Теплоэнергетика способы решения проблемы

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

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 российской теплоэнергетики и их решения

Трудности, которые испытывает отечественная теплоэнергетика, становятся стимулами к смене подходов в сфере теплоэнергетики и её переходу на энерго- и ресурсосберегающие технологии. Однако в этой ситуации важен грамотный подход к решению актуальных задач.

Для России — государства, в котором в силу особенностей географического и климатического положения средняя продолжительность отопительного сезона составляет около 200 дней, а в Сибири и на Севере приближается к 300 — теплоэнергетика и теплоснабжение приобретают ключевую роль в обеспечении нормального функционирования экономики, а также при создании и поддержании комфортных условий жизни населения.

Большинство действующих сетей теплоснабжения, общая протяжённость которых в двухтрубном исчислении оценивается в 170 тыс. км, проектировались в советский период и представляют собой системы централизованного тепло- и водоснабжения с необходимостью технологического подсоединения к ТЭЦ, ТЭС или районным котельным. Спроектированы эти сети были в соответствии с требованиями, стандартами и экономическими реалиями того времени.

Современные изменившиеся условия — рост стоимости топлива, квалифицированной рабочей силы и обслуживающего персонала, переход к инвестиционной схеме развития теплоснабжения, увеличение количества аварий в сфере теплоэнергетики в период 1990-2000 годов, обновлённые экономические реалии — стали стимулами к смене подхода к сфере теплоэнергетики и переходу на энерго- и ресурсосберегающие технологии.

Основными проблемными факторами в современной теплоэнергетике Российской Федерации можно назвать:

1. Физический и моральный износ оборудования, включая образование отложений в поверхностях нагрева, недостаточную теплоизоляцию, отсутствие экономайзеров, неплотность газоходов, низкую эффективность работы оборудования.

2. Несовершенство используемых горелочных устройств.

3. Неточная, неполная или несвоевременная настройка теплового режима котлов.

4. Неоптимальность использованных тепловых схем и решений по состоянию на сегодняшний день.

Приведённые выше факторы характерны для нереконструированных объектов, доля которых в общем количестве действующих котельных достаточно велика.

Регулярные серьёзные аварии на тепловых сетях в конце 1990-х и начале 2000-х годов стали дополнительным стимулом для массового строительства небольших газовых котельных. По данным Министерства энергетики РФ, с 2000 по 2013 годы общее количество отопительных котельных в стране возросло с 68 тыс. до 74 тыс. единиц — почти на 9 %. Особенно значительно, с 47 тыс. до 57 тыс. единиц, выросло количество мелких котельных, что составляет прирост почти на 21 %. Число котельных, работающих на газе, увеличилось на 63 % (табл. 1). Несмотря на вводимые в эксплуатацию новые теплоэнергетические мощности, по оценкам экспертов физический и моральный износ характерен для 55 % котельных. Следовательно, потребность в реконструкции, модернизации или строительстве котельных остаётся по-прежнему на высоком уровне.

Современные жёсткие экономические условия и усиление требований к энергоэффективности со стороны государства ставят перед котлопроизводителями задачи инновационного развития ассортимента производимого оборудования.

Российский рынок промышленных водогрейных котлов, в том числе жаротрубных, в настоящее время изобилует предложениями как от отечественных производителей, так и иностранных. Причём доля последних в общей структуре рынка неуклонно снижается (рис. 1). Этому способствует, среди прочих факторов, и рост курсов валют, и качественное развитие отечественного котлостроения, и программа импортозамещения.

Структурные сдвиги в сегменте промышленного котлостроения очевидны, но в погоне за необходимым для качественного роста российской экономики развитием отечественной индустрии не следует отказываться от передовых мировых разработок.

Не все котлы, вопреки распространённому мнению, одинаковы. Сама технология производства жаротрубных котлов предполагает наличие жаровой трубы и дымогарных труб второго или, в случае трёхходовых котлов, третьего хода. У каждого производителя имеется своя уникальная, запатентованная технология изготовления, нюансы и «ноу-хау», копирование которых может обернуться претензиями со стороны законного правообладателя.

Рассмотрим для примера отличительные особенности водогрейных котельных установок Bosch. Начнём с того, что Bosch — производитель со 150-летней историей. Производство жаротрубных котлов Филиппа Лооса берет начало в далёком 1865 году, когда на заводе в немецком городе Нойштадт (область Пфальц, Германия) был произведён первый паровой котёл Loos.

В 1952 году компания Loos запатентовала горизонтальный трёхходовой жаротрубно-дымогарный котёл с внутренней огневой камерой дымовых газов с водяным охлаждением, в 1966 году первой в мире применила машину для кислородной резки металла, в 1980 году запустила в эксплуатацию оборудование для обработки листового металла с числовым программным управлением и электронный центр планирования производства, а в 2001 году установила первый сварочный робот для котлов с большим водяным объёмом, выполняющий полностью автоматизированную наружную сварку корпуса котла.

С 2009 года для компании Loos начался новый этап развития: 7 апреля 2009 года Bosch Thermotechnik GmbH подписала договор о приобретении 100 % акций Loos Deutschland GmbH. В результате интеграции появилось подразделение Bosch, специализирующееся на разработке, производстве и реализации системных решений в области промышленного котлостроения — Bosch Industriekessel, объединившее накопленные традиции, инновации и технологии двух известнейших брендов Loos и Buderus.

Технические особенности агрегатов Bosch

Bosch — это трёхходовые жаротрубные котлы с возможностью дополнительного оборудования их встроенным или отдельно стоящим экономайзером, а также конденсационным теплообменником.

