16+
Регистрация
РУС ENG
Расширенный поиск
http://www.eprussia.ru/epr/17/1006.htm
Газета "Энергетика и промышленность России" | № 1 (17) январь 2002 года

Состояние топливно-энергетического комплекса России и энергосберегающий путь развития энергетики

Энергетика к.т.н., с.н.с. Н.Г. Кириллов ,Военный инженерно-космический университет

(Окончание)

Учитывая важность решения проблемы использования местного топлива, Правительством Республики в 1998 году была принята Программа внедрения теплоэнергетических станций (котельных), работающих на древесной щепе, отходах лесозаготовок , лесопиления и смешанном биотопливе на территории Республики Карелия. В настоящее время в плане реализации данной программы введены в эксплуатацию модульные котельные на биотопливе в населенных пунктах: Шуйская, Деревянное, Деревянка, Пряжа, Хюмпеля, Медвежьегорск, Калевала, Харлу, Вещколица, Беломорске и т.д.

Увеличение доли местных топлив в энергетическом балансе характерен практически для всех развитых стран. Наиболее значительных результатов в применении местных биотоплив достигла Швеция. Например, природный газ как энергетическое топливо, в шведской энергетике занимает не более 2%, и в тоже время местное топливо - биомасса (древесина, торф, бытовые отходы) дает не менее 21%. Аналогичные показатели использования биомассы характерны для топливного баланса и других промышленно развитых стран. В Австрии она составляет 12%, в Финляндии - 23%. В целом, в странах Европейского Союза, в среднем, около 14% общей энергии получено из биомассы. В Индии программа децентрализации производства энергии, инициированная в 1995 году, обеспечила поддержку проектов применения местных видов топлив. Такая политика позволяет уже в ближайшее время обеспечить получение энергии из биомассы, эквивалентной 44% запланированного потребления электроэнергии.

Одним из видов местных топлив являются городские твердые отходы (ГТО). Использование ГТО в качестве топлива для систем теплоснабжения позволит решить сразу несколько проблем крупных городков РФ: уменьшение площадей городских свалок, утилизация твердых городских отходов и использование неископаемых источников топлива. В нашей стране за год, в среднем, образуется более 360 кг бытовых отходов на одного жителя, что примерно эквивалентно 100 кг условного топлива или 11 тоннам горячей воды в год. Технологии использования ГТО как местного топлива широко применяется в Англии, Германии, США и других развитых странах. В Дании более 10% потребностей в тепле покрывается за счет сжигания отходов. В России твердые городские отходы как местное энергетическое топливо практически не применяется.

Производство альтернативных метаносодержащих газов для замещения природного газа

Шахтный метан. Ежегодно в странах СНГ дегазационными установками из угольных шахт извлекается и выбрасывается в атмосферу около 3 млрд. м3 метана, в том числе в России - более 1 млрд. м3. Однако, шахтный метан - превосходное топливо. Во многих странах, например, Чехии, Англии, США, утилизируется практически весь попутный метан. Несмотря на перспективность, практика использования шахтного метана как энергетического топлива в России находится на уровне 5-10% от общего объема дегазации.

Целевым назначением широкомасштабной добычи метана из угольных пластов является полное обеспечение потребностей шахтерских регионов России собственным местным газом, который является наиболее доступным, наиболее дешевым и наиболее экологически чистым резервом из известных газов, альтернативных природному газу. Так, прогнозные ресурсы метана в пластах Кузнецком угольном бассейне (Кемеровская область), перспективных для добычи газа, оцениваются в 13,1 трлн. м3, при средней плотности (концентрации) ресурсов 717 млн.м3/км2. При оживлении промышленного производства и развития энергетики потребление газа в Кемеровской области может составить около 32 млрд. м3, вес объем которого предполагается покрыть за счет шахтного метана.

Чтобы оценить объемы и перспективность применения шахтного метана в Кемеровской области, необходимо сказать, что эта программа по объемам эквивалентна разработки месторождения Харасавэя на Ямальском полуострове, а по затратам на порядок ниже.

