|
|
Главная страница -> Технология утилизации
Использование энергии. Вывоз мусора. Переработка мусора. Вывоз отходов.Единовременные затраты Единовременные или стартовые затраты на монтаж систем инфракрасного отопления существенно отличаются от традиционных конвективных систем по динамике удельных стоимостных показателей в зависимости от суммарной мощности установленного оборудования. Лучше всего это схематично представить на графике удельной стоимости 1 кВт установленной мощности для традиционной котельной с использованием, как минимум импортных горелок на отечественных котлах (наиболее дешевый вариант оборудования) и систем инфракрасного отопления. Для традиционного варианта отопления условно принята стоимость разводки теплоносителя с помощью регистров из черного металла, но в этот расчет не включены затраты на строительство теплотрассы, зависимые от удаленности котельной до объектов отопления, что будет дополнительным увеличением стартовых затрат. Cтартовые затраты на единицу установленной мощности при применении наиболее дорогих зарубежных аппаратов инфракрасного отопления в диапазоне мощности до 10 МВт ниже, чем единица установленной мощности котельного оборудования даже в одном из самых недорогих вариантов. Данный диапазон мощностей наиболее актуален для промышленных предприятий и востребован заказчиками. Обращает внимание более чем двукратная разница в стартовых затратах на малых мощностях. Сроки монтажа ИК систем отопления на 20-30% короче, чем монтаж традиционных систем отопления с водяным и, тем более, паровым теплоносителем. Особенно необходимо отметить возможность поэтапного запуска ИК систем с учетом технологических приоритетов или финансовых возможностей заказчика. Эксплуатационные затраты Эксплуатационные затраты ИК систем в виду отсутствия промежуточного теплоносителя приобретают принципиально другие размеры. При традиционном отоплении расходы на ремонты и эксплуатацию теплотрасс, приборов отопления, котельных, а также затраты на электроэнергию, воду и водоподготовку многократно превышают стоимость потребляемого природного газа. Объемы потребления собственно природного газа многократно больше для тех же производственных помещений за счет наличия перетопа , большей суммарной мощности оборудования, менее рационального использования тепла. Расход газа Традиционные системы отопления имеют суммарный КПД системы в лучшем случае не выше 60-70% (для современного неизношенного оборудования). Он складывается как произведение собственно котла (90-94%), КПД теплотрассы (60-80%), КПД тепловых приборов (95-98%). КПД систем инфракрасного отопления в целом не ниже 92%. Это является первой основной предпосылкой сокращения расхода газа. Вторым положительным преимуществом данных систем отопления перед традиционными является необходимость использования вдвое меньшей установленной мощности на единицу площади помещения (1квт мощности на 10 кв. м площади при традиционном отоплении и на 20 кв. м при использовании ИК излучения). Автоматический позонный контроль параметров отопления позволяет предельно рационально использовать потребляемый энергоноситель. Фактические расходы газа на введенных объектах позволяют говорить о том, что суммарное сокращение потребления природного газа у инфракрасных систем отопления по сравнению с традиционными в 5 и более раз.
1. 2. 3. 4. 5. 1. Энергия сегодня Вся энергия, получаемая нами, в конечном счете, приходит или от солнца или из земли. Солнце нагревает нашу планету, и снабжает требуемым светом растения для роста. И в далеком прошлом солнце таким же образом снабжало нашу планету энергией. Его энергия преобразовывалась в растения, поддерживало жизнь животных. Благодаря этому мы получаем сегодня уголь, нефть и природный газа - так называемые ископаемые топливные ресурсы, от которых существенно зависит наша цивилизация. Единственный альтернативный источник энергии, находящийся в земле - это атомы некоторых элементов, которые сформировались задолго до появления солнечной системы. Они находятся сегодня в земной коре *. * Уран, содержащийся в земной коре, сформировался приблизительно 6.5 миллиардов лет назад, и его концентрация в среднем составляет 0.14 %. Теплота от радиоактивного распада этого урана сегодня управляет процессами конвекции в земной коре. Количество энергии на единицу массы атома зависит от размера атома: минимальное количество энергии на единицу массы содержится в атомах средних размеров (таких как углерод и кислород), в то время как большее количество содержится в малых атомах (таких как водород) или больших (таких как уран). Энергия поэтому может быть получена либо путем соединения малых атомов в атомы средних размеров (синтез), либо путем деления больших атомов на