Системная энергетика
Федеральное агентство по образованию и науке.
ГОУ ВПО «Санкт-петербургский государственный университет сервиса и экономики»
Реферат
на тему: «Системная энергетика»
Киров 2008
ПЛАН
Введение
. Основные свойства систем энергетики
. Общая характеристика мирового топливно-энергетического баланса
. Современные проблемы теплоэнергетики
Вывод
ВВЕДЕНИЕ
Системная энергетика- дисциплина, изучающая общие свойства систем энергетики, их развитие и управление в условиях общего развития экономических отношений в стране или отдельных регионах. Дисциплина базируется на обобщении различных дисциплин, а также включает некоторые дополнительные знания взаимодействия систем энергетики с другими сферами деятельности человека и окружающей среды.
Развитие энергетики, основного источника комфортного обитания человека и эффективности его жизнедеятельности, давно тревожит не только науку, но и общество в целом. Быстрый прирост населения земли, интенсивное развитие всех отраслей энергетики, возрастающее воздействие на окружающую среду, конечность большинства первичных энергоресурсов - вот неполный комплекс проблем, которые необходимо решать не только для отдельных стран и регионов, но и в мировом масштабе. Предсказания о конечности энергоресурсов, о мировом «энергетическом голоде», о глобальном загрязнении окружающей среды вплоть до «тепловой смерти» Земли высказывались неоднократно с начала ХХ века. Хотя они оказались несостоятельными, но проблемы остались, тем более что негативные последствия развития энергетики накапливаются и всё больше проявляются, особенно в промышленно-развитых странах.
К настоящему времени опубликовано много работ, обоснованно доказывающих, то известных и предполагаемых энергоресурсов достаточно для обеспечения потребности в энергии до конца ХХI-го века. Но для этого необходимо пересмотреть энергетическую политику, делая упор на снижение удельного энергопотребления и сбережения окружающей среды.
В связи с этим, по-видимому, в ближайшие 50-60 лет произойдут коренные изменения в структуре энергобаланса, а именно:
продолжение роста абсолютного потребления энергии, причём потребление первичных энергоресурсов стабилизируется на уровне, примерно на порядок выше, чем в данное время;
повышение роли новых технологий энергии, базирующихся на практически неисчерпаемых первичных ресурсах;
увеличение затрат на разработку и освоение новых источников энергии и новых технологий преобразования, транспорта и использования энергии;
образование глобальных и международных систем энергетики в отличие от преимущественно национальных в настоящее время;
рост эффективности использования энергии при увеличении доли электроэнергии в энергобалансе мира.
Часто возникает вопрос - нужно ли прогнозировать развитие энергетики (и не только энергетики) на 40-50 лет вперёд, когда прогнозы не оправдываются на более близкие перспективы. Да, необходимо иметь в виду, что основная цель прогнозных исследований заключается в изучении основных тенденций и пропорций в развитии энергетики при некоторых предпосылках условий развития энергетики в предстоящий период и выявления возможных «узких мест». Это позволяет заблаговременно предусмотреть более гибкую энергетическую политику. Здесь главное не упустить «время» и не принимать поспешных решений после свершившегося факта.
Так, после энергетического кризиса 1973-1974гг., когда значительно возросли цены на жидкое топливо, у нас в стране резко изменилась энергетическая политика на использование мазута на ТЭС. Более яркий пример - существующее положение в экономике и, соответственно, в энергетике.
В ходе изучения данной дисциплины употребляются понятия: «системная энергетика», «системный подход», «система» и т.п. Понятие «системы» чаще всего определяется конкретной областью науки (техническая, биологическая, экономическая, политическая и т.д.). В общем виде для понятия «система» можно привести следующие определения:
.Система-это множество элементов, находящихся в таких отношениях и связях между собой, которые образуют определённую целостность и единство.
.Система-это организованное множество, образующее целостное единство.
.Система есть множество связанных между собой компонентов той или иной природы, обладающее вполне определёнными свойствами; это множество характеризуется единством, которое выражается в интегральных свойствах и функциях множества.
Во всех примерах основой определения «системы» является «множество» и «единство». На примере этого понятия приведём понятие «система энергетики».
Система энергетики есть множество компонентов, объединённых единством цели - создание комфортных условий жизнедеятельности человека посредством преобразования видов энергии. Данное определение не претендует на полное точное определение систем энергетики.