Биометан. Все большее значение в энергетике зарубежных стран принимает другой метаносодержащий газ - биометан (биогаз). Только в одном Китае эксплуатируется более 5 млн. семейных биогазовых реакторов (ферментеров) ежегодно производящих около 1,3 млрд. м3 биогаза, что позволяет свыше 35 млн. человек использовать его для отопления и бытовых нужд. Большое количества биогаза производятся также и при переработке твердых бытовых отходов городов: в США - 9*1015 Дж, Германии - 14*1015 Дж, Японии - 6*1015 Дж, Швеции - 5*1015 Дж. В Дании около 8% современного потребления энергии приходятся на биогазовые технологии, и их доля, как ожидают, к 2035 году увеличиться до 35%. В России биогазовые технологии практически не используются.

Попутный нефтяной газ. В настоящее время в Государственной Думе на обсуждении находиться Федеральный закон "О регулировании использования нефтяного (попутного) газа". Согласно этого закона нефтяные компании при добыче нефти должны собирать до 95% попутного газа. На сегодняшний день на различных нефтяных скважинах собирают не более 40% ПНГ, остальной газ сжигается в факелах. По оценкам специалистов, в России ежегодно сжигается до 10 млрд. м3 попутного нефтяного газа.

Децентрализованные системы теплоснабжения на основе тепловых насосов.

Не затрагивая всего комплекса проблем экономии топливных ресурсов с учетом рассредоточения тепловых нагрузок, необходимо отметить, что только частичная смена системы теплоснабжения с централизованного на автономное (децентрализованное) может позволить экономию топливных ресурсов до 25-35%.

В сложившихся условиях теплоснабжения в крупных городах России (гг. Москвы, Санкт-Петербурга и т.д.), децентрализованные системы теплоснабжения не являются конкурентами ТЭЦ и районных котельных, а служат их разумным дополнением. Целесообразная доля децентрализованных систем в крупных городах должна составлять 25-30% от потенциального рынка тепловой энергии.

Наиболее перспективным направлением в развитии автономного теплоснабжения относятся использование тепловых насосов. Использование уже существующих теплонасосных установок позволяет при удельных затратах в 1 кВт получить на выходе для теплоснабжения 3 - 7 кВт тепла, в зависимости от температурного уровня источника низкопотенциальной теплоты. Применение такого рода установок за рубежом становится нормой и позволяет ежегодно сокращать на 10% потребление топливных ресурсов.

По прогнозам Международного энергетического комитет по тепловым насосам, тепловая мощность, производимая тепловыми насосами к 2020 г. в передовых странах для отопления и горячего водоснабжения, составит 75%. В итоге предполагается снижение расхода топлива на отопление к 2020 году на 90%. Кроме того применение ТНУ установок уже в ближайшее время позволит существенно снизить негативное влияние энергетики на окружающую среду.

Внедрение теплонасосных установок происходит в настоящее время стремительно. Массовое производство и использование тепловых насосов осуществляется в США, Японии, ФРГ, Франции, Швеции, Дании, Австрии, Канаде и других развитых странах. В настоящее время в мире эксплуатируется более 50 млн. ТНУ различной мощности.

Автономные системы для одновременного производства электроэнергии и тепла на основе когенерационных установок.

Когенерационные установки (КУ) позволяют осуществлять комбинированное производство электроэнергии и тепла, за счет передачи теплоты, образующейся в процессе работы двигателя, через систему теплообменников в отопительный контур. При этом в среднем на 100 кВт электрической мощности потребитель получает 150-160 кВт тепловой мощности в виде горячей воды с температурой 90 0С для отопления и горячего водоснабжения. КУ могут использоваться в масштабах от миниблоков для отдельных сооружений и до энергоснабжения крупных промышленных объектов или небольших населенных пунктов.