атомы средних размеров (расщепление). Освоение человечеством энергии синтеза и энергии расщепления является одним из наиболее важных достижений в истории. Начиная с 1970-ых годов, было много написано о надвигающемся мировом энергетическом кризисе , который обычно связывают с кризисом нефтедобывающей промышленности. Рисунок 1 во Введении очень наглядно иллюстрирует важное значение сохранения ископаемых топливных ресурсов для будущих поколений. Хотя с 1970-ых годов и проводится политика сохранения природных запасов сырой нефти, тем не менее лет через 50 все ресурсы органического топлива кроме угля будут исчерпаны. Уголь к тому времени займет ту же роль, как и нефть сегодня, особенно в качестве ценного химического сырья. Большое значение сохранения органических источников энергии очевидно даже в областях, где пока их использование достаточно дешево. Постепенное выравнивание энергетических потребностей в развитых странах за последнее десятилетие является результатом увеличения производства энергии. Однако, непрерывный рост энергетических запросов в развивающихся странах постоянно увеличивает расход природных ресурсов планеты, несмотря на стремление к их сохранению. Многие люди в развивающихся странах стремятся к уровню жизни, характерному для развитых стран. Осуществление этих надежд зависит от доступности энергетических ресурсов. Рост населения земли от сегодняшнего уровня в 6 миллиардов к прогнозируемому в 7.5 миллиардов в 2020 году значительно увеличит потребности в энергии. 2. Потребности в энергии Энергетические потребности индустриальных стран определяются тремя основными факторами: Внутреннее потребление и торговля Промышленность и сельское хозяйство Транспорт Во многих странах каждая из этих позиций составляет примерно одну треть всех энергетических потребностей, хотя размер внутреннего потребления существенно зависит от климатических особенностей страны. В Австралии, например, внутренние потребности относительно малы, а в Канаде несколько больше из-за более холодного климата. Более определенно можно говорить о специфических потребностях, если учитывать следующие факторы: Требуется ли для снабжения теплом населения и производственных процессов вода с температурой до 110 * C. Требуется ли для снабжения теплом населения и производственных процессов вода с более высокой температурой (более чем 110 * C). Каковы потребности в освещении. Каково энергопотребление в производстве. Насколько развит общественный и частный транспорт. Некоторые из них удовлетворяются поставками электрической энергии, потребность в которой во всем мире постоянно растет (см. ниже раздел 2.1). Таблица 1. Производство электроэнергии Тераватт часы (TВтч, или миллиард кВтч) 1987 1997 Темпы роста за последние десять лет Все страны, входящие в Организацию экономического сотрудничества и развития 6232 8839 42 % Все страны, не входящие в Организацию экономического сотрудничества и развития 4368 5110 17 % Во всем мире 10600 13949 32 % Страны, не входящие в Организацию экономического сотрудничества и развития Страны бывшего СССР 1660 1234 -17 % Африка 280 399 42 % Латинская Америка 542 688 27 % Азия (исключая Китай) 613 1053 72 % Китай 497 1163 134 % Ближний Восток 197 366 86 % 3. Производство энергии Множество досупных сегодня источников энергии можно разбить на три основные категории: Возобновляемые источники энергии: древесина и некоторые зерновые культуры, пригодные для производства, например, этилового спирта или метанола. Невозобновляемые источники энергии: уголь, газ и нефть (ископаемые топливные ресурсы), уран и торий (энергия расщепления), тритий и дейтерия (энергия синтеза) *. Возобновляемые естественные источники энергии: солнечная теплота и свет, энергия ветра, энергия океанских волн, энергия течения рек, геотермальное тепло, океанские температурные градиенты. *Если дейтерий (тяжелый водород) будет когда-либо использован для реализации устойчивой реакции синтеза, то большие количества этого элемента, находящегося в морской воде, делают его практически безграничным энергетическим ресурсом. Поэтому его можно классифицировать как возобновляемый источник энергии (см. также 2.4). Эти основные энергоисточники позволяют получать следующие энергоносители: Электроэнергия, которая может быть произведена от многих основных источников. Водород, который получают, главным образом, электролизом воды. Этиловые спирты, получаемые из древесины и других растительных материалов. Бензин и газ, которые получают из нефти и угля. На сегодняшний день наибольшее значение для человечества имеет электроэнергия, хотя и водород имеет перспективы играть существенную роль в будущем. Многие энергетические потребности могут быть удовлетворены более чем одним видом