Повышение эффективности при производстве энергии 


Мы поможем в написании ваших работ!



ЗНАЕТЕ ЛИ ВЫ?

Повышение эффективности при производстве энергии



Первая ступень, на которой необходимо проводить целенаправленные мероприятия - это сам процесс производства тепла и энергии, сжигание органического топлива.

Сжигание органического топлива для получения электрической энергии и тепла, и в особенности электроэнергетика является одной из основ функционирования современного общества и мировой экономики. С другой стороны, топливосжигающие установки расходуют большое количество ценного органического топлива различных видов и других природных ресурсов, преобразуя их в полезную энергию.

Органические виды топлива в настоящее время являются самым распространенным источником энергии. Однако их сжигание приводит к воздействиям на окружающую среду в целом, которые в некоторых случаях оказываются весьма значительными. Процесс сжигания ведет к поступлению различных веществ в воздух, воду и почву, причем выбросы в атмосферу считаются одной глобальных экологических проблем.

Материалы проекта. Основные экологические аспекты.

Сжигание в данном контексте можно определить как быстро протекающую химическую реакцию с участием кислорода и горючих элементов топлива. Существует лишь три горючих элемента, значимых с точки зрения генерации энергии – углерод, водород и сера. Как правило, сера менее значима в качестве источника тепла.

Общая формула горения углеводородов:

CmHn + (m + n/4) O2 mCO2 + (n/2) Н2O

Все углеродные топлива содержат определенную долю углерода,

которые образует CO2 при реакции с кислородом атмосферы. Как правило, источником кислорода для котлов является атмосферный воздух. Данные реакции являются экзотермическими. При окислении углерода выделяется 32800 кДж/кг, водорода - 142700 кДж/кг. Однако теплоту сгорания ископаемого топлива нельзя рассчитывать, исходя только из содержания в нем этих двух элементов, поскольку следует также принимать во внимание энергию химических связей соединений, в состав которых входят эти элементы. Кроме того, сера и другие элементы, содержащиеся в топливе, также могут вносить свой вклад в теплоту сгорания.

В топке котла тепловая энергия, полученная в результате реакции горения, определяется только составом исходных веществ и конечных продуктов реакции, независимо от того, какие промежуточные продукты возникают в процессе горения.

Материалы проекта. Методы выработки энергии.

 

Таблица Удельная теплота сгорания топлива и удельные выбросы CO2

Топливо Высшая теплотворная способность Удельные выбросы CO2
кДж/кг ккал/кг тонн СО2/ТДж (г/кВтч)
Уголь каменный 15 000 - 27 000 3 550-6 450 95 (342)
Уголь бурый, лигнит 16 300 3 900 110 (396)
       
Природный газ 35 000- 43 000 8 350-10 250 55 (198)
Тяжелое нефтяное топливо 41 200 – 43 000 9 800 – 10 250 80 (288)
Легкое нефтяное топливо 35 000 – 47 300 8 350 – 11 250 77 (377)

http://www.dpva.info/Guide/GuidePhysics/GuidePhysicsHeatAndTemperature/ComnustionEnergy/FuelsHigherCaloricValues/

Материалы проекта. Осн эк аспекты

*материалы подготовлены РОО «Эколайн» и ОАО «Рязанская ГРЭС» в

ходе проекта SEPS 345 «Сокращение воздействия и снижение выбросов

парниковых газов при производстве энергии»

Диоксид углерода является основным продуктом реакции горения всех видов органического топлива. Выбросы СО2 напрямую связаны с содержанием углерода в топливе, причем газообразные виды топлива создают значительно меньшие выбросы СО2, чем другие виды. (Табл.) Массовая доля углерода для каменного и бурого углей колеблется между 61 и 87%, для древесины – около 50% для легкого и тяжелого мазута – около 85% (Рис) [1, CORINAIR,1996].

Рис.. Удельные выбросы СО2 (кг СО2/МВтч произведенной энергии) для топливосжигающих предприятий различных типов

[133, Stremberg L., 2001

Технологии и практика уменьшения выбросов парниковых газов постоянно развиваются. Многие из этих технологий сосредоточены на повышении эффективности производства энергии и тепла из ископаемых видов топлива, а также разработке источников энергии с низким содержанием углерода.

Энергоемкость (потребляемая энергия, поделенная на валовой внутренний продукт) и содержание углерода (СО2, выброшенный в результате сжигания ископаемых видов топлива, поделенный на объем произведенной энергии) снижались в течение более 100 лет в развитых странах без проведения определенной правительственной политики в области декарбонизации. Эта тенденция является результатом изменений в общей энергетической политике: перехода от видов топлива с высоким содержанием углерода, таких, как уголь, к использованию нефти и природного газа, повышению эффективности преобразования энергии и внедрению гидро- и ядерной энергии. В настоящее время в мире идет процесс разработки и быстрого внедрения других видов источников энергии, основанных на неископаемых видах топлива. Они обладают значительным потенциалом для смягчения выбросов парниковых газов.

