Теплоэнергетика способы решения проблем

Экологические проблемы, связанные с современной энергетикой, и пути их решения

История развития человечества напрямую связана с производством различных видов энергии. Первым шагом на этом пути было разжигание костров в пещерах для того, чтобы приготовить еду и обогреть жилище. Следующий скачок произошел после изобретения колеса. Но резкий рост темпа производства и потребления энергии начался в период индустриализации пару веков назад. Сегодняшний быт трудно представить без использования электричества. Но не вызовут ли катастрофы экологические проблемы энергетики?

Структура производства электроэнергии

Кратко источники электроэнергии можно разделить на три основных типа:

• полезные ископаемые (газ, нефть, уголь, сланцы);
• возобновляемые ресурсы (вода, ветер, солнце, термальные воды);
• расщепление атома.

Более 60% объема производства электричества приходится на ТЭЦ, тепловые электростанции, работающие на ископаемых источниках. Примерно по 16% производят ГЭС (гидроэлектостанции) и АЭС (атомные электростанции). Показатели выработки энергии из альтернативных источников незначительны.

Как влияет энергетика на экологию

Нет такой сферы деятельности, которая бы не зависела от электроэнергии прямо или косвенно. Польза энергетики неоспорима, и потому развивается она опережающими темпами. Но трудно отрицать и негативное воздействие этой отрасли на окружающую среду.

Несмотря на заметное отрицательное воздействие на природу в связи с наращиванием производства энергии, проблемы экологии долгое время не вызывали особого беспокойства в обществе. Но когда в середине 70-х годов двадцатого века были обнародованы обширные данные, свидетельствующие о катастрофических последствиях для климата, ученые стали уделять этой глобальной проблеме серьезное внимание.

Экологические проблемы электроэнергетики возникают как на этапе добычи топлива, так и во время производства и транспортировки энергии. Аварии на электростанциях могут вызвать экологические катастрофы, как было с Чернобыльской АЭС или АЭС Фукусима-1.

Экологические проблемы, связанные с современной энергетикой

По данным исследований самыми вредными для природы являются ТЭЦ. Но ГЭС и АЭС тоже вносят вклад в загрязнение окружающей среды. Проблемы в области экологии зависят от вида используемого топлива.

1. Открытый способ добычи угля и торфа приводит к изменению ландшафта, что в свою очередь разрушает естественную среду обитания растений и животных.
2. Нефть, разлитая во время добычи или транспортировки, убивает флору и фауну как на суше, так и в акватории океана.
3. Плотины ГЭС, строящиеся на реках, вызывают затопление огромных участков плодородных земель и лесов. Из-за того, что перекрыты пути нереста, сокращаются ценные виды рыб.
4. Высоковольтные линии электропередач, проложенные на пути миграции птиц, приводят к поражению их электрическим током.
5. Замыкания на электроустановках и проводящих линиях могут вызывать пожары, приводящие к гибели лесов и их обитателей.
6. Во время сжигания угля, нефти и газа на ТЭЦ в атмосферу выбрасываются тонны оксида серы, окислов азота и золы, состоящей из токсичных веществ, включающих мышьяк, ртуть, свинец и кадмий. Попадающий в воздух оксид углерода приводит к повышению средней температуры, грозящей глобальным потеплением на Земле.
7. Производство электричества на АЭС приводит к накоплению радиоактивных отходов, сохраняющих свои ядовитые свойства сотни лет. Инженерного решения, позволяющего их безопасно перерабатывать, пока не найдено. В случае аварии на АЭС в атмосферу попадают радиоактивные вещества, опасные для жизни. Но даже во время штатного функционирования в воздух производится выброс углерода-14, криптона-85, стронция-90 и других вредных изотопов.

Выработка электричества с помощью энергии солнца, ветра или термальных вод является менее губительной, но и она тоже наносит некоторый вред экологии. Солнечные электрогенерирующие панели изменяют ландшафт, вертяки повышают уровень шума, геотермальные станции загрязняют почвы.

Человечество не может полностью отказаться от использования электроэнергии. Но для предотвращения катастрофических последствий для окружающей среды необходимо прикладывать усилия по уменьшению негативных явлений.

