![](/user_photo/_userpic.png)
YpKBnaq101
.pdfФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ МУРМАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ПЕДАГОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
И.П.КОНОВАЛОВА
ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЕ
Курс лекций
МУРМАНСК
2009
УДК
ББК
Печатается по решению редакционно-издательского совета Мурманского государственного педагогического университета.
Автор: |
Ия Петровна Коновалова, кандидат педагогических наук, |
|
доцент кафедры физики и методики обучения физике |
|
Мурманского государственного педагогического |
|
университета. |
Рецензенты: Н.Н. Морозов, доктор технических наук, профессор кафедры физики и методики обучения физике Мурманского государственного педагогического университета.
Т.А.Кожевникова, кандидат педагогических наук, доцент, заместитель директора по научной работе ЧОУ ВПО «Балтийский институт экономики политики и права».
Коновалова И.П.
Энергосбережение: курс лекций: Учебное пособие. - Мурманск: МГПУ, 2009. - 107 с.
Предлагаемый конспект лекций представляет собой краткое содержание курса лекций по выбору, который читается студентам 5-го курса физико-математического факультета. Объем курса включает в себя теоретическое описание процессов утилизации высокотемпературных и низкотемпературных тепловых отходов, горючих вторичных энергоресурсов и вторичных энергоресурсов избыточного давления, методов расчета энерготехнологических агрегатов, вопросы энергосбережения в энергетике, газовой отрасли и в котельных.
Учебное пособие предназначено для студентов МГПУ, преподавателей средних школ, лицеев и гимназий. Учебное пособие так же можно использовать при подготовке популярных лекций, проведении внеклассных мероприятий с учащимися, разработке элективных курсов, предлагать учащимся фрагментами на уроках по физике.
Печатается в авторской редакции.
2
Мурманский государственный Педагогический университет (МГПУ), 2009
Коновалова И.П..
ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение…………………………………………………………………………………… |
5 |
1. Энергосбережение……………………………………………………………………… |
7 |
2.Энергоаудит…………………………………………………………………………….. 14
3.Журнал «Энергосбережение»…………………………………………………………. 19
Лекция 1. Энергосберегающие технологии…………………………………………... 20
1.Основные понятия и определения…………………………………………………….. 20
2. Энергосберегающие технологии и их актуальность……………………………….... 21
3.Топливо. Основные современные виды топлива…………………………………...... 23
4.Пути рационального использования электроэнергии………………………………... 23
5.Правила энергосбережения…………………………………………………………….. 26
Лекция 2. Традиционные способы получения электрической энергии………….. 28
1.Тепловая электростанция………………………………………………………………. 28
2.Гидроэлектрическая станция…………………………………………………………... 30
3.Приливная электростанция…………………………………………………………….. 32
4.Атомная электростанция……………………………………………………………….. 36
Лекция 3. Состояние и перспективы использования нетрадиционных и |
40 |
|
возобновляемых источников энергии…………………………………………………. |
|
|
1. |
Традиционные и нетрадиционные источники энергии………………………………. |
40 |
2. |
Основные объекты нетрадиционной энергетики |
43 |
России……………………………... |
|
|
Лекция 4. Транспортирование и потребление тепловой и электрической |
47 |
|
энергии…………………………………………………………………………………… |
|
|
1. |
Регулирование, контроль и учет потребления энергоресурсов……………………… |
47 |
Лекция 5. Экологические проблемы использования нетрадиционных и |
49 |
|
возобновляемых источников энергии…………………………………………………. |
|
|
1. |
Проблема взаимодействия энергетики и экологии…………………………………… |
49 |
2.Экологические последствия солнечной энергетики………………………………….. 50
3.Влияние ветроэнергетики на природную среду………………………………………. 51
4.Возможные экологические проявления геотермальной энергетики………………... 55
5. |
Экологические последствия использования энергии океана………………………… |
57 |
6. |
Экологическая характеристика использования биоэнергетических установок……. |
58 |
Лекция 6. Современные высокоэффективные автономные энергосберегающие |
59 |
|
системы отопления………………………………………………………………………. |
|
|
Лекция 7. Основы энергосбережения в системах электроснабжения…………….. |
62 |
|
1. |
Основные организационные и технические мероприятия энергосбережения……… |
62 |
2. |
Основные мероприятия энергосбережения в системах электроснабжения |
63 |
предприятий………………………………………………………………………………... |
|
|
3. |
Основы экономии электроэнергии при проектировании и эксплуатации |
64 |
электроустановок………………………………………………………………………….. |
