Структура и тенденции развития энергоснабжения

Энергию в свободной форме невозможно накапливать на сколько-ни­будь длительное время. Поэтому процессы производства и потребления энергии должны совпадать во времени или следовать непосредственно друг за другом и быть связаны между собой звеном передачи. Это оказывает большое влия­ние на характер производственных, технических и экономических связей энергетики с другими отраслями материального производства, на структуру и формы развития собственно энергетики и систем энергоснабжения.

Энергоснабжение — совокупность последовательных процессов производ­ства, передачи и использования энергии.

Система энергоснабжения — совокупность установок и устройств, пред­назначенных для целей энергоснабжения.

Цепь превращения энергии. На практике часто используется термин "виды энергии", под которым понимаются различные источники энергии или виды топлива.

Топливо — горючее вещество, которое экономически целесообразно ис­пользовать для получения значительного количества теплоты.

284 Экология городов

Теплота сгорания — количество теплоты, выделяющееся при полном сго­рании топлива. Различают высшую Q^ и низшую Q^P_H теплоту сгорания (тепло­творную способность топлива).

Высшая Q^P_B — теплота сгорания, выделяющаяся при сгорании 1 кг твердого, жидкого или 1 м³ газообразного топлива при превращении водяных паров, содержащихся в продуктах сгорания, в жидкость. Низшая теплота сгорания меньше высшей на величину парообразования влаги, имеющейся в топливе (W^p) или образующейся в результате сгорания водорода топлива (9 Н^р).

Условное топливо как понятие используется для сравнительных расчетов.

Условное топливо — топливо, теплота сгорания которого принята равной 29,35 МДж/кг (7000 ккал/кг). Перевод действительного количества топлива в условное производится умножением количества данного топлива на его эк­вивалент Э = Q" /29,35.

Основными природными (первичными) топливно-энергетическими ре­сурсами (ТЭР), на которых базируется современная энергетика, являются ископаемое топливо (угли, торф, нефть, сланцы, горючие газы), продукты его переработки (моторное топливо, мазут, брикеты), водяные потоки (реки), ядерное горючее (уран, торий). Существуют и другие виды топлива или источники энергии, например, биомасса, энергия солнца, энергия ветра, энергия волн, гидроресурсы, геотермальная энергия. Это возобнов­ляемые, наиболее экологически чистые, так называемые альтернативные источники энергии.

Видом потребляемых ресурсов определяются направления развития энергетики: теплоэнергетика, использующаяся ТЭР и определяющая мас­штабы топливодобывающей промышленности; гидроэнергетика, развива­ющаяся на базе гидроэнергетических ресурсов как отрасль по комплексному использованию водных запасов страны; атомная энергетика, основанная на преобразовании внутриядерной энергии в другие виды; ветроэнергетика, ге-лиоэнергетика и др.

Все эти виды топлива представляют первичные энергетические ресурсы и образуют первое звено цепи превращения энергии — энергетической цепоч­ки (рис. 7.1). На диаграмме представлен путь от источника энергии до ее конечного потребления. Например, сырая нефть, добываемая из земли, явля­ется первичным источником энергии, но имеет ограниченное применение. Она может быть преобразована в более калорийные вторичные источники энергии, такие как бензин, газ, нефть, мазут, тяжелое дизельное топливо и т.д. Подобная обработка связана с определенными потерями энергии. Дове­дение вторичной энергии до потребителя также сопряжено с дополнитель­ными потерями энергии на транспортирование и распределение. На заклю­чительном этапе энергоноситель преобразуется для получения полезной энер­гии и подачи ее в пункт потребления. Например, в процессе сжигания мазута в топке отопительной котельной получаем теплоносители (водяной пар, го­рячую воду), подаваемые, в частности, на отопление и горячее водоснабже­ние городских объектов.

Раздел 7. Энергетические объекты городов

ПЕРВИЧНЫЕ ИСТОЧНИКИ ЭНЕРГИИ

Невозобновляемые источники энергии

Возобновляемые источники энергии

Ископаемые:

* уголь

* нефть

газ

* торф

Реакции деле­ния и синтеза:

* урана

* тория

энергия солнца

энергия ветра

геотермальные приливы—отливы

гидроресурсы

Преоб­разова­ние

Потери

•*<•. ■..

ВТОРИЧНАЯ ЭНЕРГИЯ

ТОПЛИВА

Твердые:

* древесина

* уголь

* биомасса

Газообразные:

* природный газ

* искусств, газ

* водород

Жидкие:

* бензин

* газойль

Электроэнергия

Тепло: Районное отопление. Потери тепла

Неэнергетическое потребление

Транспор­тировка и распреде­ление

Потери

КОНЕЧНАЯ ЭНЕРГИЯ

В виде первичной или вторичной энергии

Потребность

ПОЛЕЗНАЯ ЭНЕРГИЯ

Тепло

Энергия

Освещение

Рис.7.1. Структура энергоснабжения

286 Экология городов

Основными видами продукции энергетического производства являются электрическая и тепловая энергия, в форме которых происходит потребление энергетических ресурсов на конечной стадии их использования. Устройства, на которых энергия природных энергетических ресурсов преобразуется в другие виды энергии, называются энергогенерирующими (или энергогенераторами), а использующие преобразованные виды энергии — энергоприемниками (по­требителями или абонентами).