МГЭИК См посл 2001

В середине 2006 г. МЭА обобщило все последние данные и представило несколько альтернативных сценариев мировой энергетики на период до 2050 г. (IEA, 2006) (Рис)

Рис.. Роль различных технологий снижения выбросов СО2 в комплексном сценарии АСТ Map

 

На основании этих данных можно подобрать наилучшие энергоэффективные технологии в производстве тепла и энергии и оценить их возможный потенциал.

Рис..Примерный набор мер для снижения выбросов парниковых газов –предотвращенные выбросы в 2005–2050 гг.

 

Для реализации задачи снижения выбросов парниковых газов на уровне производства необходимо применение комплекса мер по ресурсосбережению и повышению эффективности при производстве тепла и энергии. На данной стадии возможны действия в двух основных направлениях – изменение структуры топливно-энергетического баланса в сторону низкоуглеродных и экологически безопасных источников энергии и совершенствование традиционных технологий производства тепла и энергии.

Изменение структуры ТЭБ:

· Переход на газ

· Ядерная энергетика

· ВИЭ

Газовое топливо. В экологическом отношении природный газ является самым чистым видом органического топлива. При его сгорании образуется значительно меньшее количество вредных веществ по сравнению с другими видами топлива. Кроме того, природный газ генерирует меньше СО2 при том же количестве вырабатываемой для снабжения энергии, чем уголь или нефть, поскольку он содержит больше водорода по отношению к углероду, чем другие виды топлива. Благодаря своей химической структуре газ производит на 40% меньше диоксида углерода, чем антрацит.

Выбросы в атмосферу при сжигании ископаемого топлива зависят не только от вида топлива, но от того, насколько эффективно оно используется. Газообразное топливо обычно сжигается легче и эффективнее, чем уголь или нефть. Благодаря химическому составу, простоте и эффективности использования природный газ может внести существенный вклад в снижение выбросов диоксида углерода путем замены им ископаемых видов топлив. Переход на промышленные вид топлива с более низким выходом углерода, как например природный газ, может понизить выбросы газа, создающего парниковый эффект, при достаточно высокой экономической эффективности.

 

Возобновляемые источники энергии (ВИЭ). Технологии использования возобновляемых источников энергии достаточно хорошо известны: ветро- и гидроэнергетические установки, сжигание древесной и прочей биомассы, геотермальные и приливные технологии, тепловые и фотоэлектрические гелиоустановки и т.п. Они находятся на разной стадии готовности к коммерческому использованию: от более конкурентоспособных технологий (ветроэнергетические установки) до технических разработок, например, органических фотоэлементов на основе нанотехнологий.

В 2005 г. в мире с использованием ВИЭ (включая гидроэлектроэнергию) было произведено 18% потребленной электроэнергии, менее 3% потребленного тепла и 1% потребленного моторного топлива.

Существует вероятность, что к 2050 г. объем электроэнергии, производимой на основе ВИЭ, может вырасти до 50% при условии, что к этому времени будет достигнута масштабная цель по снижению выбросов CO2 в мире на 50% по сравнению с показателями 2005 г., что предусмотрено сценариями BLUE, содержащимися в публикации МЭА «Перспективы энергетических технологий 2008» (Energy Technologies Perspectives 2008). Эта цель достижима, однако потребует значительных политических и финансовых ресурсов, а также незамедлительных действий со стороны всех правительств.

Внедрение ВИЭ

Атомная энергия. В последнее время возвращается интерес к строительству новых атомных станций с использованием более безопасных реакторов, не связанных с образованием оружейного плутония (технологии III и IV поколения). Здесь сказывается желание снизить зависимость от импортируемых энергоносителей. В то же время роль атомной энергии в решении климатической проблемы в любом случае очень невелика. На это накладывается нерешенность проблемы захоронения отработанного топлива и утилизации облученного оборудования. Поэтому сохраняется негативное отношение общественности к этому виду энергии.

Развитие энергетики и снижение выбросов пг 2006

Техническое перевооружение, модернизация. Увеличение КПД при производстве тепла и энергии. Два важнейших требования Директивы IPPC — рациональное использование природных ресурсов и эффективное использование энергии. Поэтому КПД, с которым энергия произведена, является наиболее важным показателем воздействия производственного процесса на окружающую среду. КПД важен не только как показатель экономного использования природных топливных ресурсов, он также связан с удельным количеством выбросов CO2 на единицу энергии. Одним из способов снижения выбросов является оптимизация использования энергии и КПД процесса производства энергии. Возможность оптимизации КПД в конкретном случае зависит от ряда факторов, включая характер и качество топлива, тип топливосжигающей установки, рабочие температуры газовой турбины и/или паровой турбины, местные климатические условия, тип использованной системы охлаждения, и т.д.