|
4.Энергосбережение в зданиях и сооружениях…………………………………………. 66
5.Тепловая изоляция трубопроводов, зданий и сооружений………………………….. 69
6. |
Изоляционные характеристики остекления и стеклопакеты………………………… |
71 |
7. |
Повышение эффективности систем отопления………………………………………. |
72 |
3
8.Автономные энергоустановки…………………………………………………………. 76
9.Бытовые приборы регулирования и учета потребляемых энергоресурсов…………. 77
10.Эффективное использование электробытовых приборов………………………….. 78
Лекция 8 . Экономика энергосбережения…………………………………………….. 79
1.Анализ мирового опыта энергосбережения………………………………………….. 79
2.Нерациональная энергетическая политика в России…………………………………. 84
3. |
Выбор приоритетов в энергетической политике…………………………………… |
86 |
4. |
Федеральная целевая программа «Энергосбережение России»…………………… |
87 |
Лекция 9. Роль России в мировом топливно-энергетическом |
91 |
|
комплексе (ТЭК)…………………………………………………………………………. |
|
|
1. |
Тенденция развития и структура мирового ТЭК…………………………………… |
92 |
Лекция 10. Перспективы мирового ТЭК и роль России…………………………… |
94 |
|
1. |
Геополитические и геоэкономические предпосылки функционирования ТЭК |
94 |
России………………………………………………………………………………………. |
|
|
2. |
Тенденция энергопотребления в мире………………………………………………… |
95 |
Заключение…………………………….………………………………………………….. |
102 |
4
![](/html/65386/1825/html__BiJxXvUGQ.BUDU/htmlconvd-RUR0u55x1.jpg)
ВВЕДЕНИЕ
Известно ли Вам, что за счет простой экономии количество потребляемой в России энергии можно уменьшить на 40%? Другими словами, впустую у нас расходуется почти половина потребляемой электроэнергии.
Прискорбно, но факт: наша страна – одна из самых расточительных в мире. Потенциал энергосбережения России сравним с объёмом всей экспортируемой нами нефти и нефтепродуктов. «Утечки» происходят и в самом топливно-энергетическом комплексе (из-за из за низкого КПД установок), и в промышленности (в основном, по причине износа оборудования), а также в секторе ЖКХ. На этот сектор приходится почти треть всех потерь – 110 миллионов тонн условного топлива. Значительное количество потерь энергии в ЖКХ происходит из-за пренебрежительного отношения к экономии тепла и электричества со стороны потребителей, то есть нас с вами.
Тепло из квартир уходит через окна (они нагрелись и отдают тепло).
Однако |
верхушки |
окон |
окрашены |
в |
белый |
цвет |
- |
особенно |
в районе |
форточек, |
что говорит о |
прямых |
потерях. |
Причина - часть форточек открыта. Подсчитано, что до 70% теплопотерь здания происходит через окна и двери. Из-за того, что в наших квартирах нет современной системы регулирования тепла, а батареи часто «жарят» на всю катушку, мы, для снижения температуры в комнатах, вынуждены открывать настежь форточки. При этом тепло выходит еще и через неутепленные окна. В итоге, на обогрев одного квадратного метра в России расходуется в пять раз больше топлива, чем в Швеции, не менее холодной стране.
В больших городах у нас ежедневно забывают или ленятся гасить сотни тысяч осветительных приборов. И за день набегают уже не килограммы, а десятки тонн потраченного напрасно топлива. Кстати, то же касается водопотребления. Текущие и незакрытые краны - тоже, увы, не редкость.
5
![](/html/65386/1825/html__BiJxXvUGQ.BUDU/htmlconvd-RUR0u56x1.jpg)
За свет и тепло мы платим не только деньгами, но и парниковыми газами, которые выделяются в атмосферу и влияют на климат.
Правильное отопление в доме в конечном счете тоже зависит от потребителя. До тех пор пока мы сами не начнем требовать установить в квартире теплосчетчики, регуляторы подачи тепла, отремонтировать окна в подъездах и ввести оплату по реальным показателям потребления тепла, ДЕЗы и все, от кого зависит предоставление услуг в ЖКХ, так и будут выставлять счета за чьи-то потери.
Европейцы стараются снизить энергозатраты всеми возможными способами. Мы же не считаем нужным так мелочиться. Почему? Может, мы богаче европейцев? Скорее всего, дело просто в отсутствии элементарной хозяйственности. Мало кто задумывается, что сто 75ваттных лампочек, работающих вхолостую, за час «съедают» несколько килограммов угля или нефти, попутно загрязняя природную среду вредными веществами.
Между тем, простая замена привычных источников света на их энергосберегающие аналоги сократит расходы на свет в 5 раз. Если же подойти еще более основательно – использовать энергосберегающие холодильники, телевизоры, стиральные машинки и т.п. – потребление электроэнергии можно снизить еще больше.