Другое определение: система энергетики - это производственная система, созданная человеком, тесно связанная с окружающей средой от получения первичной энергии до преобразования.
Образование и развитие систем энергетики, взаимосвязанной со всеми другими производственными, экономическими, социальными, биологическими системами, есть объективное формирование и не зависит от политической (правящей) системы, а результат экономического и технического развития общества. Разумеется, политическая властная структура влияет на темпы развития, но не в глобальном общем направлении её развития.
Общую, большую систему энергетики для возможности её анализа и синтеза, подразделяют на ряд функциональных систем энергетики-компоненты системы: топливодобывающие, нефти - и газоснабжающие, электроэнергетические, ядерно- энергетические и др. Основными целями исследования и управления системой энергетики независимо от времени являются:
).определение оптимальных темпов и пропорций в развитии всех компонентов системы энергетики;
).своевременное выявление элементов новой техники, которые могут обеспечить решение основных задач научно-технического прогресса, создание условий для современной разработки и освоения такой техники;
).обеспечение наиболее эффективного использования основных материальных, энергетических и трудовых ресурсов.
При этом важным фактором при управлении системой энергетики является время - чем больше время перспективного анализа, тем выше неопределённость принятия решения. Поэтому перспективные исследования необходимо разбивать по времени на ряд этапов. В конце каждого этапа проводится анализ прошедших периодов, выявляются основные тенденции в развитии энергетики и с учётом этого намечаются ближние и дальние корректирующие решения. В кризисные и переходные периоды в экономике и политике следует такой анализ проводить как можно чаще (ежегодно).
Энергетика в настоящее время превратилась в сложную совокупность процессов от получения природных энергоресурсов и их преобразования до конечных видов энергии в многофункциональном хозяйстве страны. Энергетика уже не обособлена границами одной страны. Процессы, происходящие в отдельной стране, влияют на развитие энергетики в других странах и регионах мира.
Примеров последнего можно привести много. Это и экспорт энергоресурсов, межрегиональные передачи электроэнергии, это и явления энергетических кризисов и аварий на АЭС, перенос выбросов в атмосферу других стран от ТЭС.
При исследовании системы энергетики выделяют следующие специфические её свойства:
).существование совокупности компонентов системы энергетики как единого материального целого в силу вещественности многих связей - электрических, трубопроводных, транспортных, информационных, внутренних - при взаимозаменяемости продукции отдельных подсистем и элементов;
).универсальность и большая народно-хозяйственная значимость продукции, особенно электроэнергии и жидкого топлива, а, следовательно, множество внешних связей;
).активное влияние на развитие и размещение производственных сил;
).сложность систем энергетики не только на уровне страны, но и отдельных регионов и ЭЭС, что требует соответствующих методов управления;
).работа основных подсистем энергетики на совмещённую нагрузку в силу неразрывности многих процессов производства и потребления энергии;
).активная взаимосвязь с окружающей средой, включая человека.
Учитывая свойства систем энергетики, при исследовании любых её компонентов необходим системный подход, т.е. учёт всей совокупности внешних и внутренних связей. Разумеется, всё учесть при решении конкретной задачи невозможно. Поэтому систему энергетики, как комплекс, разделяют на вертикальные и горизонтальные уровни с выделением основных связей между ними, т.е. выстраивают иерархию подсистем и связей. Затем определяют место в этой иерархии решаемой конкретной задаче, оценивают значимость внешних и внутренних связей. И только после этого находят решение или решения конкретной задачи с последующим уточнением значимости связей. Обычно решение находится после нескольких итерационных уточнений значимости и подробности учёта внешних и внутренних связей.
Рассмотрим на примере возможностей использования газа Ковыктинского месторождения. Использование этого газа в топливно-энергетическом балансе Иркутской области возможно по-разному.
Вариант 1. В связи с плохой экономической обстановкой в области и низкой эффективности природоохранных мероприятий на малых и средних котельных газ используется как основное топливо этих установок.
Вариант 2. Учитывая мощные сосредоточенные источники загрязнения окружающей среды и более быструю окупаемость на крупных ТЭЦ, газ используется как основное топливо крупных котельных и ТЭЦ больших городов.
Вариант 3. Учитывая экономическую обстановку в регионе, Ковыктинский газ экспортировать в другие страны - Монголию, Китай, Корею, Японию. Полученный доход от экспорта частично направлять на повышение качества природоохранных мероприятий малых и крупных источников вредных выбросов.
