Источники энергии, мера их измерения

Постоянно растущая цена на энергоносители имеет в своей основе ряд объективных обстоятельств, некоторые из которых представляют серьезную проблему, стоящую на пути развития цивилизации. Прежде всего, как отметил в своем докладе академик С. Капица, между уровнем экономического развития общества и потреблением энергии на душу населения существует жесткая связь. В первом приближении можно считать, что эти показатели просто пропорциональны. Непрерывное улучшение жизни людей оказывается связанным с наращивание производства энергии, которое наталкивается на проблему истощения месторождений первичных энергоресурсов и на экологические ограничения, связанные с доминирующим положением энергетики в загрязнении окружающей среды отходами своего производства. В результате растущих выбросов углекислого и других парниковых газов в атмосферу Земли при современных темпах роста сжигания минерального топлива стала реальной глобальная катастрофа, связанная с резким изменением климата. Перед лицом надвигающейся опасности 164 страны единогласно договорились в 1997 году в г. Киото (Япония) сократить объем вредных выбросов до 2012 года. США отказались ратифицировать Киотский протокол, мотивируя свой отказ, что он является препятствием для развития их экономики. Россия в конце 2004 года этот протокол ратифицировала.

Ограничение в количестве потребляемой энергии ставит перед обществом задачу уменьшения энергоемкости выпускаемой промышленной продукции при одновременном росте ее производства. Снижение затрат энергии на единицу продукции является одной из приоритетных задач научно-технического прогресса на современном этапе развития человечества. Решение подобной задачи невозможно без широкого внедрения энергосбережения во все отрасли промышленности , в том числе и текстильной, и выделения этой области научных исследований в отдельное направление. Соответственно должны готовится и специалисты, знакомые с методами и приемами энергосбережения уже освоенными и применяемыми в энергетике и теплотехнологиях.

Настоящее издание представляет собой краткий конспект лекций, которые автор читает в МГТУ с 1994 года для студентов, специализирующихся в области теплоэнергетики (специальность 100700). В лекциях изложены проблемы развития современной теплоэнергетики и термодинамические основы энергосбережения, лежащие в основе современного производства энергии. Отмечены также перспективные направления развития тепловой энергетики так и проявляющиеся черты ее будущего облика

 

.

 

Часть 1 Проблемы современного производства

            энергетической продукции

 

Раздел 1.1. Энергетические ресурсы и динамика их

                 потребления

 

 

Развитие человеческой цивилизации невозможно без использования энергии для создания комфортных условий существования (тепло в жилищах, освещение, коммуникации,...) и функционирования производства. Потребление энергии на современном уровне развития цивилизации происходит, как правило, в виде энергетической продукции. Энергетической продукцией называют энергию электрического тока и тепловую энергию, подаваемую в системы отопления и горячего водоснабжения жилых помещений. Эти виды энергии непосредственно используются на производстве и в быту, т.е. являются потребительскими формами энергии. Энергетическую продукцию производят энергетические предприятия (ГРЭС, ТЭЦ, Централизованные котельные).

Основными источниками энергии являются:

- солнечное излучение,

- движение и притяжение Солнца, Луны, Земли;

- тепловая энергия Земли, энергия радиоактивного распада в ее

недрах;

- ядерные реакции;

- химические реакции.

Источники энергии можно разделить на два класса:

Возобновляемые источники энергии - источники энергии на основе существующих в природе потоков энергии (солнечное излучение, энергия ветра, рек, приливов и т.п.).

Невозобновляемые источники энергии - природные запасы веществ, которые могут быть использованы для производства энергии (уголь, нефть, газ, уран и т.д.). Первичные энергоресурсы - виды невозобновляемых источников энергии, используемые в виде топлива, т.е. для получения энергетической продукции. Источники невозобновляемой энергии - топливо на основе органических соединений, горячие горные породы, ядерные и химические реакции. Созданные в природе источники энергии разнородны по своей теплотворной способности и возможности их превращения в энергетическую продукцию. Их необходимо сравнивать. Можно, конечно, перевести запасенную в природе энергию в джоули, но такой способ не является наглядным по сравнению с тем, что основан на понятии условного топлива.

  Условное топливо - топливо, теплотворная способность которого составляет 7000 ккал/кг или 29,3 МДж/кг. В США и странах Западной Европы условное топливо принято называть угольным эквивалентом. Такую калорийность имеет хороший уголь.

   Принято мощности всех месторождений и запасов источников энергии различной природы оценивать в мере условного топлива, т.е. сопоставлять их мощности с соответствующим количеством хорошего угля.

Реальное топливо имеет калорийность и больше и меньше чем условное. Поэтому в расчетах возникает коэффициент q - относительная калорийность реального топлива по отношению к условному. Величина q означает, что для получения тепловыделения, эквивалентного сжиганию 1 тонны условного топлива нужно взять q тонн реального топлива. Например, для мазута q = 0,74, бурого угля (подмосковного) q = 2,8(см. таблицу 1.1).

 

                                                                                   Таблица 1.1.1.

      Теплотворные способности органических топлив

 

N

Вид топлива

калорийность ккал/кг

1

Бурый уголь (подмосковный)

2510-2830

Бурый уголь (канско-ачинский)

3200-4100

Антрацит

Каменный уголь (кузнецкий)

5800-6900

Каменный уголь (донецкий)

5300-6500

Каменный уголь (экибастузский)

3000-4600

Природный газ

9500 ккал/нм куб

Мазут