CC BY
37
УДК 621
B. Б. КЛЕПИКОВ, д-р. техн. наук, проф.
C. А. МЕХОВИЧ, канд. техн. наук, проф.
С. В. КЛЕПИКОВА, ст. препод.
Национальный технический университет «Харьковский политехнический институт», г. Харьков
ЭКОНОМИЧЕСКИЙ, ЭНЕРГОРЕСУРСОСБЕРЕГАЮЩИЙ И ЭКО ЛОГИЧЕСКИМ
АСПЕКТЫ ЭКОНОМИИ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ В УКРАИНЕ
Показано, что при существующей в Украине изношенности оборудования тепловых электростанций единица сэкономленной электроэнергии может обеспечить пятикратную экономию первичных топливных: энергоресурсов. Проведена оценка экономического и экологического эффектов от широкой модернизации электроприводов.
Показано, що при існуючій в Україні зношеност і устаткування теплових електростанцій одиниця заощадженої електроенергії може забезпечити п ’ятикратну економію первинних паливних енергоресурсів. Проведена оцінка економічного і екологічного ефектів від широкої модернізації електроприводів.
Введение
Экономное расходование органических энергоресурсов актуально для любой страны, но для Украины проблема эффективного энергосбережения особо важна. Относясь к категории стран средней обеспеченности (48 % собственных топливно-энергетических ресурсов), Украина импортирует из других стран 75 % природного газа, 85 % нефти и нефтепродуктов и даже 20 % каменного угля. Следует также иметь в виду, что кроме использования в энергетических целях они являются сырьём для ряда исключительно нужных продуктов: пластмасс, пестицидов, красок и др.
Основная часть
В 1994 г. был принят закон Украины «Об энергосбережении», после чего кампания борьбы за экономию энергоресурсов в стране не ослабевала на протяжении последующих лет. Было принято еще 5 законов, издано 6 Указов президента, 20 постановлений Кабинета Министров, утверждено более 150 нормативных актов, проведено несчетное количество заседаний, совещаний, семинаров, конференций и симпозиумов, создавались и упразднялись соответствующие общегосударственные и региональные структуры. Однако, несмотря на столь активную административно-бюрократическую деятельность в ноябре 2007 г. Украина вышла на 1-е место в Европе по энергозатратности, которая на единицу ВВП в 3,5 раза выше, чем в промышленно-развитых странах Европы, в 2,5 раза выше - чем в странах Восточной Европы ив 1,6 раза по сравнению с Белоруссией.
В этой ситуации особенно актуальным является поиск путей организации быстрореализуемого и эффективного сбережения энергоресурсов.
Рассмотрим структуру потребления органических энергоресурсов в Украине [3]:
1. Котельно-печное потребление - 72,6 %
в том числе:
- промышленность - 40,8 %
- жилищно-коммунальное хозяйство - 31,8 %
2. Производство электроэнергии - 22,5 %
3. Строительство, транспорт, АПК - 4,9 %
Рассмотрим, какая роль в сбережении энергоресурсов принадлежит экономии электроэнергии.
Исходя из выше приведенных объёмов потребления, казалось бы первоочередное внимание следует уделить энергосбережению в котельно-печном секторе.
Однако, если экономию электроэнергии (ЭЭ) обеспечить за счёт снижения нагрузки тепловых электростанций (ТЭС), единица экономии электроэнергии в энергетическом эквиваленте даёт многократную экономию первичных органических энергоресурсов. Покажем это, выполнив некоторые расчёты в тепловом эквиваленте.
Если ТЭС имеет КПД г/эс, то это означает, что на единицу выработанной
электроэнергии необходимо затратить п = единиц первичных топливных
Лэс
энергоресурсов, поступивших на ТЭС. Однако при добыче и транспортировке этого топлива тоже была затрачена электроэнергия, поэтому общий коэффициент полезного действия процесса добыча-транспортировка-производство электроэнергии т]э будет меньше, чем г/эс. Оценим снижение к.п.д. вследствие затрат на добычу топлива и его транспортировку. Пусть на ТЭС поступили топливные ресурсы массой т, с удельной теплотворной способностью Q Гкал/т, т. е. обладающие общим запасом энергии
W=mQ, (1)
из которой возможна выработка электроэнергии
Е=т^эс. (2)
Если затраты ЭЭ на добычу и транспортировку одной тонны первичных ресурсов составляют q Гкал/т
q = qд + qт, (3)
где qд и qт, соответственно, затраты ЭЭ на добычу и транспортировку одной тонны
топлива. При этом суммарные затраты энергии первичных ресурсов на добычу и перевозку т тонн топлива равны
Wдт = Гкал . (4)
Лэс
Тогда общие затраты электроэнергии на выработку электроэнергии Е, Гкал равны
W + Wдт = mQ + , (5)
Лэс
а общий к. п. д. процесса добыча-транспортировка-выработка ЭЭ равен
,,, = Е . (6)
V + ^.г. 1 + _«_
<2Лэс
Это означает, что для выработки одной единицы электроэнергии в энергетическом
эквиваленте, требуется N=— единиц первичных энергоресурсов или
Ъ
1 + -
N = -
1эс
1эс
^2эс
q
1
q
энергии 0,627 т. условного топлива (у.т.) затраты электроэнергии на добычу 1 тонны составляют 135 кВт/ч или qд = 47,5 кг у .т./т [3]. Удельный расход на транспортировку
1Л_4 кВтч кг.у.т.