Вариант 4. Комбинирование трёх вышеизложенных вариантов с различными пропорциями использования газа в области и экспорта за её пределы.
Вариант 5. Ресурсы, вкладываемые в разработку Ковыткинского газа вложить в модернизацию источников тепловой и электрической энергии с повышением эффективности природоохранных мероприятий.
Вариантов использования ковыктинского газа можно назвать ещё несколько, но уже видно, что решение задачи может иметь несколько вариантов. К этому следует добавить неопределённость в инвестициях, во времени, окупаемости и других факторах, учитывая нестабильность экономики и значимую неопределённость на перспективу 5-10-40 лет.
энергетический топливный баланс преобразование
1. ОСНОВНЫЕ СВОЙСТВА СИСТЕМ ЭНЕРГЕТИКИ
Система энергетики обладает общими и индивидуальными свойствами, отражающими особенности развития энергетики, как комплекса взаимосвязанных систем - электроэнергетических, топливодобывающих, транспортных и др.
Знание общих свойств значительно помогает при решении конкретных задач на этапах проектирования или эксплуатации.
Можно выделить четыре основных группы свойств систем энергетики: структурные, развития, функционирования и управляемости. Группа структурных свойств системы отражает единство основных связей и входящих в неё элементов (подсистем), т.е. иерархичность систем. Структурные свойства раскрывают сущность взаимосвязей разных иерархических уровней и включают:
.Целостность отдельных систем и подсистем, входящих в данную структуру, отражает степень автономности и индивидуальности систем.
.Уровень централизации управления - отражает внешние связи системы с другими системами различного иерархического уровня.
.Сложность структуры определяется объёмом и значимостью внешних и внутренних связей системы.
Группа свойств, характеризующих развитие системы, включает: стабильность, динамичность, инерционность и дискретность.
Стабильность - способность системы в развитии сохранять свою структуру и экономичность. Большие системы, к которым относятся системы энергетики, в своём развитии изменяют связи, элементы в относительно малом объёме. Так, ввод новых мощностей или строительство дополнительной ЛЭП незначительно перестраивает внутрисистемные связи, т.е. то, что уже действует, продолжает работать.
Свойство динамичности определяется в развитии системы как влияние настоящего состояния на будущее, т.е. во многом предопределяется развитие системы в будущем принятием текущих решений.
Свойство инерционности отражает способность системы противостоять внешним и внутренним воздействиям. Количественно инерционность системы можно измерить периодом времени от принятия решения до его реализации, изменяющие развитие системы.
Дискретность отражает скачкообразные изменения в структуре и связях при развитии системы. Она определяется строительством и пуском новых электростанций, ЛЭП и других объектов, имеющих дискретную мощность. Например, производительность ТЭЦ по пару изменяется дискретно в соответствии с числом работающих котлов. Группа свойств, характеризующих функционирование системы, определяется комплексными свойствами экономичности и надёжности.
Экономичность - свойство системы осуществлять свои функции с минимумом овеществлённого и живого затрат при наличии определённых ограничений. Это свойство отнесено к группе функционирования, так как оно в большей мере проявляется в период эксплуатации.
Надёжность - комплексное свойство системы выполнять заданные функции при заданных условиях и ограничениях функционирования. Более подробно о комплексе свойств надёжности рассмотрено в специальном разделе.
В группу свойств, характеризующих управляемость системы, включены пять основных свойств: неполнота информации; адаптация; недостаточность определённости оптимальных решений; самоорганизованность; многокритериальность.
Основное свойство неполноты информации заключается в том, что наряду с детерминированной, значительная часть информации является вероятностной и неопределённой. Детерминированная информация относится к точной или однозначной информации. Например, на какой-то ТЭЦ установлено столько-то турбин. Вероятностная информация может быть представлена в виде функции распределения одних параметров по отношению к другим. Так, наработка на отказ труб поверхностей нагрева во времени описывается нормальным законом распределения с достаточной точностью. Неопределённая информация обычно представляется в виде диапазона значений, внутри которого параметры не поддаются описанию каким-либо законом. Например, представление о росте нагрузок в перспективе через 20-40 лет можно определить только в общем приближении в довольно большом диапазоне «от» и «до». Неполнота информации большое значение имеет при управлении развитием системы и при принятии направленности развития системы на перспективу.