По пути широкого применения КУ идет большинство стран Европы. Сегодня доля электроэнергии, вырабатываемая КУ в странах Западной Европы, составляет 10%.

Конегерационные установки имеют большой ресурс, низкую стоимость эксплуатации, низкую стоимость установочной мощности 250-500 долл. США за 1 кВт, низкую стоимость производимой электроэнергии и тепла и безопасность. Опыт эксплуатации существующих КУ, показывает, что удается обеспечить экономию до 40% природного газа по сравнению с раздельным получением тепла и электричества.

Применение стирлинг-технологий

Широкая универсальность термодинамического цикла Стирлинга, позволяющая при различном конструктивном исполнении создавать как двигатели, так и тепловые насосы, наивысшая энергетическая эффективность (теоретический к.п.д. цикла идеальной машины Стирлинга равен к.п.д. цикла Карно) и высокая степень экологической чистоты как самих рабочих тел машин Стирлинга, так и отработанных сред, возникающих при их эксплуатации, позволяют создавать на их основе системы автономного энергоснабжения различного функционального назначения (стирлинг-технологии).

Особенности процессов в двигателе Стирлинга - двигателе с внешним подводом теплоты (ДВПТ), по сравнению с двигателями внутреннего сгорания (ДВС), связаны с тем, что процесс горения осуществляется вне рабочих цилиндров, что позволяет использовать различные источники теплоты, добиваться более низкой токсичности при работе на органическом топливе, снижения уровня шумов и вибраций, экономить до 20% топлива по сравнению с ДВС.

В связи со проблемой ресурсосбережения для России представляет значительный интерес возможность серийного производства электрогенераторов средней мощности (от 3 до 500 кВт) с модификацией двигателя Стирлинга под местное топливо. В качестве местного топлива для стирлинг-генераторов может использоваться торф, измельченный уголь, сланцы, отходы сельского хозяйства и лесоперерабатывающей промышленности. Решение данного вопроса уже в ближайшее время позволит обеспечить многие регионы России дешевыми в эксплуатации автономными электроисточниками на местном топливе.

В тепловых насосах Стирлинга, рабочее тело - гелий, в процессе всего цикла не меняет своего фазового состояния. Это позволяет использовать в качестве низкопотенциальной теплоты даже окружающий воздух при температуре ниже минус 300С и нагревать теплоноситель системы теплоснабжения свыше 1000С.

Одним из наиболее перспективных направлений использования криогенных газовых машин (КГМ) Стирлинга, является создание гаражных заправочных пунктов по получению сжиженного природного газа, сжиженного биометана и сжиженного шахтного метана, расположенных непосредственно у пользователей. Производительность гаражных пунктов, созданных на основе отечественных и зарубежных КГМ Стирлинга, колеблется в пределах от 10 до 700 кг/ч криогенного продукта. Сжиженные метаносодержащие газы являются наиболее перспективными моторными топливами, альтернативными традиционным нефтяным топливам.

Заключение

Если не провести настоящей реформы в энергетике страны, то в ближайшем будущем ТЭК окажется "узким местом" в экономике, тормозом ее развития. Объемы производства топливно-энергетических ресурсов смогут обеспечить лишь внутренние потребности страны. В этом случае экспорт этих энергоресурсов из России должен быть практически прекращен с потерей внешних рынков, валютного дохода и источников финансирования отечественной промышленности. Такое положение, связанное с потерей валютной выручки от продажи первичных энергоресурсов за рубеж, может привести к катастрофическим последствиям для всей экономики страны. Только переход на ресурсосберегающий путь развития на основе изменения структуры ресурсопотребления и применения энергосберегающих технологий поможет выйти из складывающейся критической ситуации. Чем быстрей российская экономика встанет на этот путь, тем лучше, поскольку, по прогнозам экспертов, к 2005 году прирост потребности национального хозяйства в энергоресурсах может быть обеспечен за счет увеличения добычи и производства топливно-энергетических ресурсов (ТЭР) менее чем на 40%. Недостающие 60% возможно восполнить лишь за счет энергосберегающих технологий.