Пути решения проблем

Важным способом решения экологических проблем является развитие энергосберегающих технологий. Сокращение потребности в электричестве позволит уменьшить его выработку, что позитивно скажется на природной среде.

Пристальное внимание необходимо уделять контролю за процессом производства электроэнергии. С загрязнением атмосферы можно бороться следующими способами:

• оптимизировать технологию сжигания нефти, угля и газа;
• очищать топливо, чтобы в процессе переработки выделялось меньше вредных элементов;
• фильтровать газы перед выбросом.

Данные методы снижают КПД и увеличивают стоимость процесса производства, потому не являются достаточно эффективным решением.

Специалисты считают перспективным путем защиты природных ресурсов развитие альтернативных видов производства энергии. Солнечные, ветряные, приливные и геотермальные электростанции оказывают меньшее негативное влияние на экологию. Но они производят относительно мало электричества, их работа может зависеть от погодных факторов. Современные технологии не позволяют использовать альтернативные источники эффективно.

Так, электростанции, использующие энергию ветра, занимают очень большие площади. Они сильно шумят и обладают очень низкой мощностью. Массовое применение ветряков снижает силу воздушных потоков, что сказывается на изменении климата.

Приливные электростанции имеют низкую эффективность. Строиться они могут только на морском берегу, потому не могут служить заменой обычным электростанциям. Во время эксплуатации они меняют соляной состав воды, что наносит вред экосистеме океана, морским животным и растениям.

Геотермальные электростанции можно строить только в местах с определенными геологическими условиями. Недостатком таких установок является вероятность проседания грунта и возникновения сейсмической активности, вызванной воздействием на термальные воды. Добыча горячей воды из-под земли сопровождается выходом на поверхность газов, содержащих в том числе отравляющие вещества.

Солнечные электростанции не шумные, они не загрязняют воздух и почву выбросами. Но мощность их недостаточна для покрытия потребностей в электричестве, а работа зависит от погоды. Станции, преобразующие в электричество энергию солнца, материалоемки, но при этом имеют низкую эффективность. Максимум 20% улавливаемой энергии солнца превращается в электрическую.

Каждый способ производства электричества имеет свои достоинства и недостатки. Важной задачей современной науки является поиск новых методов производства электроэнергии, достаточно эффективных и в то же время наносящих минимальный вред экосистеме.

Источник

Проблемы теплоэнергетики

Проблемы теплоэнергетики на сегодняшний день стоят на одном из первых мест в мире по значимости и сложности решения. Многие страны, стремясь свести проблемы теплоэнергетики к минимуму, предпринимают комплекс мер в области энергетических технологий, в частности, активно переходят с централизованных на автономные системы теплоснабжения. Это значительно сокращает издержки и дает возможность лучше контролировать и сокращать нерациональный расход природных ресурсов. Все понимают, что вопрос истощения земных недр становится все более актуальным и государства с активно развивающейся экономикой не жалеют средств на разработку альтернативных источников энергии.

Под альтернативными источниками чаще всего понимают ветер и солнце, но в последнее время ученые разных стран занимаются изучением возможности направить на нужды человечества и тепловые процессы планеты. Геотермия привлекает внимание тем, что этот ресурс тепла безграничен. При появлении возможности его использования в целях альтернативы современным атомным станциям решатся многие проблемы теплоэнергетики и, в первую очередь, колоссальная экологическая проблема, связанная с тем, что использование в виде топлива газа, угля и других природных ресурсов приводит к увеличению парникового эффекта.

В России проблемы теплоэнергетики появились достаточно давно, а в последние несколько лет этот вопрос встал особенно остро. Неэффективное использование топливных ресурсов приводит к огромным финансовым потерям в отрасли, что влечет за собой значительное удорожание цен на топливо. Из этого следует, что проблемы теплоэнергетики напрямую влияют на развитие нашей экономики в целом.