Свойство недостаточности определённости оптимальных решений о функционировании и развитии систем формируется в результате постоянного изменения условий, внешних и внутренних. Это свойство связано со многими свойствами системы и в главном, оно отвечает положению, что принимаемое решение должно иметь некоторую область неопределённости, учитывающую неопределённость и неоднозначность имеющейся информации о системе.
Так, оптимальная температура питательной воды определяется стоимостью топлива, КПД котла, коэффициентом недовыработки электроэнергии норм верхних отборов, стоимостью ПВД и т.д. Но стоимость топлива меняется, а также условия, как снижение потребности в электроэнергии на неопределённое время, ставят задачу оптимизации температуры питательной воды в разряд неопределённости внешних условий. В этой ситуации традиционные экономические критерии не подходят.
Свойство самоорганизованности заключается в способности системы выбирать решения и реализовывать их для сохранения взаимодействия с окружающей средой. Это связано свойством не целостности системы.
Многокритериальность предусматривает свойство системы оптимально функционировать по ряду направленных (или условно зависимых) критериев.
Чаще всё оптимальное функционирование определяется экономическими критериями, а также экономичность (экономичность безопасность) выступают в качестве организаций развития системы.
Перечисленные свойства не охватывают всех свойств системы, таких как энергетика, но дают общее представление о сложности взаимосвязей как между элементами систем энергетики, так и с другими технологическими, экономическими, политическими и прочими системами. При решении задач в энергетики необходимо учитывать свойства в большей или меньшей мере в зависимости от уровня задачи.
. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА МИРОВОГО ТОПЛИВНО ЭНЕРГЕТИЧЕСКОГО БАЛАНСА
Определение потенциальных энергоресурсов Земли очень сложная задача, особенно с учётом возможных научных открытий новых источников энергии.
С развитием науки и техники в данной области предельные энергоресурсы земли постоянно уточняются. Так, в 50-е годы запасы нефти оценивались в 15 млрд.т., то в конце 60-х годов в 100 млрд.т. В настоящее время потенциальные запасы нефти оцениваются примерно выше в 2.5-3 раза.
С другой стороны - пределы роста потребления энергии человечеством. Существует несколько методик оценки энергопотребления на одного жителя или на всё население Земли. Так, одна из теорий основана на том, что максимальное потребление оценивается в 5% тепловой энергии Солнца, воспринимаемой Землёй и слоями атмосферы. Это соответствует примерно 4000 млрд.т условного топлива. В 80-е годы население Земли использовало около 11-12 млрд.т, в настоящее время около 18-20 млрд.т. При таких темпах потребления чувство «энергетического голода» наступит к концу XXI века.
С ростом энергопотребления в силу ряда причин меняется структура потребления энергоресурсов.
Снижение роли угля в мировом масштабе связано с ростом стоимости добычи углей, низкой эффективностью их использования и высоким загрязнением окружающей среды продуктами сгорания угля.
В различных регионах Земли развитие энергетики и структура потребления энергоресурсов значительно различаются. Так, промышленно развитые страны занимают около 10% территории, в них проживает примерно 20% населения, но здесь производится около 60% электроэнергии и до 55% энергоресурсов от общего баланса.
Рассмотрим некоторые особенности преобразования и использования энергоресурсов.
Электроэнергия. Основная проблема теплофикации - темпы роста производства электроэнергии выше темпов производства энергоресурсов. В настоящее время примерно 1/3 энергоресурсов расходуется на производство электроэнергии. Это понятно - пока человечество не изобрело более удобный и экономичный вид энергии. Электроэнергия сейчас применяется не только в традиционных сферах деятельности, но и в таких областях, где традиционно использовались другие виды энергоносителей - отопление, конденсирование, автотранспорт и др.
Масштабы потребления электроэнергии во многом определяются концентрацией её производства и распределением на основе формирования мощных электроэнергетических систем (ЭЭС). К таким системам относятся:
) Энергообъединение восточно-европейских стран (бывшего СЭВ);
) Энергообъединение стран западной Европы;
) Энергообъединение США и Канады.
Эти три мощных энергообъединения в 80-85-е годы производили до 70% мировой выработки электроэнергии.
В таких странах, как Япония, Австралия, Юар, энергосистемы функционируют в пределах всей страны.
К последним при формировании общегосударственных энергообъединений приближаются многие страны Азии и Африки.