принимался равным 125 -10 ----------[5] или 44 -10 4—-—.
Т ■ км Т•км
К£ V Ш
При расстоянии от места добычи до ТЭС равным 500 км qт = 2,2——1, а
КР V Ж
значение а = 49 7—.
т
На рисунке показана рассчитанная при вышеприведенных значениях величин зависимость N = f (цэс ) .
0.2 О 25 О 2В О 35
Рисунок. Относительный расход первичных топливных энергоресурсов в зависимости от КПД тепловой электростанции
Особенностью состояния энергетического оборудования Украины является его значительная физическая изношенность. 92 % энергоблоков исчерпали расчетный ресурс -100 тыс. ч, из них 64 % исчерпали так же установленную черту граничного ресурса- 200 тыс.
ч, при этом большинство энергоблоков группы граничного ресурса в течение 5 лет приблизятся к критично допустимой черте - 300 тыс. ч.
В результате значительного ухудшения состояния оборудования, плохого качества угля, увеличения частоты переменных режимов эффективность производства электроэнергии в Украине тепловыми электростанциями очень низка. КПД многих угольных блоков составляет 28 %, а иногда 25 % [2].
Согласно вышеприведенным расчетам, это означает, что на единицу выработанной электроэнергии нужно затратить в энергетическом эквиваленте 4,6-5,3 единицы каменного угля (рисунок). При этом не учитывались потери электроэнергии при передаче её от ТЭС до места добычи и транспортных магистралей.
То есть, из 100 эшелонов угля пришедших на ТЭС, 80 будет сожжено не просто впустую, но и с крайне негативным экологическим эффектом. Они пойдут на нагрев окружающего пространства, загрязнение атмосферы вредными выбросами, земельных площадей отходами сгорания.
Экологический аспект экономии электроэнергии со снижением нагрузки ТЭС приобретает особую важность в связи тем, что электростанциями на угле вырабатывается 40 % всей электроэнергии в мире. На сжигание углеводных энергоресурсов тратится ежегодно 17 млрд т кислорода и по некоторым прогнозам уже в 2050 г. будет ощущаться его недостаток. Выбросы в атмосферу превышают 20 млрд т при этом 200-250 млн т - пыль и твердые частицы, 30 млн т - СО, 150 млн т - оксиды серы, 70 млн т - оксиды азота.
В Украине на долю энергетического сектора приходится 70 % выбросов парниковых газов в атмосферу, при этом 40 % приходится на электроэнергетику [2].
Общая электрогенерирующая мощность Украины составляет свыше 50000 МВт, из которых мощность ТЭС и ТЭЦ - 58 % [6] или около 30000 МВт. Электростанции, работающие на угле, обеспечивают 25 % всей вырабатываемой электроэнергии. В стране размещено 25 мощных угольных ТЭС, золошлаковые отходы которых составляют 300млн т 300 млн т. Тепловая электростанция на угле мощностью 1 МВт сжигает за год 8 тыс. т кислорода, выделяет в атмосферу 10 тыс. т углекислого газа, 5 тыс. т летучей золы, потребляя на сгорание угля 29 млн м3 воздуха. В атмосферу уходят: сернистый ангидрид, окись азота, оксиды металлов, которые переходят в кислоты, порождая кислотные дожди, отравляющие поля, водоемы, повышая заболеваемость и сокращая жизнь людей. Миллиардные убытки терпит народное хозяйство из-за повышения коррозии металлоконструкций.
Снижение нагрузки на угольных ТЭС актуально и с иных позиций. Положение в угольной отрасли остается крайне неблагоприятным. Сложные горнотехнические условия, в которых работает большинство шахт Донбасса делают добычу угля высокоубыточной. Кроме того углеразработка отрицательно сказывается на экологии. В 1185 отвалах скопилось около
1.3 млрд т пород и этот объем ежегодно увеличивается на 60 млн т, которые в 397 отвалах горят, вырабатывая в атмосферу свыше 500 тыс. т вредных газообразных веществ. К ним следует добавить еще 5,6 млрд м3 метана, выдаваемого на гора вентиляционными шахтами действующих разработок [7]. В отработанных пространствах идет процесс проседания земной поверхности, нарушается гидродинамический режим вод, подтапливаются жилые помещения, заболачиваются пахотные земли. Для ликвидации или хотя бы уменьшения этих негативных последствий нужны огромные средства [6].