Специалисты выделяют некоторые основные проблемы теплоэнергетики в России:

1. Моральный и физический износ фондов. Будет справедливо отметить, что это наблюдается во всех отраслях отечественной экономики. На данном этапе периодически происходит локальная замена устаревшего оборудования и ремонт теплотрасс, зачастую под такое пристальное внимание попадают только самые аварийные участки. При этом важно понимать, что замена изношенного оборудования на аналогичное новое не решает проблем теплоэнергетики, потому что, помимо физического износа, оборудование устарело морально. Оно недостаточно автоматизировано и является весьма малоэффективным.

2. Отсутствие четкого плана дальнейшего развития данной отрасли. По утверждениям специалистов, энергетический сегмент нашей экономики существует без какого либо долгосрочного планирования, и это главная проблема теплоэнергетики. Уход от плановой экономики, существовавшей в Советском Союзе, повлек за собой необратимые процессы в системе развития данного направления. Недостаток государственного финансирования отодвигает на неопределенный срок решение проблем теплоэнергетики в стране.

3. Кадровый вопрос. За последние десять-двадцать лет резко поменялись приоритеты населения в выборе профессиональной деятельности, что не могло не отразиться на качестве и количестве квалифицированных технических специалистов.

4. Проблемы теплоэнергетики, связанные с нерациональным использованием ресурсов. Устаревшее оборудование и отсутствие теплоизолирующего покрытия трасс, отвечающего современным нормативам, приводит к массовому расточительному расходу топлива. Зачастую ТЭЦ абсолютно не обеспечены достойным современным оборудованием, и весь рабочий процесс сводится к бесконечному ремонту и наладкам устаревшего основного фонда.

При этом большинство экспертов вынуждено констатировать, что энергетическая сфера нашей страны вряд ли сможет в скором будущем похвастаться особыми достижениями, поэтому проблемы теплоэнергетики еще продолжительное время будут оставаться нерешенными.

Источник

Тепловые сети. Актуальные проблемы и пути решения

Х.А. Алимов, руководитель Комитета по тепловым сетям,
НП «Российское теплоснабжение», г. Москва

Одно из важнейших достижений ХХ века, наряду с ликвидацией безграмотности, индустриализацией и полетами в космос — создание в крупных населенных пунктах систем централизованного теплоснабжения с десятками тысяч километров тепловых сетей. Выбор комбинированного способа выработки тепло- и электроэнергии для наших географических (климатических) условий позволил обеспечить население электроэнергией и теплом в наиболее эффективном режиме сжигания топлива.

К сожалению, в предыдущее десятилетие не уделялось достаточного внимания поддержанию этого наследия в достойном великой страны состоянии. Несмотря на освоение и внедрение новых передовых технологий для трубопроводов тепловых сетей и огромных усилий всех специалистов, работающих в сфере теплоснабжения, по поддержанию работоспособности систем теплоснабжения в условиях недофинансирования — в целом, техническое состояние тепловых сетей стало значительно хуже.

Сегодня, в новых рыночных условиях, когда в стране наметился экономический подъем, крепнет понимание важности не только сохранения оставшегося или достигнутого, но и поиск путей эффективного развития. Особенно остро эта проблема стоит перед социальной сферой, для которой проблемы теплоснабжения наиболее чувствительны. Поэтому так важно сейчас, в условиях нарастающего дефицита энергоресурсов, наиболее эффективно распорядиться теми средствами, которые направляются и будут направлены на восстановление и развитие тепловых сетей.

Обновление тепловых сетей

В настоящее время специалисты ОАО «ВНИПИэнергопром» и НП «Российское теплоснабжение» активно работают над тем, чтобы закончить разработку и внедрить «Программу обновления тепловых сетей», которая позволит на базе имеющегося опыта внедрения и применения передовых достижений в теплоснабжении, оказать существенную помощь теплоснабжающим организациям и администрациям муниципальных образований. Такая Программа должна стать составной частью или базой при разработке Программы комплексного развития, которая в соответствии с ФЗ № 210 должна быть разработана в каждом муниципальном образовании.