Нефть. Добыча нефти в коммерческих целях началась во второй половине ХIХ века в Восточной Европе и Северной Америке. В 1870г. на западном побережье Каспия был установлен первый паровой бур. С 1880г. по 1930г. рост добычи нефти в мире имел экспоненциальный характер, примерно 7,4% в год. Освоение крупных месторождений нефти в Иране, Ираке, Саудовской Аравии, Кувейте и Объединённых Арабских Эмиратах за 15 лет (с 1930г. по 1946г.) удвоило добычу нефти.
В настоящее время основные разрабатываемые месторождения нефти расположены в Северной и Западной Африке, Океании, Аляске, России, Китае.
Основные производители и экспортёры нефти (кроме России и Китая) объединены в союз, позволяющий согласованно регулировать уровень добычи и цены на нефть (ОПЕК). Знаменитый энергетический кризис 70-х годов является следствием согласованного действия ОПЕК, повысившего цены на нефть в несколько раз. Это вызвало цепную реакцию во всём мире по переоценке стратегии использования энергоресурсов, особенно в странах-импортёрах нефтепродуктов.
В связи с образовавшейся ситуацией американская энергетическая комиссия выполнила оценку запасов нефти. Комиссия оценила мировые запасы нефти в 175- 350 млрд. т, с распределением по регионам (%):
Северная Америка - 11
Западная Европа - 4
Япония, Австралия, Новая Зеландия - 1
СНГ, Восточная Европа, Китай - 24
Ближний Восток, Северная Африка - 42
Центральная и Южная Африка - 4
Юго-Восточная Азия - 5
Южная Америка - 9
Извлекаемые ресурсы определяются степенью извлечения нефти, которая в среднем на сегодня составляет 25-30%. На будущее степень извлечения оценивается в 60% для материковых и в 40% для морских месторождений.
Извлекаемые ресурсы нефти в значительной мере определяются экономической эффективностью нефтепродуктов относительно других видов энергоресурсов. Это подтвердил энергетический кризис 70-х годов, когда многие страны перешли на использование угля и газа, а также начали интенсивные разработки местных месторождений нефти, особенно прибрежных. Важной особенностью открытых месторождений нефти является тот факт, что их прирост мест отстаёт от темпов потребления. Так в 1970-80 годах разведывалось коммерческих месторождений нефти примерно 1,5 млрд. т в год, а потребление составило 2,8 млрд. т в год
В конце 80-х годов упомянутая комиссия высказала, что прирост добычи нефти остановится в 2000-2010 годах, а затем через 25-30 лет начнёт снижаться. Поддержание уровня добычи нефти на уровне потребления за счет глубоководных, Арктических, недовыработанных месторождений, переработки битуминозных песков и нефтеносных сланцев потребует не только дополнительных капиталовложений, но и новых технологий, материалов, транспортных средств. На научные проработки и развитие новых технологий потребуется не менее 15 лет. Таким образом, общество должно уже сейчас вкладывать деньги в науку и новые технологии. Выводы и рекомендации Американской комиссии полностью отвечают условиям России при соответствующем уточнении времени и ресурсов.
Газ. Природный газ лишь в последние 50-70 лет стал коммерческим топливом для получения энергии на ТЭС, в промышленности и коммунальном хозяйстве.
Применение природного газа в малых количествах освоено очень давно. Есть данные, что в Китае за 1000 лет до новой эры применялись системы бамбуковых подземных труб для извлечения газа, который использовался для выпаривания соли из растворов. Особенно значительно, по тем временам, природный газ применялся в храмах для отопления, освещения и ритуальных религиозных обрядов в начале нашей эры в Индии, Персии, Кавказе, Японии.
До 1905 года добыча и использование газа, как коммерческого источника энергии, не регистрировались. После Второй Мировой войны природный газ стал одним из главных компонентов энергобаланса стран Европы. Его добыча с 1950- 1060 год увеличилась с 10.4 до 67.6 млрд.м3. В 1075 году добыча в Европе составила уже 500 млрд.м3. В эти годы лидерами по добыче газа были Франция, Италия, ФРГ, Голландия, Великобритания. В Голландии и Великобритании мощные месторождения газа расположены в континентальном шельфе. В странах с плановой экономикой прирост добычи газа происходил, в основном, за счёт СССР, где добыча газа с1945 по 1975 год увеличилась с 2.6 млрд.м3 до 289 млрд.м3 . В СССР добывалось более половины всей добычи газа в Европе, а протяжённость магистральных трубопроводов составила около 100 тыс.км.
