреблении большинства твердых, жидких и газообразных видов топлив, однако ее назначение зависит от конкретных условий развития района, в котором располагается электро­станция.

Простейшие схемы, предназначены для получения жидких смол, содержащих ценные виды химического сырья, бензина, высокока­лорийного газа с компонентами сжи­женного газа и непредельных углеводо­родов, цементного клинкера и других строительных материалов типа шлаковойлока, шлаковаты и т. п.

3. Основные направления повышения эффективности использования

топливо-энергетических ресурсов в народном хозяйстве

Основные направления повышения эф­фективности использования топливно-энергетических ресурсов в народном хо­зяйстве определены Энергетической программой СССР на длительную пер­спективу. К их числу относятся:

- проведение активной энергосберегаю­щей политики на базе ускоренного научно-технического прогресса во всех звеньях народного хозяйства и в быту, всемерная экономия топлива и энергии, обеспечение на этой основе значитель­ного снижения удельной энергоемкости национального дохода;

- ускорение технического прогресса в отраслях топливно-энергетического ком­плекса, а также в машиностроительных и других смежных отраслях промышлен­ности, поставляющих этому комплексу оборудование, машины и материалы;

- обеспечение опережающих темпов рос­та производства электроэнергии по сравнению с темпами роста добычи и про­изводства первичных энергетических ре­сурсов;

- сокращение всех видов энергетических потерь и повышение уровня использо­вания вторичных ресурсов;

- обеспечение роста ресурсов моторных топлив прежде всего за счет увеличения объема и глубины переработки нефти, при одновременном существенном сок­ращении расхода мазута электростанци­ями, а также путем широкого исполь­зования в качестве моторных топлив сжатого и сжиженного природного газа и организации по мере решения научно-технических проблем производства син­тетических моторных топлив из газа, угля и горючих сланцев;

- форсированное развитие ядерной энер­гетики для производства электрической и тепловой энергии и высвобождение на этой основе значительного количества органического топлива, строительство в качестве маневренных мощностей гид-роаккумулирующих электростанций в европейской части страны;

- создание технической и материальной базы для широкого использования реак­торов на быстрых нейтронах, вторичного ядерного горючего, тория и его соеди­нений, энергии термоядерного синтеза, а также нетрадиционных возобновля­емых источников энергии, в том числе солнечной, геотермальной, приливной, ветровой энергии и биомассы;

- обеспечение в необходимых количест­вах экспорта топлива и энергии, в пер­вую очередь для решения совместно с братскими социалистическими стра­нами энергетических проблем, а также для эффективного участия в междуна­родном разделении труда;

- модернизация действующего и замена устаревшего энергетического и энергоис­пользующего оборудования; оптимиза­ция режимов работы энергетических и технологических установок с целью зна­чительного снижения удельных расходов топлива, теплоты и электрической энер­гии.

Использование ВЭР в отраслях народного хозяйства предполагает обязатель­ное включение утилизационных устано­вок в процессы с технологическими агрегатами, дающими ВЭР. Совершен­ствуются и создаются новые типы кон­струкций утилизационного оборудования и методов его очистки от пыли. К числу последних относятся установки, выраба­тывающие пар повышенных параметров для круглогодового использования ВЭР на промышленных предприятиях, для утилизации физической теплоты домен­ных шлаков и шлаков печей цветной ме­таллургии. Разрабатываются эффектив­ные конструкции установок, предназна­ченных для работы на запыленных и агрессивных газах цветной металлургии, термического обезвреживания техноло­гических отходов, аккумуляции конвер­терных газов в черной металлургии с целью использования в качестве топ­лива, а также теплоиспользующие холо­дильные установки для получения искус­ственного холода и др.

Важнейшее значение при планирова­нии, организации и управлении топлив­но-энергетическим хозяйством СССР имеют топливно-энергетические балан­сы, в которых отражается качественное и количественное согласование произ­водства и потребления всех видов топ­лива и энергии.

При разработке основных направле­ний развития народного хозяйства на основе анализа фактического состояния использования ВЭР и предварительных данных о перспективах развития пред­приятиям выдается задание по исполь­зованию ВЭР. Эти задания являются основой для разработки плановых энер­гетических балансов и мероприятий по утилизации и использованию ВЭР.

