Энергетические объекты городов - основной техногенный фактор воздействия на биосферу

Энергетика современного города представляет собой сложную многоуровневую иерархическую систему, предназначенную обеспечить комфортные условия проживания населения, а также нормальное функционирование расположенных на его территории промышленных производств, предприятий и учреждений. Лишь на основе надежно и эффективно работающей системы обеспечения города необходимой энергией и энергетическими ресурсами возможны его жизнь и развитие как единого территориального комплекса. Все это связано с понятиями "производство" и "потребление" энергии, которые входят в общее понятие "энергетики".

Энергетические объекты являются одним из главных факторов жизнеобеспечения города. В то же время они оказывают наибольшее негативное воздействие на окружающую природную среду из всех промышленных объектов. Это воздействие сказывается как в пределах городской территории, так и в окрестностях города.

Структура и тенденции развития энергоснабжения

Энергию в свободной форме невозможно накапливать на сколько-ни- будь длительное время. Поэтому процессы производства и потребления энергии должны совпадать во времени или следовать непосредственно друг за другом и быть связаны между собой звеном передачи. Это оказывает большое влияние на характер производственных, технических и экономических связей энергетики с другими отраслями материального производства, на структуру и формы развития собственно энергетики и систем энергоснабжения.

Энергоснабжение — совокупность последовательных процессов производства, передачи и использования энергии.

Система энергоснабжения — совокупность установок и устройств, предназначенных для целей энергоснабжения.

Цепь превращения энергии. На практике часто используется термин "виды энергии", под которым понимаются различные источники энергии или виды топлива.

Топливо — горючее вещество, которое экономически целесообразно использовать для получения значительного количества теплоты.

Теплота сгорания — количество теплоты, выделяющееся при полном сгорании топлива. Различают высшую Q^ и низшую Q^ теплоту сгорания (теплотворную способность топлива).

Высшая — теплота сгорания, выделяющаяся при сгорании 1 кг твердого, жидкого или 1 м3 газообразного топлива при превращении водяных паров, содержащихся в продуктах сгорания, в жидкость. Низшая теплота сгорания меньше высшей на величину парообразования влаги, имеющейся в топливе (Wp) или образующейся в результате сгорания водорода топлива (9 Нр).

Условное топливо как понятие используется для сравнительных расчетов

Условное топливо — топливо, теплота сгорания которого принята равной 29,35 МДж/кг (7000 ккал/кг). Перевод действительного количества топлива в условное производится умножением количества данного топлива на его эквивалент Э = QP /29,35.

Основными природными (первичными) топливно-энергетическими ресурсами (ТЭР), на которых базируется современная энергетика, являются ископаемое топливо (угли, торф, нефть, сланцы, горючие газы), продукты его переработки (моторное топливо, мазут, брикеты), водяные потоки (реки), ядерное горючее (уран, торий). Существуют и другие виды топлива или источники энергии, например, биомасса, энергия солнца, энергия ветра, энергия волн, гидроресурсы, геотермальная энергия. Это возобновляемые, наиболее экологически чистые, так называемые альтернативные источники энергии.

Видом потребляемых ресурсов определяются направления развития энергетики: теплоэнергетика, использующаяся ТЭР и определяющая масштабы топливодобывающей промышленности; гидроэнергетика, развивающаяся на базе гидроэнергетических ресурсов как отрасль по комплексному использованию водных запасов страны; атомная энергетика, основанная на преобразовании внутриядерной энергии в другие виды; ветроэнергетика, ге-лиоэнергетика и др.

Все эти виды топлива представляют первичные энергетические ресурсы и образуют первое звено цепи превращения энергии — энергетической цепочки (рисунок 7.1). На диаграмме представлен путь от источника энергии до ее конечного потребления. Например, сырая нефть, добываемая из земли, является первичным источником энергии, но имеет ограниченное применение. Она может быть преобразована в более калорийные вторичные источники энергии, такие как бензин, газ, нефть, мазут, тяжелое дизельное топливо и т.д. Подобная обработка связана с определенными потерями энергии. Доведение вторичной энергии до потребителя также сопряжено с дополнительными потерями энергии на транспортирование и распределение. На заключительном этапе энергоноситель преобразуется для получения>полезной энергии й подачи ее в пункт потребления. Например, в процессе сжигания мазута в топке отопительной котельной получаем теплоносители (водяной пар, горячую воду), подаваемые, в частности, на отопление и горячее водоснабжение городских объектов.