ЛИТЕРАТУРА

1. Вяхирев Р.И. и др. Экологические аспекты устойчивого развития теплоэнергетики России. М., 2000. - стр. 51-65.

2. Вяхирев Р.И. Хватит топить "баню по-черному"./ Фактор, №1, 2001.- стр.4-7.

3. Федоров В.А. Состояние топливно-энергетического комплекса в конце века. Энергосбережение. Калуга, 2000. - стр. 7-9.

4. Дубов В.В. Повышение роли местных видов топлив при производстве тепловой энергии в Республике Карелия./Новости теплоснабжения. № 3, 2001. - стр. 8-11.

5. Кириллов Н.Г. и др. Децентрализованные системы теплоснабжения с тепловыми насосами, работающими по обратному циклу Стирлинга./ Теплоэнергоэффективные технологии. №1, 1997. - стр. 38-40.

6. Кириллов Н.Г. Машины Стирлинга для высокоэффективных и экологически чистых систем автономного энергоснабжения./Химическое и нефтегазовое машиностроение, №12, 2000. - стр. 21-24.

7. Кириллов Н.Г. О создании инфраструктуры производства СПГ для автотранспортных средств в Российской Федерации. //Нефтегазовые технологии. № 3, 2001. - стр. 21-24.

Отправить на Email

Для добавления комментария, пожалуйста, авторизуйтесь на сайте

Также читайте в номере № 1 (17) январь 2002 года:

  • Разрушающие технологии

    Многие открытия 20-го века стали или могут стать причиной разрушительных явлений, а то и общемировых катастроф. Некоторые из таких открытий известны хорошо - например, энергия атома или химическое оружие. Однако современная цивилизация таит в себе немало опасностей, которые менее известны широкому читателю. Вот что пишет академик Е. А. Абрамян (информация с личной интернет-страницы ученого, полный вариант статьи опубликован в газете «Из...

  • АО «АвтоВАЗ» ведет переговоры с Балаковской АЭС

    Крупнейший в России производитель автомобилей тольяттинский завод «АвтоВАЗ», заканчивает переговоры с Балаковской АЭС о поставке электроэнергии. Если переговоры завершатся успешно, АО «АвтоВАЗ» станет одним из основных потребителей энергии, производимой Балаковской АЭС. Это решение руководителей автогиганта стало, по информации Министерства печати, ответом на попытки естественных монополистов поднять тарифы на свою продукцию. На зав...

  • Политика атомной энергетики будет дорабатываться

    Окончательное утверждение программы инвестиционной политики атомной энергетики РФ кабинетом министров РФ состоится через две недели, после того как в итоговом документе будут окончательно определены вопросы распределения прибыли концерна «Росэнергоатом», а также вопросы, связанные с хозяйственной деятельностью атомно-энергетической отрасли российской экономики. Об этом заявил журналистам министр атомной энергетики РФ Александр Румянце...

  • США: Розничная энерготорговля ограничена

    Практически любая крупная разветвлённая энергоёмкая структура способна самостоятельно поставлять по своим сетям энергию любым потребителям, не слишком от этих сетей отдалённым. Естественно, энергокомпании, закрепленные регуляторно за этими клиентами, такой конкуренцией обычно недовольны. 10 декабря 2001 г. апелляционный суд штата Аризона постановил, что ирригационные районы штата не вправе поставлять энергию розничным потребителям за ...

  • Новые методы ремонта трубопроводов

    Основные причины разрушений - механические повреждения, коррозия, брак строительно-монтажных работ и дефекты труб. Методика современного ремонта построена не только на полном восстановлении проектных характеристик трубопроводов, но и на устранении дефектов, которые могут спровоцировать разрушение трубопроводов или нарушить их герметичность. Определение очередности и объемов выборочного ремонта зависит от внутритрубной диагностики снар...