Для обоснованного планирования ис­пользования ВЭР большое значение имеет система статистической информа­ции, основанная на данных промышлен­ных предприятий.

При разработке проектов новых про­мышленных предприятий в их топливно-энергетических балансах предусматрива­ется рациональное и наиболее полное использование ВЭР с учетом территори­альных возможностей кооперирования предприятий по теплоте, внедрение тех­нологических процессов, обеспечиваю­щих более эффективное внутреннее ис­пользование энергетических ресурсов с целью снижения их потерь.

Дальнейшее развитие топливно-энер­гетического комплекса, совершенствова­ние энергетического баланса, повышение производительности труда при произ­водстве энергетических ресурсов на основе внедрения новейших достижений науки и техники, рациональное исполь­зование и экономное расходование топ­лива и энергии - важнейшие народнохо­зяйственные задачи.

4. Методы снижения энергозатрат

Развитие теоретических основ рабочих процессов. Эф­фективность реализации энергии существенно отражается на эффективности перевозок и именно с ней связаны основные проблемы транспортной энергетики: дальнейшее развитие тео­ретических основ организации сгорания жидкого и газообраз­ного топлива в традиционных двигателях; развитие водородной энергетики; разработка альтернативных моторных топлив; со­вершенствование методов снижения уровня загрязнения ОС.

Конструктивное совершенствование традиционных ви­дов транспорта. Проблемы в этой области включают в себя снижение удельной массы элементов, повышение удельной мощности ДВС, КПД энергосиловых элементов, уменьшение сопротивления движению, осуществление рекуперативного тор­можения, увеличение запаса хода.

Развитие новых видов транспорта. К новым видам транс­порта относятся электромобили с индуктивным подводом энер­гии, бесколесный рельсовый транспорт и гелиотранспорт.

Конструктивное совершенствование систем обеспечения работы транспортных энергоустановок.

Оптимизация и автоматизация управления транспорт­ным средством и его энергосиловыми элементами. Специа­лизированное ТС может быть совершенным только для определенных эксплуатационных условий. АТС общего назначения ''можно сконструировать и настроить на преобладающий режим движения. Однако сколь совершенной ни была бы конструкция, без умелого управления автомобилем высокой эффективности АТС не добиться.

Развитие дорожной сети. Кроме экстенсивного наращива­ния суммарной длины дорог с усовершенствованным покрытием необходимо развитие и применение методов оптимизации топологии дорожной сети.

Оптимизация управления автотранспортными потоками (АТ-потоками). Без оптимального управления АТ-потоками высокая энергоэффективность парка машин недостижима. Цепь исследовательских действий в этой области включает в себя ре­шение ряда задач по следующим элементам: одиночное движе­ние АТС—движение АТС в цепочке—движение АТС в потоке — установившееся движение однородного АТ-потока — установив­шееся движение смешанного АТ-потока—движение пачек АТС и их взаимодействие в AT-потоке — нестационарные АТ-потоки — взаимодействие потоков на фрагменте УДС — АТ-потоки на сети.

Решение этих задач должно осуществ­ляться с применением распределительной логистики и ГИС.

Оценка энергоемкости транспортной продукции. Это проблема совершенствования методологии измерения и разви­тия системы показателей. Упомянем измеритель «тран», предлагаемый исследователями для оценки энергоемкости транспортного процесса.

Снижение издержек на топливно-энергетическую со­ставляющую транспортного процесса. Разработка и приме­нение методов снижения энергозатрат. Технические методы снижения энергозатрат включают в себя совершенствование конструкций машин, используемых в транспортном процессе, правильный выбор специализированных средств, поддержание технического состояния машин и дороги на высоком уровне.

Технологические методы — оптимальное управление транс­портным средством, использование влияния технологии погрузочно-разгрузочных работ на энергоемкость функционирования транспортного комплекса.

Организационно-управленческие методы связаны с иссле­дованием и использованием влияния организации движения и логистических методов организации перевозок на энергоем­кость перевозок.

Применение энергосберегающих технологий как спосо­ба защиты окружающей среды и общества. Наиболее важ­ными аспектами этой проблемы являются совершенствование систем снижения дымности и токсичности транспортных ДВС, обеспечение экологической безопасности моторных топлив, контроль их качества и расходования.