Вкратце можно остановиться на основных положениях Программы, которая, в зависимос-

ти от условий конкретного муниципального образования или региона, может состоять из различного количества необходимых мероприятий. Но в любом случае такая Программа должна включать в себя проведение энергоаудита; комплексного обследования состояния и «инвентаризации» тепловых сетей и документации на них; анализ имеющейся схемы теплоснабжения и выработки мероприятий для повышения ее эффективности; выбор маршрутов, типов прокладок теплопроводов и теплоизоляции для них; рекомендации по применению соответствующего оборудования, его производителей и поставщиков, а также расчет экономического эффекта от предлагаемых мероприятий.

Основная задача, которую надо решать в тепловых сетях, — уменьшение издержек за счет повышения надежности и долговечности трубопроводов и снижения тепловых потерь, уровень которых на сегодняшний день непозволительно высок. Во многом пути решения этих задач широко известны.

Это контроль в тепловых сетях за поддержанием высокого качества параметров теплоносителя, и особенно, ужесточение содержания кислорода в сетевой воде, а также поддержание высокого уровня pH. Для тепловых источников средней и малой мощности, в которых традиционные установки подготовки воды высокозатратны и температура теплоносителя в сетях не превышает 130 ОС, хорошие результаты дает применение комплексонов (антинакипинов и ингибиторов коррозии). Условие успеха одно -организация тщательного и регулярного контроля за химическим составом теплоносителя для правильного и строго дозированного применения комплексонов.

Снижению тепловых потерь способствует все более широкое применение для прокладки тепловых сетей труб с индустриальной полимерной тепловой изоляцией, в первую очередь из пенополиуретана. Такие трубы с нанесенной в заводских условиях изоляцией (их часто называют «предизолированные») имеют высокие теплоизоляционные характеристики, что позволяет резко снизить тепловые потери, и, несмотря на достаточно высокую стоимость, позволяют вести бесканальную прокладку со значительной экономией средств при строительно-монтажных работах. Кроме того, при правильной организации производства таких «предизолированных» труб и, особенно, тщательному соблюдению технологических процессов на строительно-монтажных работах, резко снижается аварийность тепловых сетей от наружной коррозии.

Здесь хотелось бы остановиться на одной идее, которая требует детальной и серьезной проработки в ходе лабораторных испытаний. Имеется в виду предложение об использовании антикоррозионной мастики для нанесения на поверхность стальной трубы перед нанесением ППУ изоляции. Предварительные лабораторные испытания показали, что адгезия ППУ к поверхности стальной трубы, обработанной антикоррозионной мастикой, остается такой же, как и необработанной, а работоспособность системы оперативно-дистанционного контроля сохраняется в полной мере, несмотря на то, что сама мастика является диэлектриком. В случае положительного завершения испытаний, применение антикоррозионных мастик при изготовлении предизолированных труб в ППУ изоляции позволит не только повысить защиту стальной трубы от наружной коррозии при повреждении полиэтиленовой оболочки, но и вероятно отказаться от дорогостоящих дробеструйных установок, применяющихся для подготовки стальных труб к нанесению ППУ.

Возвращаясь к вопросу о тщательном соблюдении технологии при изготовлении и монтаже труб в ППУ изоляции, необходимо констатировать, что значительная часть отечественных производителей такой продукции не всегда способна ни обеспечить соответствующее качество своих изделий, ни осуществлять контроль или обеспечивать качество строительно-монтажных работ (СМР), особенно по заделке стыков труб. Причина здесь простая — при кажущейся легкости организации такого производства требуются значительные затраты для закупки хорошего оборудования, организации собственных производственных лабораторий, обучения монтажников и контроля СМР.

Но проблема финансирования производства, в том числе и через банковское кредитование (у нас в стране не любят еще банкиры кредитовать производство — слишком «длинные» деньги, а отсюда и грабительские проценты), не должна настолько отражаться на потребителе -теплоснабжающих организациях и населении, тем более что имеются примеры ответственных производителей предизолированных труб, которые сумели в этих тяжелых финансовых условиях самостоятельно оснастить производство соответствующим оборудованием и обеспечить высокое качество своих изделий.