Учитывая возможность 5-ти кратного в энергетическом эквиваленте сокращения сжигаемых топливных ресурсов при экономии единицы электроэнергии, этому направлению электросбережения следует уделить особое внимание со стороны государства.
Основной базой экономии электроэнергии является электропривод, потребляющий около 70 % всей вырабатываемой электроэнергии и обладающий технологиями энергосбережения с самоокупаемостью в ряде случаев менее 5-10 месяцев.
Регулируемыйэлектропривод являясьсредствомоптимизации технологического процесса, помимо прямой экономии электроэнергии по счетчику, обеспечивает значительную экономию ее за счет уменьшения расходных материалов, улучшения показателей техпроцесса, снижения динамических нагрузок, повышения надежности оборудования, сокращения ремонтов и др. [4]. Между тем в настоящее время доля электроэнергии, потребляемой регулируемым электроприводом в Украине, составляет лишь 4-6 %, в то время как в США- 40 %, в Германии - 50 %.
Широкая модернизация электроприводов машин и механизмов заменой нерегулируемого ЭП на регулируемый может за относительно короткий срок (5-7 лет) обеспечить экономию до 35 % всей вырабатываемой в настоящее время за год электроэнергии [9].
При стоимости для потребителя 1 кВт»ч - 0,4 грн/кВт»ч. это соответствует экономии 28 млрд грн, которые могли бы быть инвестированы в развитие производства, в создание возобновляемых источников ЭЭ, в науку и другие сферы жизнедеятельности, столь нуждающиеся в средствах.
Расчеты, на основании приведенных в [2,6] данных о влиянии тепловых электростанций (в расчете 1 мВт) на окружающую среду показывают, что вышеуказанная экономия могла бы обеспечить:
- снижение выбросов в атмосферу углекислого газа, не менее 10 млн т/г, оксидов серы
1.4 млн т/г, оксидов азота - 200 тыс. т/г.
- затраты воздуха на сжигание топлива сократились бы на 300 млрд м3 /г.
- снижение отходов золы составило бы не менее 3,5 млн т/г.
Приведенные цифры свидетельствуют о больших возможностях улучшения экологической обстановки с стране за счёт эффективной организации экономии электроэнергии.
Вывод
Экономия электроэнергии в Украине является исключительно эффективным средством экономии топливных энергоресурсов и улучшения экологической обстановки, если при этом обеспечивается снижение нагрузки тепловых электростанций. Основной базой экономии электроэнергии в Украине является электропривод, потребляющий около 70 % всей вырабатываемой в стране электроэнергии, а средством достижения экономии - широкая модернизация электроприводов заменой нерегулируемых на регулируемые.
Список литературы
1. Стратегія енергозбереження в Україні: аналітично-довідковові матеріали в 2-х томах. За ред. В. А. Жовтянського, М. М. Кулика, Б. С. Стогнія - К.: Академперіодика, 2006, т. 1 - 510 с., т. 2-600 с.
2. Товажнянський Л. Л., Левченко Б. О., Проблеми енергетики на межі XXI століття.-Харків: НТУ «ХПІ», 2006, 200 с.
3. Енергетичні ресурси та потоки. / за загальн. ред. А. К. Шидловського -К.: Українські енциклопедичні знання, 2003, 472 с.
4. Браславский И. Я., Ишматов З. Ш., Поляков В. Н. Энергосберегающий асинхронный электропривод /под ред. И. Я. Браславского - М.: Издательский центр «Академия», 2004, 256 с.
5. Развитие локомотивной тяги под ред. Н. А. Фуфрянского и А. Н. Бевзенко - М.: «Транспорт», 1988, 261 с.
6. Кривцов В.С., Олейников А.М., Яковлев А.И. Неисчерпаемая энергия. - Харьков: «ХАИ», 2006, 642 с.
7. Семиноженко В. П., Канило П. М., Остапчук В. М., Ровенский А. И.
- Харьков: «Прапор», 2003, 464 с.
8. Киотский протокол к рамочной конвенции ООН об изменении климата. Киото, 1997, 43 с.
9. КлепиковВ. Б. Розов В. Ю. Оролиэлектроприводаврешении проблемы энергосбережения в Украине. Вестник НТУ «ХПИ», «Проблемы автоматизированного электропривода. Теория и практика» - Харьков 2008, С. 18-21.
ECONOMIC, RESOURSE SAVING AND ECOLOGICAL ASPECTS OF ECONOMY
OF ELECTRIC POWER IN UKRAINE
V. B. KLEPIKOV, D-r Scie. Tech., Pf.
S. V. MEKHOVICH, Cand. Ekon. Scie., Pf.
S. V KLEPIKOVA, senior teacher
It is rotined that at the existing in Ukraine wearing out of equipment of thermal power-stations unit of economized electric power can provide the fivefold economy of primary fuel energoresursov. The estimation of economic and ecological effects is conducted from wide modernization of electromechanics.
Поступила в редакцию 30. 08.2010 г.