Таким образом, исходя из задач энергоснабжения и цепи превращения энергии, любая система энергоснабжения базируется на определенных энер­гетических ресурсах и включает в себя три главных элемента: источник энер­гии (энергогенератор), сети (распределительные и транспортные) и энерго­приемник (потребитель, абонент).

Структура передаточных звеньев в системе определяется уровнем кон­центрации и централизации энергоснабжения.

Концентрация — процесс сосредоточения производства энергии на круп­ных энергетических предприятиях, т.е. увеличение единичной мощности и производительности энергетических установок и оборудования. Концентра­ция — важнейший фактор совершенствования технической базы и повыше­ния эффективности производства.

Централизация — объединение потребителей энергии едиными для них энергетическими сетями и источниками энергии, определяемое, в первую очередь, неразрывностью во времени процессов производства и потребления энергии. Централизация в энергетике — форма рациональной организации энергоснабжения потребителей.

Концентрация и централизация энергоснабжения увеличивают дальность передачи энергии. Это связано с дополнительными затратами и потерями энергии в распределительной системе. Снизить эти потери и увеличить даль­ность транспортирования позволяет повышение потенциала энергоносите­лей, используемых для передачи и распределения энергии.

Основной формой энергоснабжения в Украине являются централизован­ные системы. Объединяя энергогенерирующие установки, трансформирую­щие и распределяющие устройства и энергоприемники, они характеризуются общностью принципов формирования и режима работы всех звеньев, взаи­мозависимостью процессов производства, распределения и использования энергии.

Топливно-энергетический комплекс Украины. С принципами концентрации и централизации связано объединение энергетики и отраслей топливодобы­вающей и перерабатывающей промышленности в единый топливно-энерге­тический комплекс (ТЭК). ТЭК Украины — один из самых крупных и четко выраженных комплексов национальной экономики, представляющий собой единую систему энергоснабжения страны и охватывающий совокупность про­цессов производства, преобразования, транспорта и распределения топлив­но-энергетических ресурсов.'Главной целью функционирования ТЭК явля­ется эффективное и надежное обеспечение всех потребностей народного хозяй-

Раздел 7. Энергетические объекты городов 287

ства Украины энергией необходимого качества (электрической и тепловой, а также в виде тех или иных энергоносителей и рабочего тепла).

Электроэнергетика, или энергетическая промышленность, Украины ох­ватывает совокупность процессов по производству, транспорту и распреде­лению электрической и тепловой энергии, реализуемых атомными электро­станциями (АЭС), тепловыми электростанциями на органическом топливе (ТЭС, ТЭЦ), гидравлическими (ГЭС), гидроаккумулирующими (ГАЭС) элек­тростанциями и котельными, подведомственными Министерству энергети­ки Украины (Минэнерго); линиями электропередач, электрическими и теп­ловыми сетями Минэнерго; электростанциями, котельными и утилизаци­онными установками ведомственных организаций и предприятий; распре­делительными электрическими и тепловыми сетями, не принадлежащими Минэнерго; энерго- и топливно-сбытовыми организациями. Кроме пере­численных мощных источников тепловой и электрической энергии (как правило, системы Минэнерго), существует значительное число малых сис­тем теплоэлектрогенерирования, которые рассредоточены по городам, на­селенным пунктам и различным отраслям промышленности. Это районные отопительные и отопительно-производственные котельные, заводские ТЭС, ТЭЦ и котельные, промышленные печи, бытовые энергоустановки, пред­назначенные для обслуживания нескольких зданий и сооружений, индиви­дуальных построек, коттеджей, частных домов и т.д. Все эти энергогенери-рующие источники имеют признаки отдельной отрасли со своей продукци­ей в виде тепловой и электрической энергии, со своими потребностями в топливе, оборудовании, материалах, инвестициях и т.д. И, естественно, со своим, иногда весьма существенным, вкладом в обострение экологической обстановки. По сути, это своеобразный топливно-энергетический комплекс, который принято называть малой энергетикой. К числу объектов нетради­ционной малой энергетики можно отнести также установки и сооружения, использующие солнечную энергию, энергию ветра, геотермальную энер­гию, биомассу, низкопотенциальную энергию и т.д.