Здесь же хотелось бы обратить внимание на трубы с заводской пенополимерминеральной (ППМ) тепловой изоляцией, которая, являясь отечественной разработкой, менее популярна, чем иностранная технология с трубами в ППУ. Нами изучен опыт широкого применения труб в ППМ изоляции в некоторых регионах страны, например в г. Екатеринбурге. Имея несколько худшие показатели по удельной теплопроводности (на 15-20% по сравнению с ППУ изоляцией), такие трубы не требуют существенных затрат для начала производства (затраты на покупку оборудования ниже в десятки раз), и при сравнимой стоимости самих изделий прокладка трубопроводов в ППМ дешевле, чем в ППУ, за счет более низкой стоимости заделки стыков (в 2-3 раза). Кроме того, наличие прочного внешнего слоя самой ППМ изоляции, отсутствие наружной полиэтиленовой оболочки (необходимой для ППУ изоляции) позволяет вести прокладку непосредственно в лотках непроходных каналов и засыпкой грунта поверх труб, что очень удобно в условиях городской застройки.

Важно отметить следующее — в г. Екатеринбурге при бесканальной прокладке магистральные теплопроводы прокладываются в пенополиуретане (с более высоким уровнем теплоизоляции), а практически для всех разводящих и внутриквартальных сетей применяются трубы с ППМ тепловой изоляцией. Такое сочетание в применении различных видов предизолированных труб представляется весьма перспективным.

Новое о хорошо забытом «старом»

Чрезвычайно важной задачей для трубопроводов тепловых сетей является задача внедрения новых материалов для несущей (рабочей) трубы, с целью снижения повреждений от внутренней коррозии. Сегодня мы отмечаем значительный рост объемов прокладок труб из новых материалов — сшитого полиэтилена или из тонкостенной нержавейки в ППУ изоляции, которые выпускаются в виде длинных гибких рукавов. Такие трубы имеют несомненные преимущества: отсутствие промежуточных стыков и высокую технологичность при укладке. Однако, необходимо отметить и ограничения по выпускаемым диаметрам и температуре применения (в случае с трубами из сшитого полиэтилена — до 95 ОС), а также достаточно высокую стоимость.

К сожалению, из-за сложности проведения сварочных процессов при монтаже пока не оправдались в полной мере ожидания, связанные с применением в тепловых сетях труб из высокопрочного чугуна с шаровидным графитом (ВЧШГ).

В этой связи, особое значение приобретает применение в тепловых сетях новых трубных сталей, которые в максимальной степени удовлетворяли бы требованиям тепловых сетей. Достаточно отметить, что на сегодняшний день в стране нет ни одной марки стали, ни одного нормативного документа на металл или трубы, который бы максимально учитывал требования теплоснабжения. Конечно, 20-30 лет тому назад никто всерьез не задумывался об этих проблемах теплоснабжения. И в теплоснабжении привыкли лишь сетовать на плохие трубы, без глубокого изучения причин происходящего.

Мне могут возразить, что существуют технические условия (ТУ), выпущенные в 2005 г. Волжским трубным заводом (ВТЗ) и Выксунским металлургическим заводом (ВМЗ), на титульном листе которых написано, что они выпущены «для коммунального теплоснабжения». Но в этих нормативных документах речь идет о материалах «для нефтегазопрооводов» (Ст3, Ст20, Ст. 17Г1С, 17Г1СУ и т.п.), которые давно известны, широко применяются, но никогда не разрабатывались специально для теплоснабжения и в указанных выше нормативных документах никак не отражены особые требования для работы в тепловых сетях. Означает это только одно — на трубопрокатных заводах то, что «некондиция» для «нефтяников» и «газовиков», отправляется в тепловые сети, как говорится, — «на воду».

Но сегодня должно становиться ясно, что теплоснабжение — такая же важная отрасль как газо- и нефтедобыча, и теплоснабжению нужна своя «коммунальная трубная сталь», которая отвечала бы следующим требованиям — имела бы повышенную пластичность, высокие показатели свариваемости и циклической трещиностойкости, а также повышенную коррозионную стойкость.

Цена таких труб будет немного выше, но это не критично, т.к. обосновать экономически это очень легко: в окончательно построенном трубопроводе стоимость стальной трубы составляет 5-15% (в зависимости от диаметра). Значит, все остальное — это проектные, строительно-монтажные работы и т.п. И даже при возрастании стоимости самой трубы на 30-40%, стоимость трубопровода вырастет всего на 4-6%, но за счет увеличения срока службы теплопровода на несколько лет мы будем иметь существенный экономический эффект.