Рисунок 7.1. Структура энергоснабжения

Основными видами продукции энергетического производства являются электрическая и тепловая энергия, в форме которых происходит потребление энергетических ресурсов на конечной стадии их использования. Устройства, на которых энергия природных энергетических ресурсов преобразуется в другие виды энергии, называются энергогенерирующими (или энергогенераторами), а использующие преобразованные виды энергии — энергоприемниками (потребителями или абонентами).

Таким образом, исходя из задач энергоснабжения и цепи превращения энергии, любая система энергоснабжения базируется на определенных энергетических ресурсах и включает в себя три главных элемента: источник энергии (энергогенератор), сети (распределительные и транспортные) и энергоприемник (потребитель, абонент).

Структура передаточных звеньев в системе определяется уровнем концентрации и централизации энергоснабжения.

Концентрация — процесс сосредоточения производства энергии на крупных энергетических предприятиях, т.е. увеличение единичной мощности и производительности энергетических установок и оборудования. Концентрация — важнейший фактор совершенствования технической базы и повышения эффективности производства.
Централизация — объединение потребителей энергии едиными для них энергетическими сетями и источниками энергии, определяемое, в первую очередь, неразрывностью во времени процессов производства и потребления энергии. Централизация в энергетике — форма рациональной организации энергоснабжения потребителей.

Концентрация и централизация энергоснабжения увеличивают дальность передачи энергии

Это связано с дополнительными затратами и потерями энергии в распределительной системе. Снизить эти потери и увеличить дальность транспортирования позволяет повышение потенциала энергоносителей, используемых для передачи и распределения энергии.

Основной формой энергоснабжения в Украине являются централизованные системы. Объединяя энергогенерирующие установки, трансформирующие и распределяющие устройства и энергоприемники, они характеризуются общностью принципов формирования и режима работы всех звеньев, взаимозависимостью процессов производства, распределения и использования энергии.

Топливно-энергетический комплекс Украины. С принципами концентрации и централизации связано объединение энергетики и отраслей топливодобывающей и перерабатывающей промышленности в единый топливно-энергетический комплекс (ТЭК). ТЭК Украины — один из самых крупных и четко выраженных комплексов национальной экономики, представляющий собой единую систему энергоснабжения страны и охватывающий совокупность процессов производства, преобразования, транспорта и распределения топливно-энергетических ресурсов.'Главной целью функционирования ТЭК является эффективное и надежное обеспечение всех потребностей народного хозяйства Украины энергией необходимого качества (электрической и тепловой, а также в виде тех или иных энергоносителей и рабочего тепла).

Электроэнергетика, или энергетическая промышленность, Украины охватывает совокупность процессов по производству, транспорту и распределению электрической и тепловой энергии, реализуемых атомными электростанциями (АЭС), тепловыми электростанциями на органическом топливе (ТЭС, ТЭЦ), гидравлическими (ГЭС), гидроаккумулирующими (ГАЭС) электростанциями и котельными, подведомственными Министерству энергетики Украины (Минэнерго); линиями электропередач, электрическими и тепловыми сетями Минэнерго; электростанциями, котельными и утилизационными установками ведомственных организаций и предприятий; распределительными электрическими и тепловыми сетями, не принадлежащими Минэнерго; энерго и топливно-сбытовыми организациями.

Кроме перечисленных мощных источников тепловой и электрической энергии (как правило, системы Минэнерго), существует значительное число малых систем теплоэлектрогенерирования, которые рассредоточены по городам, населенным пунктам и различным отраслям промышленности. Это районные отопительные и отопительно-производственные котельные, заводские ТЭС, ТЭЦ и котельные, промышленные печи, бытовые энергоустановки, предназначенные для обслуживания нескольких зданий и сооружений, индивидуальных построек, коттеджей, частных домов и т.д. Все эти энергогенерирующие источники имеют признаки отдельной отрасли со своей продукцией в виде тепловой и электрической энергии, со своими потребностями в топливе, оборудовании, материалах, инвестициях и т.д. И, естественно, со своим, иногда весьма существенным, вкладом в обострение экологической обстановки. По сути, это своеобразный топливно-энергетический комплекс, который принято называть малой энергетикой. К числу объектов нетрадиционной малой энергетики можно отнести также установки и сооружения, использующие солнечную энергию, энергию ветра, геотермальную энергию, биомассу, низкопотенциальную энергию и т.д.