На Ближнем Востоке и Африке газ играет второстепенную роль по сравнению с нефтью.
Американская энергетическая комиссия оценивает мировой разведанный запас газа в 65-70 трлн.м3, а неразведанных запасов - в 210-220 трлн.м3. При этом на страны - членов ОЭСР (организация экономического сотрудничества и развития в составе западной Европы, США, Канады, Японии, Австралии и Новой Зеландии) приходится около 26%, на страны СНГ, Китай и Восточную Европу - 32% и на развивающиеся страны 42% мировых запасов природного газа.
По её прогнозам (1980г) максимальная добыча газа достигнет к 2000-2010 году (3.7трлн.м3) при средних темпах прироста добычи 4.4% в год. За тем произойдёт снижение темпов прироста и к 2020-2030 году добыча газа составит около 3.2трлн.м3. К этому времени будет добыто около половины известных ресурсов газа. Дальнейшее развитие газовой промышленности связано с получением газа из нетрадиционных источников - угольные пласты, сланцы, биомасса, уголь, нефть.
Газ, как и нефть, в мировой политике отнесены к стратегическому топливу, по этому его добыча, а особенно транспорт в другие страны во многом зависят от политических и экономических ситуаций.
Уголь. Регистрация мировой добычи угля началась в 90-х годов прошлого века. Считается, что промышленная добыча угля началась в 12 веке в Англии и к 1750 году достигла 7 млн.т. К 1990 году добыча угля составила около 2.6 млрд.т у.т. С середины 19 века до начала первой мировой войны добыча угля удваивалась каждые 16 лет. С 1910-1950 год темпы роста добычи угля снизились до 1% в год из-за увеличения добычи газа и нефти, а за тем возросли до 2.3 % в год.
Исследования ресурсов угля показывают, что угля достаточно для удовлетворения мировых потребностей в энергии до середины 22 века. Основные проблемы будут заключаться в экономике и технологии добычи и переработке угля, экологически чистых технологиях использования угля. Суммарные ресурсы углей оцениваются примерно в 10125 млрд.т у.т., однако технически и экономически оправданные извлекаемые запасы составляют около 637 млрд.ту. (примерно 6.3%). Данная оценка дона в 1985-90 годы, и с развитием науки и техники в этой отрасли возможности добычи могут увеличиться. По этим же оценкам к 2020 году добыча угля составит около 13.1млрд.т у.т. в год, что потребует разработки новых месторождений с привлечением дополнительных инвестиций в отрасль. Важное значение имеет и время дополнительных инвестиций. Для развёртывания добычи угля открытым способом при наличии инфраструктуры требуется от 3 до 5 лет. При добыче шахтным способом для этого требуется около 10 лет.
В качестве примера рассмотрим результаты исследования НИИЭЭСША, проведённые в 1975 году.
В США в 1975 году добывалось 450млн.т. угля к 2000 году добыча угля должна увеличится до 1800 млн.т. Для обеспечения прогнозной добычи потребуется:
капиталовложений в добычу 55 млрд.дол;
395 шахт и 292 открытых карьера;
2200 специальных железнодорожных составов и 6000 составов обычного типа;
300 барж, 1600 грузовиков и 10 трубопроводов для пульпы длиной 1600 км каждый;
эксплуатационный персонал 480000 чел/год для добычи и 340000чел/год для транспорта грузов и топлива;
капиталовложения в транспортную систему 61 млрд.дол.
Если учесть, что к этому времени в США будет добываться около 24% потребностей в угле, то можно понять, как стратегически важно предусмотреть эти проблемы как можно с большей заблаговременностью.
Ядерное топливо. Впервые коммерческая добыча урановых руд в малых масштабах началась в конце прошлого века для получения цветного стекла и радия. Источниками были месторождения урана в Чехии и кариотитовых руд на Колорадском плато в США.
В 1920-1930 годы открыли и разработали новые месторождения в Бельгийском Конго (Заир), Канаде, США. Большая доля урана добывалась из побочных продуктов добычи радия, золота и других редкоземельных металлов.
В 1960-е годы значительные залежи урановых руд разработаны в Южной Африке, Южной Америке, Китае, СССР, Франции и других странах. Рост добычи урановых руд был обусловлен перевооружением в странах обладателях ядерного оружия.