энергоносителя. Например, теплота может производиться либо с помощью любого ископаемого топлива, либо с помощью электроэнергии, либо с помощью энергии солнца. Энергоноситель для транспорта (бензин, керосин и проч.) может быть получен из нефти или газа. В будущем, возможно, водород здесь займет главную роль. Экономическая целесообразность подразумевает, что источники энергии типа нефти и ее производных должны не использоваться там, где они могут быть замещены более подходящим топливом. Основные энергетические ресурсы Австралии и Канады показаны в Таблицах 2A и 2B. Австралия имеет большие природные запасы угля и урана, и намного меньшие нефти и газа. Это находит свое отражение в торговле энергетическими ресурсами. Обе страны импортируют нефть и экспортируют уголь и уран. Канада имеет большие природные запасы урана, который составляет важную часть ее экспорта, наряду с углем и газом. ТАБЛИЦА 2A Энергетическое состояние Австралии* ( Петаджоули (Petajoules) - 10 15 Джоулей) Экономические ресурсы (ПДж) Полный расход 1997-78 Торговля 1997-78 Каменный уголь 1 323 000 1 374 4 617 (экспорт) Бурый уголь (Лигнит) 398 000 630 2 (экспорт в брикетах) Нефть 15 650 1 657 421 (импорт) LPG 4 611 7 148 (экспорт) Природный газ 53 040 860 412 (экспорт) Уран (для легко-водных реакторов) 444 000 - 3 015 (экспорт) Гидроэлектроэнергия 56 Древесина и прочее 226 Всего 4 810 8 615 (экспорт) *Таблица не включает большое количество солнечной энергии, используемой внутри страны. Например, Австралийская солевая промышленность использует приблизительно 1000 ПДж в год на производство соли естественным испарением воды, что составляет, примерно, 2/3 всей энергии, вырабатываемой в стране с помощью нефти. ТАБЛИЦА 2B Энергетическое состояние Канады ( Петаджоули (Petajoules) - 10 15 Джоулей) Экономические ресурсы (ПДж) Полный расход 1998 Торговля 1998 Уголь: антрацит и битуминозный 120 000 517 (экспорт) Уголь: весь 1271 Уголь: подбитуминозный и лигнит 76 000 Нефть (включая нефтеносные пески) 53 200 4 098 1 832 (экспорт) Природный газ 74 400 2 646 3 356 (экспорт) Уран в LWR 255 000 4 137 (экспорт) Уран в CANDU 332 000 780 Гидроэлектроэнергия 1 085 99 (экспорт) Другие 569 Всего 10 449 9 941 (экспорт) 4. Изменения в энергопотреблении и энергопроизводстве Распределенность энергетических ресурсов на планете означает, что с ростом их потребления, увеличивается и роль международной торговли в этой сфере. Энергетически бедные страны становятся зависимыми от поставок энергоносителей странами, богатыми энергоресурсами. Из-за фундаментального значения энергии для экономики, такие страны-импортеры становятся уязвимыми как с политической так и с экономической точек зрения. Наглядная иллюстрация этого - существенное изменение роли нефти. До начала 1970-ых годов многие страны пришли к зависимости от импорта нефти из-за ее относительно низкой цены, а мировое производство нефти выросло втрое за период с 1960 по 1973 годы. Внезапное, почти четырехкратное повышение цен на нефть привело к тому, что в 1979 году разразился нефтяной кризис . В результате, мировое потребление нефти в 1986 году осталось таким же как и в 1973, несмотря на существенное увеличение полного энергопотребления в мире. Прогнозы же 1972 года предсказывали двойное увеличение потребления нефти через десять лет (т.е. к началу 1980-ых годов). Япония, например, имеет незначительные собственные запасы угля, нефти и гидроэнергоресурсов. Это означает, что без увеличения импорта нефти она не в состоянии покрыть три четверти своих потребностей в энергии. Даже США, имеющие собственные запасы нефти, сталкиваются с трудностями по оплате импорта необходимого количества нефти, покрывающего снижение собственного производства. Проблемы с ценами на нефть и ее поставками в 1970-ых годах стимулировали более активное использование других энергетических ресурсов: Увеличилась добыча угля и международная торговля углем для частичного замещения использования нефти. Увеличился интерес к использованию ядерной энергии в энергодефицитных странах. Во всех странах стали более внимательно рассматривать вопросы снижения потребление энергии. Более серьезное внимание стали уделять возобновляемым источникам энергии. Эти тенденции продолжились и в 1990-ых годах. Во всем мире происходит значительное снижение энергозатрат в экономике. Сокращено использование нефти для производства электроэнергии. Увеличилось использование природного газа. Исключение составили лишь надежды некоторых государств на внесение существенного вклада в производство энергии от возобновляемых источников. Следствием тенденций, порожденных нефтяным кризисом, явилось уменьшение потребления энергии на единицу валового национального продукта на 1.3% в странах, членах