Между тем, простая замена привычных источников света на их энергосберегающих родственников сократит расходы энергоресурсов в 5 раз. Если же брать по крупному – использовать энергосберегающие холодильники, телевизоры, стиральные машинки и т.п. - расходы потребления электроэнергии в каждой квартире можно снизить в два (!) раза.
Люминесцентные лампы, регуляторы подачи тепла и счетчики помогают нам беречь энергию
Вкрутить энергосберегающую лампочку и устанавливать водосчетчик стоит вовсе не для того, чтобы не дать «нажиться» энергетическим монополистам. Экономя ресурсы, мы заботимся, прежде всего, о будущем нашей страны, о будущем планеты и наших детей.
6
1. Энергосбережение.
Энергосбережение — реализация правовых, организационных, научных, производственных, технических и экономических мер, направленных на эффективное (рациональное) использование (и экономное расходование) топливно-энергетических ресурсов, вовлечение в хозяйственный оборот возобновляемых источников энергии (источник определения (с небольшими изменениями).
Топливно-энергетические ресурсы (ТЭР) — совокупность различных видов топлива и энергии (продукция нефтеперерабатывающей, газовой, угольной, торфяной и сланцевой промышленности, электроэнергия атомных и гидроэлектростанций, а также местные виды топлива), которыми располагает страна для обеспечения производственных, бытовых и экспортных потребностей.
Энергосбережение — важная задача по сохранению природных ресурсов. В настоящее время наиболее насущным является бытовое энергосбережение (энергосбережение в быту), а также энергосбережение в сфере ЖКХ. Препятствием к его осуществлению является сдерживание роста тарифов для населения на отдельные виды ресурсов (электроэнергия, газ), отсутствие средств у предприятий ЖКХ на реализацию энергосберегающих программ, а также отсутствие массовой бытовой культуры энергосбережения. Актуальным так же является обеспечение энергосбережения в агропромышленном комплексе.
Начало процессу формирования принципов и механизмов государственной политики в области энергосбережения РФ было положено выходом в свет постановления Правительства Российской Федерации «О неотложных мерах по энергосбережению в области добычи, производства, транспортировки и использования нефти, газа и нефтепродуктов» (№ 371 от 01.06.92 г.) и одобрением в этом же году Правительством РФ Концепции энергетической политики России. В апреле 1996 г. был принят Федеральный закон № 28-ФЗ «Об энергосбережении».
Развитие человеческого общества всегда было связано с расширением использования энергетических ресурсов. За предыдущее
7
![](/html/65386/1825/html__BiJxXvUGQ.BUDU/htmlconvd-RUR0u58x1.jpg)
столетие мировое энергопотребление увеличилось более чем в 5 раз и достигло 12 млрд. тонн условного топлива в год. Прирост мирового энергопотребления за десятилетний период с 1963 по 1972 гг. составил 2,6 млрд. т у. т., а за последующий десятилетний период – всего 1,7 млрд. т у. т., или в полтора раза меньше. Особенно резко снизились темпы прироста энергопотребления в промышленно развитых странах. Средний ежегодный прирост потребления в мире составил 1,7 % в год, а в США – 0,4 %, в странах Западной Европы – 0,25 %.
Многие страны уже миновали период расточительного использования энергетических ресурсов и встали на путь энергосбережения и одновременно с этим повышения качества использования энергии (табл. 1). Например, Япония применяет для контроля за эффективным использованием энергии беспроводные сенсорные сети.
|
20 |
|
|
|
|
|
|
|
|
16 |
|
|
|
|
|
|
|
у.т. |
12 |
|
|
|
|
|
|
|
т |
|
|
|
|
|
|
|
|
млрд |
8 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
4 |
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
1950 |
1960 |
1980 |
1985 |
1990 |
2000 |
2010 |
2020 |
Рис. 1. Добыча энергоресурсов в мире
Таблица 1 Мировое потребление энергетических ресурсов1950-2020 г. [1]
Показатель |
1950 |
1960 |
1970 |
1980 |
1985 |
1990 |
2000 |
2010 |
2020 |
Потребление |
2,85 |
4,35 |
6,44 |
10,10 |
10,90 |
12,20 |
13,00 |
15,50 |
19,00 |
энергоресурсов, |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
млрд. у.т. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Процент |
- |
5,30 |
4,80 |
5,70 |
1,58 |
2,30 |
− |
Прог- |
Прог- |
прироста |
|
|
|
|
|
|
|
ноз |
ноз |
потребления, % |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Переломным в изменении темпов прироста потребления стал 1970 г., когда произошло резкое изменение мировых цен на нефть, и промышленно развитые страны приступили к реализации энергосберегающих программ.