В качестве энергоресурса для производства электрической и тепловой энергии добыча урана началась в 1950-60 годы. В мире известно около 80 стран, где имеются залежи урановых руд, но добычу ведут не более половины из них. Это связано в основном с высокими первоначальными капиталовложениями в добычу и переработку топлива.
Повышенный интерес к АЭС появился после нефтяного кризиса 1973-74 гг., когда стоимость повысилась в несколько раз. Но ряд аварий на АЭС и объектах топливно-ядерного цикла (США, Канады, СССР и др.) привёл к пересмотру программ развития атомной энергетики практически всеми странами, где имеются АЭС или планировалось развитие атомной энергетики. Основная цель пересмотра программ - обеспечение безопасности ядерно энергетических объектов различного назначения.
Можно с уверенностью говорить о том, что все программы и прочие оценки развития атомной энергетики, выполненные до 1990 года неосуществимы.
Более подробно развитие ядерной энергетики и процессы получения тепловой и электрической энергии на АЭС рассматривается в специальной дисциплине - тепловые и атомные электрические станции.
Нетрадиционные источники энергии. К нетрадиционным источникам энергии относятся источники, не применяемые для коммерческого производства, электрической и тепловой энергии. В настоящее время уже сложно их относить к нетрадиционным, т.к. они получили массовое развитие в регионах с малыми или труднодоступными традиционными энергоресурсами. Значительный эффект от их использования представляется в сохранении чистоты окружающей среды.
Из нетрадиционных источников наибольшее распространение может получить солнечная энергетика как в большой, так и в малой энергетике.
Потенциал солнечной энергетики огромен, при этом экологически чистый. В среднем Земля получает от Солнца энергии эквивалентно 195х1015т условного топлива. Даже с учётом поглощения энергии атмосферой такого количества хватит заменить все другие источники энергии на неограниченное время.
Ещё больше возможности использования солнечной энергии при создании солнечной электростанции в космосе. Однако существует ряд ограничений.
Во-первых, ресурсы солнечной энергии распределены по регионам мира не равномерно. Наиболее пригодная территория для создания солнечных электростанций расположена в Северной Африке и Ближнем Востоке, т.е. в регионах богатых нефтью и газом. По этому возникают дополнительные проблемы с передачей энергии на расстояния в страны с малым числом солнечных дней.
Во - вторых, солнечные электростанции требуют больших участков земли и значительных капиталовложений.
В - третьих, существенная зависимость поступления солнечной энергии от климатических условий и длительности зимы и лета. К тому же полученная энергия не постоянна по мощности и требует специальных установок по накоплению энергии и выдачи в соответствии с графиком нагрузки.
Кроме солнечной энергии используется энергия биомассы, гидроэнергия, ветровая, океанских отливов и приливов, температурных градиентов между слоями воды в океане и других природных явлений.
Основную роль на ближайшие 50 лет в мировых энергоресурсах будут иметь органические (уголь, нефть, газ), ядерные (урановые, термоядерные) источники. И в настоящее время основной задачей энергетической науки является экологичность и эффективность использования данных источников.
. СОВРЕМЕННЫЕ ПРОБЛЕМЫ ТЕПЛОЭНЕРГЕТИКИ
Теплоэнергетика как наука, изучающая способы и системы использования теплоты сгорания топлива и превращения тепловой энергии в другие её виды (прежде всего в электрическую) оказывает важнейшее влияние на экономику страны. Уровень состояния теплоэнергетики в стране во многом определяет возможность развития других отраслей народного хозяйства и в конечном итоге технический прогресс.
Особое значение для достижения экономии топлива имеет теплофикация. Согласно общепринятому определению под этим термином понимается централизованное теплоснабжение потребителей теплоты на базе её комбинированной выработки на ТЭЦ. В 30-е годы, когда в нашей стране быстрыми темпами развивалась теплофикация, достигалась огромная экономия топлива. Однако за прошедшие десятилетия произошли существенные изменения в экономичности действующих теплофикационных систем.
Если же учесть затраты на перекачку сетевой воды в крупных и сложных системах теплоснабжения, её утечки и тепловые потери в сетях, то сама централизация теплоснабжения теперь вызывает не экономию, а значительный перерасход топлива в энергосистеме. В этих условиях общая экономия топлива в системе достигается при высокой концентрации тепловых потребителей и значительном увеличении выработки электроэнергии на тепловом потреблении.