Особенностями котлов Bosch являются следующие моменты:

• небольшие габариты (по сравнению с котлами других производителей) способствуют существенному сокращению капитальных затрат на строительство здания котельной;
• меньшее по сравнению с котлами других производителей водонаполнение способствует более быстрому выходу на номинальный режим, при холодном пуске котлы Bosch быстрее выходят из конденсационного режима, что исключает коррозию в дымогарных трубах и повышает долговечность котлов;
• высокая степень модулируемости нагрузки на котёл: допустимый минимальный уровень составляет 10 % от номинальной мощности котла, минимальная температура обратного потока составляет 50 °C, максимально допустимая разница между температурой обратного и прямого потока на входе и выходе котла — 50 °C;
• отсутствие турбулизаторов в дымогарных трубах: с одной стороны, наличие турбулизаторов способствует дополнительной передаче тепла дымовых газов теплоносителю, а с другой — существенно усложняет процесс регламентных технических работ и снижает срок службы оборудования, причём последнее происходит из-за того, что частички сажи оседают в местах соприкосновения турбулизатора и дымогарной трубы, что со временем приводит к сужению её диаметра, затрудняя тем самым проток теплоносителя и замедляя теплопередачу;
• уменьшение выбросов вредных веществ за счёт применения современных горелочных устройств и тщательного подбора сочетания котла и горелки;
• благодаря полностью открываемой дверце котла имеется возможность выполнения полного технического обслуживания, чистки и проведения ревизии;
• котлы дополнительно оснащены смотровыми люками, отверстиями контроля пламени, ответными фланцами, площадками обслуживания котла и взрывным клапаном.

Комплектация и качество оборудования Bosch

Bosch — это возможность поставки полностью укомплектованного модуля, включающего котёл, горелочное устройство, шкафы управления, системы обеспечения безопасности, теплообменник отработанных газов. Все компоненты проходят 100 % заводской контроль и идеально согласованы. Для улучшения экологических показателей возможна поставка котлов конфигурации LN, характерная особенность которых — предельно низкое значение выбросов оксидов азота вследствие увеличенных размеров топки котла.

С 2014 года Bosch является российским производителем котлов — на заводе, расположенном в городе Энгельс Саратовской области, выпускаются водогрейные жаротрубные котлы серии Unimat UT-L, которые имеют привлекательную конкурентоспособную цену. Производство оснащено новейшим технологическим оборудованием сварки и средствами автоматизации: изготовление котла начинается с процесса подачи листового металла со склада на плазменную резку. Данная операция выполняется с помощью магнитной траверсы, длина которой составляет 11 м. Плазменная резка имеет автоматизированную систему управления, которая по координатам определяет местоположение листа металла на столе. Раскрой выполняется автоматически с помощью специализированной программы. Детали после плазменной резки направляются на вальцовку, а затем на автомат сварки под флюсом. Данное оборудование также имеет автоматизированную систему управления с видеоконтролем. Работы по сборке котлов выполняются с помощью различных кантовательных механизмов, позволяющих оптимально расположить изделие для сварки.

Квалификация сварщиков, прошедших стажировку на заводах Bosch в Германии, подтверждена сертификатами международного сертификационного концерна TUV (немецкого Объединения технического надзора) и аттестатами национального органа по контролю сварки (НАКС). Ежегодно сварщики проходят переаттестацию, как в России, так и в Германии — образцы сварки каждого сотрудника пересылаются из Энгельса в офис головного предприятия Bosch Industriekessel в Гунценхаузен (Германия), где проходят соответствующие испытания на качество выполненного сварного шва.

Все специалисты завода прошли многомесячную стажировку на заводах Bosch Industriekessel в Австрии и Германии, в том числе сотрудники, отвечающие за проверку качества выпускаемой продукции.

Контроль качества на заводе организован в соответствии с едиными стандартами группы Bosch, а также нормами законодательства РФ на всех этапах производства — от входного контроля до 100 % контроля качества готовой продукции. Контроль качества сварных швов выполняется сначала визуально, а затем рентгеновским и ультразвуковым методами в соответствии с директивой DGRL (97/23 EG), а также нормами российских ГОСТ, РД и ПБ.

Гидравлические испытания 100 % котлов осуществляются на заводе-изготовителе в соответствии с европейской директивой DGRL (97/23 EG), касающейся установок под давлением, а также нормативными документами РФ. Стенд гидравлических испытаний работает в полностью автоматическом режиме. Результаты испытания заносятся в паспорт изделия и в электронный архив, туда же заносятся данные о сотрудниках, выполнивших каждый шов.

Менеджмент качества завода построен на требованиях стандарта ISO 9001 и TUV. Выпускаемая продукция сертифицирована в соответствии с требованиями технических регламентов Таможенного союза и поставляется в комплекте со всеми необходимыми сопроводительными документами. Гарантия на котлы российского производства — три года.

Кроме того, у Bosch есть собственный сервис промышленного котельного оборудования, осуществляющий авторский надзор, технические консультации при пусконаладке, настройке оборудования, гарантийное и послегарантийное обслуживание.

Возвращаясь к теме российской теплоэнергетики, хотелось бы отметить, что она является одной из самых значимых отраслей страны, обеспечивающей нормальную жизнедеятельность населения и прогрессивную экономическую деятельность промышленных предприятий. Ориентированность на инновационные, энергосберегающие технологии способствует повышению эффективности теплоэнергетики в целом и использованию первичных ресурсов в частности.

Ежегодные потребности населения России в тепле и горячем водоснабжении обеспечивают около 30 тыс. компаний, работающих в сфере теплоснабжения. Большая часть основных фондов изношена, нуждается в реконструкции, модернизации или полной замене. Выбирая надёжные технологии, мы делаем гарантированную инвестицию в будущее.

Источник