8
![](/html/65386/1825/html__BiJxXvUGQ.BUDU/htmlconvd-RUR0u59x1.jpg)
Экспертная оценка мирового потребления коммерческих энергоресурсов за период 1860-1990 гг. представлена в табл. 2. Электроэнергия как первичный энергоресурс (табл. 2) произведена на гидравлических, атомных и геотермальных электростанциях. Структуру мирового баланса энергоресурсов наглядно можно представить, если годовое потребление выразить в процентах от суммарного потребления топлива. Тогда становятся заметны долгосрочные тенденции (рис. 2).
|
100 |
|
|
|
|
|
|
80 |
|
|
|
|
|
Проценты |
60 |
|
|
|
|
прочие |
|
|
|
|
газ |
||
|
|
|
|
|
||
40 |
|
|
|
|
нефть |
|
|
|
|
|
уголь |
||
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
20 |
|
|
|
|
|
|
01860 |
1900 |
1920 |
1940 |
1960 |
1970 1980 1985 1990 |
|
|
Рис. 2. Мировой баланс энергоресурсов |
Баланс показывает коренные, глубокие сдвиги, происходящие в энергетике ХХ века. В течение длительного времени нарастание использования нефтепродуктов, вызванное интенсивной «моторизацией» человеческого общества в автомобильном, морском, воздушном транспорте и других видах нестационарной энергетики, казалось неудержимым, однако тенденция последнего десятилетия свидетельствует об интенсивном использовании газа и угля за счет доли нефти.
|
|
|
|
|
Таблица 2 |
|
Мировое потребление энергоресурсов |
|
|||
|
|
|
|
|
|
Годы |
Уголь, |
Нефть, |
Газ, |
Электро- |
Прочие, |
|
млн. т |
млн. т |
млн. м3 |
энергия, |
млн. т |
|
|
|
|
млн. кВт ч |
|
1860 |
246 |
- |
- |
- |
440 |
1900 |
1350 |
26 |
7,3 |
28 |
560 |
1920 |
2350 |
123 |
22 |
86 |
670 |
1940 |
3300 |
494 |
88 |
200 |
780 |
1960 |
3810 |
1160 |
423 |
860 |
780 |
1970 |
3930 |
2590 |
1058 |
1390 |
720 |
1980 |
5090 |
4110 |
1423 |
1660 |
670 |
1985 |
5590 |
4170 |
1530 |
2590 |
590 |
9
1990 |
6280 |
4220 |
1920 |
3300 |
560 |
Вместе с изменениями структуры энергетического баланса в мире наблюдается увеличение неравномерности производства и потребления энергоресурсов различными регионами. Такие страны, как США, Япония, страны Западной Европы, занимая менее 10 % территории, при населении менее 20 % производят более 50 % мирового промышленного продукта, почти 65 % электроэнергии и потребляют более 55 % природных энергетических ресурсов.
Основным источником энергии для человечества является органическое топливо, и в ближайшем будущем эта ситуация вряд ли изменится. Достигнутое значение потребления топлива в 14-15 млрд. т у.т. не может быть обеспечено за счет других нетрадиционных источников энергии. Так запас всех гидроресурсов мира составляет 7,2 млрд. т у.т., а его использование связано с огромными капитальными затратами на сооружение ГЭС. Использование солнечной энергии ограничивается низким КПД преобразования, высокой стоимостью преобразователей и резкой суточной неравномерностью солнечного излучения, требующей создания мощных накопителей электроэнергии. Созданная в Крыму гелиоэлектростанция занимает площадь 40 га и имеет электрическую мощность всего 5 МВт. Использование всей энергии ветра на планете эквивалентно всего лишь 2,8 млрд. т у.т., а использование геотермальной энергии - 1 млрд. т у. т.
Энергетический потенциал СССР во многом складывался благодаря неисчерпаемым ресурсам Российской Федерации, которая занимала ¾ всей территории бывшего Советского Союза, на которой в 1990 г. проживало около 53 % населения страны.
В настоящее время и на долгие годы Россия обеспечена собственными энергетическими ресурсами:
-37 % разведанных мировых запасов природного газа, 13 % нефти, 19 % угля, 14 % урана сосредоточено на ее территории;
-по технически реализуемому потенциалу гидроэнергетических ресурсов (около 1700 млрд. кВт ч) уступает только Китаю;
-мощные трубопроводные системы – единая газоснабжающая и единая нефтеснабжающая системы в основной своей части охватывают территорию России;
-значительная часть российского потенциала природных энергетических запасов находится в Сибири: более 80 % природного газа и около 75 % нефти [1] (табл. 3).
Вмировом производстве топливно-энергетических ресурсов Российская Федерация в 1990 г. занимала первое место в мире по добыче природного газа (30 % мировой добычи) и нефти – 17 %, второе место по выработке электроэнергии – 9 % и четвертое по добыче угля – 8 % [1].
10