ОРГАНИЗАЦИИ ЭКОНОМИЧЕСКОГО СОТРУДНИЧЕСТВА И РАЗВИТИЯ, и это, как ожидается, будет иметь место и для других развивающихся странах в будущем. Однако, в то же самое время потребление электроэнергии на единицу валового национального продукта постоянно растет, что отражает ее постоянно возрастающую роль практически во всех странах. Роль электроэнергии увеличивается, потому что она является чрезвычайно мобильным энергоносителем, который может быть произведен при использовании самого различного топлива, может быть легко доставлен потребителям по линиям электропередач. В настоящее время производство электроэнергии составляет 40 % от производства всей энергии в мире. Электроэнергия уникальна с точки зрения приведения в действие машин и механизмов, освещения предприятий и домов. Она, однако, используется и для получения тепла и для других целей, где традиционно используются иные альтернативные способы. С одной стороны, можно согласиться, что ввиду низкой эффективности превращения любой энергии в электрическую (КПД обычно 30-35 процентов) использование, например, природного газа должно быть более предпочтительным везде, где требуется получение тепла (эффективность в этом случае вдвое больше)*. С другой стороны, можно согласиться, что урановые и угольные ресурсы, которых намного больше газовых, должны применяться везде, где это возможно, и что использование произведенного таким образом электричества для получения тепла будет более желательным, несмотря на больший расход топлива. Большинство людей считают, что солнце самый обильный источник энергии в мире и с радостью использовали бы его энергию не только для получения тепла, но и для крупномасштабного производства электроэнергии. Вопросы, связанные с преобразованием солнечной энергии в электрическую обсуждаются более подробно в разделе 2.4. *Принимая во внимание все цепочку энергетических затрат, начиная от добычи до окончательного использования, получаем, что эффективность газа и нефти для производства тепла (КПД) составляет приблизительно 40-45 %. Для современных газовых печей высокой производительности это значение увеличивается до значений, близких к 70 %, но сильно зависит от удаленности газовых месторождений. В следующих главах подробно рассматриваются вопросы потребления и производства электроэнергии. Особое внимание уделяется использованию ядерной энергии для производства электроэнергии. Основное ядерное топливо - это уран, металл, который в настоящее время не имеет фактически никаких других гражданских приложений. Однако, прежде чем мы обратимся к этой теме, важно обсудить некоторые вероятные будущие тенденции в мировом энергопроизводстве и энергопотреблении более подробно. 5. Энергопотребление и энергопроизводство будущего Как мы будем удовлетворять свои энергетические потребности в будущем? Здесь имеется некоторая неопределенность: Производство нефти было максимальным в 1979 году и до 1994 года не возвращалось к этому уровню. Издержки производства по существу остались на уровне 1973 года. Цена на нефть в значительной степени зависит от политических факторов. Производство природного газа, при увеличивающихся сегодня темпах, вероятно, приблизится к своему пику в многих странах через пару десятилетий. Затраты на добычу угля постоянно возрастают, а его использование приводит к повышению глобальных температур на планете (парниковый эффект). Имеется неопределенность по реализации ядерных программ во многих странах. Имеются существенные ограничения в практическом использовании возобновляемых энергетических ресурсов, Дальнейшие возможности энергосбережения ограничены без радикальных перемен в образе жизни в развитых странах, и фактически не существуют в развивающихся странах. До начала 1970-ых годов мировые энергетические потребности легко и дешево удовлетворялись нефтью и природным газом всякий раз, когда энергопотребление имело тенденцию превышать энергопроизводство. Однако, после 1973 года, когда возникли серьезные сомнения относительно беспредельной доступности нефти, многие индустриальные страны стали разрабатывать иные стратегии своего развития, предполагающие гораздо большее использование ядерной энергии. Решение будущих задач энергопроизводства на основе использования возобновляемых источников энергии оказалось непрактичным. Их непостоянность, высокая стоимость, недостаточный уровень технологического развития существенно ограничивает их потенциал. Несмотря на все эти неопределенности, стратегическое планирование в сфере энергопроизводства должно обеспечивать будущие потребности. Для этого планирование должно базироваться на темпах прироста населения, темпах экономического и социального развития и доступности энергоресурсов (что касается и их цен). Мировое