Объемы производства малой энергетики сопоставимы с производством энергии на крупных электростанциях. Так, в 1992 г. объектами коммуналь­ной энергетики использовано более 65 млн т условного топлива (т.у.т.) и выработано порядка 250 ПДж тепловой энергии. Для сравнения, всеми теп­ловыми электростанциями Украины в том же году произведено 324 ПДж тепловой энергии и израсходовано около 80 млн т.у.т.

Топливная промышленность Украины охватывает совокупность процес­сов по добыче природных видов топлива и их переработке (сортировка, обогащение, непосредственно переработка), реализуемых угольной, газо­вой, нефтедобывающей, нефтеперерабатывающей, торфяной и атомной про-мышленностями.

Постоянное наращивание на протяжении многих десятилетий объемов производства ресурсоемкой и энергоемкой продукции привело к тому, что Украина превратилась из экспортера топливных ресурсов в импортера. В то же время энергоемкость валового внутреннего продукта Украины в 2—4 раза выше среднего значения в европейских странах.

288 Экология городов

Структуру энергоснабжения городов формируют потребители энергии и энергопотребляющие процессы. К потребителям энергии относят жилые зда­ния, предприятия и учреждения коммунально-бытового обслуживания и хо­зяйства, предприятия общественного питания, связи, учреждения просвеще­ния, здравоохранения, культуры, искусства, спорта, административно-хозяй­ственные, учебные, научные, общественные и другие организации.

В городском коммунальном хозяйстве потребление энергии обеспечи­вает силовые и тепловые процессы (высокотемпературные, средне- и низ­котемпературные), освещение и потребление энергии на культурно-быто­вые нужды. Практически во всех городах Украины на базе городских ком­мунальных и районных электростанций и котельных установок разного типа сложилась система централизованного электроснабжения и тепло­снабжения населения.

Следующей важной системой энергоснабжения городов является система газоснабжения. Газификация городов получила широкое развитие в 50-е годы XX века. Благодаря газификации обеспечивается централизация топливо­снабжения высокотемпературных процессов в быту, общественном и про­мышленном секторе. Перевод местных тепловых установок всех видов на газообразное топливо способствует оздоровлению воздушного бассейна и улуч­шению общего экологического и санитарного состояния городов.

Развитие энергетики городов на современном этапе характеризуют следу­ющие основные тенденции:

• повышение удельного расхода энергоресурсов на нужды городского хо­
зяйства;

• опережающие темпы роста электропотребления по отношению к темпу
роста потребления ТЭР в целом;

• сокращение доли непосредственного использования топлива за счет
повышения роли преобразованных видов энергии в удовлетворении энер­
гетических потребностей городов;

• улучшение экологических показателей производства энергии и энерго­
использования;

• повышение уровня газификации и увеличение доли природного газа в
топливно-энергетическом балансе городов;

• рост концентрации потребления энергии в больших городах, выражаю­
щийся в повышении энергетической плотности нагрузки на 1 км² го­
родской территории и удельного расхода ТЭР на одного жителя;

• сочетание преимущественно централизованного электроснабжения с
децентрализованным теплоснабжением;

• дальнейшее развитие газоснабжения городов путем совершенствования
структуры и схемы распределительных сетей, улучшения их парамет­
ров, модернизации работы городского хозяйства.

Хотя в сравнении с другими видами энергии нетрадиционные пока игра­ют малую роль, наблюдается также четкая тенденция постепенного развития

Раздел 7. Энергетические объекты городов 289

ветроэнергетики (северное побережье Европы, Калифорния, юг Украины), гелиоэнергетики (Нидерланды, США, Япония).

Так как в настоящее время основой энергоснабжения городов является централизованная выработка практически всех энергоресурсов, то необходи­мо рассмотреть перспективы развития определяющей составляющей ТЭК — электроэнергетики.

Обеспечение надежного и стабильного энергоснабжения народного хозяйства Украины электрической и тепловой энергией при значитель­ном уменьшении вредного воздействия на окружающую природную сре­ду осуществляется:

• путем технического перевооружения и реконструкции действующих
электростанций, электрических и тепловых сетей;

• освоением новых технологий сжигания углей путем создания соответ­
ствующего оборудования и парогазовых установок, в том числе с внут­
ренней газификацией углей;

• введением в число действующих энергоблоков АЭС высокой и средней
степени готовности;

• дальнейшим развитием гидроэнергетики путем освоения гидроресурсов
Западной Украины и модернизации малых ГЭС, а также строительства
ГАЭС;

• дальнейшим развитием теплофикации с комбинированной выработкой
тепловой и электрической энергии на ТЭЦ;

• созданием в Украине полного ядерного топливно-энергетического цикла;

• ориентацией на обеспечение энергетическим оборудованием отечествен­
ного производства;

• созданием необходимых условий для полного и своевременного обес­
печения ТЭС украинским углем;

• расширением объемов использования нетрадиционных и возобновляе­
мых источников энергии.