Эффективность теплоснабжения можно повысить за счет совместной работы основных ТЭЦ и мини-ТЭЦ, последние работают в пике графика теплофикационных нагрузок.
Для обоснованного выбора той или иной системы теплофикации и типа оборудования мини-ТЭЦ, надо иметь соответствующие показатели их работы и эффективности.
А физический метод распределения затрат на топливо и другие составляющие издержек односторонне направлен на повышение экономичности только электрической энергии. Этим самым повышается стоимость тепловой энергии, и потребителям стало экономичнее покупать тепловую энергию у местных источников, чем у ТЭЦ (или организаций типа «Теплоэнерго»).
Рассмотренные выше задачи направлены на достижение экономии топлива при производстве тепловой энергии. Не меньшую, а, пожалуй, большую экономию топлива можно получить путём энергосбережения у потребителей. Здесь эффект проявляется как в снижении мощности теплоподготовительных установок, так и в снижении платы потребителей. Для этого необходима целевая программа энергосбережения при материальной поддержке предприятий со стороны государства и региональных властей.
По инициативе РАН разработаны основные положения проекта закона о малой энергетике , где отмечаются:
. В целях развития рыночных отношений в энергетики, обеспечения энергобезопасности страны, эффективности и надёжности энергоснабжения предоставляется право юридическим и физическим лицам вводить в действие установки малой мощности согласовывая такие решения с региональной энергетической комиссией.
. Независимые производители электрической и тепловой энергии в субъектах Р.Ф. наделяются правами владения частной и акционерной собственностью на введённые ими установки малой энергетики, отвечают за бесперебойное энергообеспечение подключенных потребителей и производит с потребителями расчёты за поставляемые тепловую и электрическую энергию на договорных основах.
. Независимым производителям электрической и тепловой энергии предоставляется право на отпуск энергии в сети территориальных энергоснабжающих предприятий в качествах и рамках, согласованных с энергоснабжающей организацией и региональной энергетической комиссией по договорной цене, соответствующей средней себестоимости, и энергоснабжающим организациям вменяется в обязанность покупать избыточную электроэнергию независимых производителей.
. Установки малой энергетики по своим энергетическим и экономическим характеристикам должны отвечать системе государственных стандартов.
. Производители оборудования для малой энергетики, отвечающего государственным стандартам, облагаются налогом на добавленную стоимость на 50% ниже установленных ставок по этой продукции на 5 лет производства такого оборудования.
. Потребителям, осуществляющим ввод в действие установок малой энергетики, отвечающим государственным стандартам, предоставляется право на получение льготных кредитов сроком погашения в 10-15 лет.
. Правительством Р.Ф. разрабатывается система экономических мер по развитию машиностроительной базы и широкому применению установок малой энергетики, включая их поставки и выделение финансовых средств для выпуска головных образцов перспективного оборудования, привлечение оборонных отраслей промышленности, а так же комплекс стимулов для потребителей малой энергетики.
. Для обеспечения контроля за ходом развития малой энергетики производить статистические наблюдения в регионах и готовить статистическую отчётность по малой энергетики, в том числе об объёмах производства оборудования, используемого для нетрадиционных невозобновляемых источников энергии, и об объёмах замещения органического топлива за счёт применения такого оборудования.
ВЫВОД
Из выше изложенного можно сформулировать следующие выводы:
. В условиях перехода экономики к рыночным отношениям теплофикация составляет свои преимущества перед раздельным способом производства электрической и тепловой энергии, но ввиду отсутствия централизованного финансирования вынуждена развиваться в основном на базе сооружения ТЭЦ средней и малой мощности.
. Важнейшим техническим направлением, способствующим повышению эффективности теплофикации, является применение парогазового цикла как для новых так и для реконструируемых ТЭЦ, работающих на природном газе.
. Для повышения конкурентоспособности теплофикации в рыночных условиях следует совершенствовать методы технико-экономических расчётов. Одним из решений может стать метод, позволяющий учесть эффект от комбинированного производства для двух видов энергии, что оказывается особенно важным для формирования тарифа на тепло, отпускаемое на ТЭЦ.
. Нормативно - правовое обеспечение малой энергетики должно способствовать её развитию и включать как экономические стимулы, так и регуляторы взаимоотношений между независимыми производителями электрической и тепловой энергии и местными электрическими системами.