потребление энергии устойчиво растет на протяжении многих десятилетий. Даже после временного повышения цен на нефть в 1973 году и последующего экономического спада , мир продолжает использовать все большее количество энергии каждый год и можно ожидать, что так будет и в будущем. Хотя темпы роста никогда, по- видимому, не будут столь же высоки, как до 1973 года, очевидно, что экономический рост происходит в большинстве наций и увеличение энергопотребления является неизбежной частью этого роста. Население земного шара, как ожидается, достигнет к 2020 году 7.5 миллиардов, что также будет способствовать росту энергопотребления. Быстро возрастающие потребности в питьевой воде в многих частях нашей планеты (например, в Северной Африке и Странах Персидского залива) должны удовлетворяться развитием опреснительных систем, которые также увеличат потребности в энергии. Рисунок 2 Если принять все эти факторы во внимание, то окажется, что минимальный рост энергопотребления в будущем мире будет составлять 1.5 - 2.0 процента в год. Для достижения даже такого уровня ежегодного роста требуется как расширение традиционных способов производства энергии, так и продолжение усилий по энергосбережению и увеличения эффективности использования энергии. Повышение эффективности использования энергии позволит на основе существующих ресурсов производить с большим КПД полезную работу, свет и теплоту чем это было до настоящего времени. Начиная с 1970-ых годов экономические факторы ограничивали энергозапросы, что привело к беспрецедентному увеличению эффективности использования энергии в промышленности и транспорте, по крайней мере, в странах, членах ОРГАНИЗАЦИИ ЭКОНОМИЧЕСКОГО СОТРУДНИЧЕСТВА И РАЗВИТИЯ. Прогнозируемое потребление энергии в этих странах увеличится незначительно, в то время как, в развивающихся странах, как ожидается, оно будет расти очень быстро. Потребление электроэнергии возрастает намного быстрее, чем полное энергопотребление. Там, где за период с 1980 по 2020 годы потребление всей энергии удвоится, потребности в электроэнергии возрастут в три и более раза за тот же самый период (сравните рисунки 2 и 5). В 1998 году Мировой энергетический совет (IASA) опубликовал прогноз мирового потребления электроэнергии на 2020 год в 20000 ТВт (14,000 ТВт в 1997 году). Прогноз был сделан на основе сегодняшних моделей потребления энергии и предположения о сравнительно медленном прогрессе развивающихся стран (другие сценарии развития дают значения от 16000 до 23000 ТВт). Будущие возможности энергосбережения существенно зависят от того, в каком секторе экономики они используются. Там, где энергия существенно используется в индустриальных процессах или на транспорте, главные шаги по повышению эффективности и снижению затрат уже предприняты. Но там, где энергетические затраты относительно менее существенны (в коммунальном хозяйстве, например), имеется намного больше возможностей для дальнейшего развития возможностей энергосбережения. Энергосбережение очень трудно прогнозировать. Для большей его эффективности требуется постоянный учет будущих перспектив более высоких энергетических затрат. В большой степени это зависит от образа жизни, который все более и более ориентируется на энергосбережение. Несмотря на популярные идеи охраны окружающей среды, гораздо больший приоритет в мире имеют идеи удобного и комфортного проживания. ТАБЛИЦА 3 Превращение энергии: теплотворность различного топлива и коэффициенты выброса CO2 Теплотворность Единицы % содержания углерода CO2 Сырая нефть 45-46 МДж/кг 89 70-73 г/МДж 37-39 МДж/л LPG 49 МДж/кг 81 59 г/МДж Природный газ 39 МДж/м 3 76 51 г/МДж 55 МДж/кг Каменный уголь (NSW и Qld) 21.5-30 МДж/кг 67 90 г/МДж Каменный уголь (SA и WA) 13.5 - 19.5 МДж/кг Каменный уголь (Канадский битуминозный) 27.0 - 30.5 МДж/кг Каменный уголь (Канадский под-битуминозный) 18 МДж/кг Бурый уголь (в среднем) 9.7 МДж/кг 25 Бурый уголь (Loy Yang) 8.15 МДж/кг 1.25 кг/кВт Древесина (сухая) 16 МДж/кг 42 94 г/МДж Естественный уран (в легко-водных реакторах) 500 ГДж/кг - - Естественный уран (в легко-водных реакторах с U и Pu повторного цикла) 650 ГДж/кг - - Естественный уран (в CANDU) 650 ГДж/кг - - Естественный уран (в реакторах на быстрых нейтронах) 28,000 ГДж/кг - - Уран, обогащенный до 3.5 % (в легко-водных реакторах) 3900 ГДж/кг - - Вывоз мусора комплексах и утилизация отходов Псевдодинамический подход в оценке изменения статей теплового баланса установки печь. Комбинированные источники электроэнергии и тепла энергосберегающие технологии для городского хозяйства. Киотский протокол шагает по планете. Завещание академика никиты моисеева. Время высоких энергозатрат. Главная страница -> Технология утилизации Экологически чистая мебель: |