Согласно всем сценариям развития, необходимо радикально обновить технологическую базу глобальной экономики. Ниже дается краткий обзор последних исследований технологического прогресса в основных секторе энергетики.

По прогнозам, до середины XXI в. в энергоснабжении сохранится ведущая роль ископаемого топлива и традиционных технологий, основанных на сжигании топлива. Улучшений можно добиться путем повышения КПД генерирующих установок, совместного сжигания угля и биомассы, добавки биогаза к природному газу, замены угольного топлива на газовое и т. п. Наиболее перспективными считаются следующие технологии:

Газовые технологии. Установки на основе комбинированного парогазового цикла или ПГУ-ГТУ. Образующиеся при сжигании топлива газы используются для производства пара, который приводит в действие паровую турбину, вырабатывающую электроэнергию. КПД можно довести до 60% за счет повышения температуры пламени и давления пара, а так же благодаря более сложным паровым циклам. Основные проблемы: жаропрочные материалы, эффективные системы охлаждения.

Новые угольные технологии. К таким технологиям относят угольные установки с паровым циклом со сверхкритическими и ультрасверхкритическими (USC) параметрами пара (до 700 °С и 37,5МПа) с применением технологии циркулирующего кипящего слоя и КПД выше 50%. Установки с предварительной газификацией различного твердого углеводородного топлива (получается "сингаз", состоящий из смеси водорода и оксида углерода), и конверсионным циклом, аналогичным ПГУ-ГТУ (КПД до 50%) также могут дать значительный эффект. При этом возникают проблемы новых материалов, способных работать при таких температурах и давлении.

Низкотемпературная вихревая технология (НТВ) сжигания основана на аэродинамике потоков в топке – направления больших масс грубо измельченного топлива в нижнюю часть топки, а воздуха – в верхнюю часть. Это позволяет снизить максимальную температуру в топке на 100–300 °C и сжигать не пылеугольное топливо, а грубо измельченный уголь. За счет предварительной подготовки твердого топлива (угля, торфа и т. п.) путем сушки, очистки от пустой породы, измельчения, повышения однородности и пр. можно повысить КПД на 2–5%. "Микронизированный" уголь, размолотый до 15 мкм, или частицы угольно-нефтяной или водоугольной суспензии можно сжигать в газовых и жидкостных котлах.

Когенерация электроэнергии, теплоты и холода. Технология комбинированного производства тепловой и электрической энергии известна как когенерация. Она обеспечивает общий КПД электростанции с учетом потребления тепла в диапазоне 75-90%. Увеличение КПД приводит к сокращению выбросов СО2, поскольку потребителю нет необходимости сжигать топливо в отдельной установке для производства тепла.

Энергоэффективность всех перечисленных технологий можно существенноповысить за счет добавления теплофикационного цикла и перехода к комбинированному производству электро- и тепловой энергии, а также использования тепловых насосов, позволяющих дополнительно увеличить КПД путем утилизации низкотемпературного тепла.

Мини- и микро-ТЭЦ. Современный тип жизни населения делает эффективным использование децентрализованных полуавтономных систем энергоснабжения на основе мини- и микро-энергоустановок/ТЭЦ. Мощность их – от нескольких киловатт до нескольких мегаватт установки, предназначенные для использования в целых поселках или на промышленных предприятиях).

Выработка тепла может составлять несколько десятков и даже сотен килоджоулей в час, а общий КПД может превышать 75%. По некоторым оценкам, в Европейских странах, где порядка 95% домашних хозяйств используют индивидуальные системы отопления и нагрева воды, до 40% из них смогли бы при замене отслужившего оборудования с выгодой для себя перейти на домашние микро-ТЭЦ.

Топливные элементы. В топливных элементах (ТЭ) происходит прямое преобразование химической энергии топлива в электрическую в присутствии катализатора. Теоретически КПД таких устройств может достигать 100% (реально – 85%) благодаря отсутствию движущихся частей. Их отличает экологическая чистота, высокое качество и надежность электроснабжения, широкий диапазон мощностей – от единиц ватт до десятков мегаватт. Однако пока остается нерешенным ряд технических проблем и высока стоимость.

Гибридные схемы производства теплоты и электроэнергии на базе совмещенных циклов. Интеграция различных первичных энергоносителей, конверсионных циклов и процессов может значительно повысить общий КПД системы энергоснабжения. Так, за счет объединения ТЭ, работающих при высокой температуре (650–1000 °С), и ГТУ в гибридный агрегат можно довести КПД до 70%.

Развитие энергетики и снижение выбросов пг 2006



Поделиться:


Последнее изменение этой страницы: 2017-02-22; просмотров: 583; Нарушение авторского права страницы; Мы поможем в написании вашей работы!

infopedia.su Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. Обратная связь - 54.196.27.171 (0.022 с.)