Самое замечательное, что ученые-металлурги прекрасно представляют себе, как этого добиться, а металлургические предприятия технически готовы к выпуску подобной продукции и заинтересованы (заявляю со всей ответственностью) в подобных заказах, конечно, при условии соответствующих объемов. Получается дело за нами — теплоснабженцам необходимо организоваться, необходимо решить вопрос: «Каким образом заинтересовать металлургические предприятия единым заказом на десяток (а лучше несколько десятков тысяч) тонн труб?», ведь

по отдельности даже крупные теплоснабжающие компании, как отдельный заказчик, металлургам не очень интересны.

Об эффективности диагностики теплопроводов

Теплоснабжение в рыночных условиях сегодня немыслимо без технической (приборной) диагностики трубопроводов. Сегодня крупные аварии случаются, к счастью, намного реже, чем в 90-е годы прошлого века. И задачи технической диагностики сегодня от простого анализа состояния или исследования ресурса теплосетей смещаются в сторону планирования и эффективного использования финансовых средств на ремонтные кампании.

Здесь очень важно отметить, что диагностика трубопроводов должна и может быть только комплексной. Это означает, что методы и способы диагностирования, различные по степени охвата, должны дополнять друг друга и таким образом получать наиболее достоверный результат.

В первую очередь, это широкое применение средств вычислительной техники и программного обеспечения для приведения в порядок технической документации на тепловые сети; для ведения статистического учета отказов и повреждений; для ведения баз различных данных и внедрения геоинформационных систем и, в конечном счете, для создания электронной модели схемы теплоснабжения.

На следующем этапе, особенно для крупных населенных пунктов, прекрасные результаты дает ежегодная тепловизионная аэрофотосъемка, которая по тепловыделениям позволяет выявить крупные участки наиболее аварийно-опасных участков тепловых сетей.

В дальнейшем, на третьем этапе с помощью инструментальной проверки можно сделать вывод о состоянии изоляции и несущей (рабочей) трубы, пригодности к дальнейшей эксплуатации или необходимости перекладки отдельных участков тепловых сетей. Для этих целей существует целый ряд методов (акустический, акустической эмиссии, диагностические снаряды и т.д.) и соответствующих приборов и оборудования, которые способны выявить как существующие повреждения теплопроводов, так и потенциально-опасные участки. Такие работы выполняют специализированные организации, а в ряде крупных компаний созданы собственные передвижные лаборатории, укомплектованные аналогичным собственным оборудованием и прошедшими обучение сотрудниками.

И на четвертом этапе необходимо создание групп диагностики в эксплуатационных районах, оснащенных акустическими течеискателями, компактными ультразвуковыми толщиномерами, контроллерами pH и т.д. Опыт подобной организации работы показал высокую эффективность.

Стандарты для теплоснабжающих организаций

В настоящее время в энергетике активно идет процесс реализации ФЗ № 184 «О техническом регулировании». В соответствии с этим законом и решением Правления РАО «ЕЭС России», специалистами ОАО «ВНИПИэнергопром» и НП «Российское теплоснабжение» ведется активная работа по разработке группы стандартов организации ОАО РАО «ЕЭС России» — «Системы теплоснабжения». В группу стандартов входят 10 стандартов организации, в которых, в свете нового законодательства, будут отражены вопросы создания, эксплуатации и технического обслуживания систем теплоснабжения и тепловых сетей, а также охрана труда, поставка оборудования и комплектующих, и условия предоставления тепла потребителям.

К этой работе удалось привлечь большой круг специалистов из ведущих научных и производственных организаций в области создания и эксплуатации систем теплоснабжения. Во многом затронутые здесь вопросы найдут свое отражение в разрабатываемых документах, которые в свою очередь должны стать базой для создания национальных стандартов в области теплоснабжения и в максимальной степени способствовать успешной работе теплоснабжающих организаций в современных рыночных условиях.

На основе имеющегося опыта мы готовы оказать помощь или разработать стандарты для теплоснабжающих организаций.

Источник