Объемы производства малой энергетики сопоставимы с производством энергии на крупных электростанциях. Так, в 1992 г. объектами коммунальной энергетики использовано более 65 млн т условного топлива (т.у.т.) и выработано порядка 250 ПДж тепловой энергии. Для сравнения, всеми тепловыми электростанциями Украины в том же году произведено 324 ПДж тепловой энергии и израсходовано около 80 млн т.у.т.

Топливная промышленность Украины охватывает совокупность процессов по добыче природных видов топлива и их переработке (сортировка, обогащение, непосредственно переработка), реализуемых угольной, газовой, нефтедобывающей, нефтеперерабатывающей, торфяной и атомной промышленностями.

Постоянное наращивание на протяжении многих десятилетий объемов производства ресурсоемкой и энергоемкой продукции привело к тому, что Украина превратилась из экспортера топливных ресурсов в импортера. В то же время энергоемкость валового внутреннего продукта Украины в 2 — 4 раза выше среднего значения в европейских странах.

Структуру энергоснабжения городов формируют потребители энергии и энергопотребляющие процессы.

К потребителям энергии относят жилые здания, предприятия и учреждения коммунально-бытового обслуживания и хозяйства, предприятия общественного питания, связи, учреждения просвещения, здравоохранения, культуры, искусства, спорта, административно-хозяйственные, учебные, научные, общественные и другие организации.

В городском коммунальном хозяйстве потребление энергии обеспечивает силовые и тепловые процессы (высокотемпературные, средне- и низкотемпературные), освещение и потребление энергии на культурно-бытовые нужды. Практически во всех городах Украины на базе городских коммунальных и районных электростанций и котельных установок разного типа сложилась система централизованного электроснабжения и теплоснабжения населения.

Следующей важной системой энергоснабжения городов является система газоснабжения. Газификация городов получила широкое развитие в 50-е годы XX века. Благодаря газификации обеспечивается централизация топливоснабжения высокотемпературных процессов в быту, общественном и промышленном секторе. Перевод местных тепловых установок всех видов на газообразное топливо способствует оздоровлению воздушного бассейна и улучшению общего экологического и санитарного состояния городов.

Развитие энергетики городов на современном этапе характеризуют следующие основные тенденции:

повышение удельного расхода энергоресурсов на нужды городского хозяйства;
опережающие темпы роста электропотребления по отношению к темпу роста потребления ТЭР в целом;
сокращение доли непосредственного использования топлива за счет повышения роли преобразованных видов энергии в удовлетворении энергетических потребностей городов;
улучшение экологических показателей производства энергии и энергоиспользования;
повышение уровня газификации и увеличение доли природного газа в топливно-энергетическом балансе городов;
рост концентрации потребления энергии в больших городах, выражающийся в повышении энергетической плотности нагрузки на 1 км2 городской территории и удельного расхода ТЭР на одного жителя;
сочетание преимущественно централизованного электроснабжения с децентрализованным теплоснабжением; дальнейшее развитие газоснабжения городов путем»совершенствования структуры и схемы распределительных сетей, улучшения их параметров, модернизации работы городского хозяйства.

Хотя в сравнении с другими вицами энергии нетрадиционные пока играют малую роль, наблюдается также четкая тенденция постепенного развития ветроэнергетики (северное побережье Европы, Калифорния, юг Украины), гелиоэнергетики (Нидерланды, США, Япония).

Так как в настоящее время основой энергоснабжения городов является централизованная выработка практически всех энергоресурсов, то необходимо рассмотреть перспективы развития определяющей составляющей ТЭК — электроэнергетики.

Обеспечение надежного и стабильного энергоснабжения народного хозяйства Украины электрической и тепловой энергией при значительном уменьшении вредного воздействия на окружающую природную среду осуществляется:

путем технического перевооружения и реконструкции действующих электростанций, электрических и тепловых сетей;
освоением новых технологий сжигания углей путем создания соответствующего оборудования и парогазовых установок, в том числе с внутренней газификацией углей;
введением в число действующих энергоблоков АЭС высокой и средней степени готовности; дальнейшим развитием гидроэнергетики путем освоения гидроресурсов Западной Украины и модернизации малых ГЭС, а также строительства ГАЭС;
дальнейшим развитием теплофикации с комбинированной выработкой тепловой и электрической энергии на ТЭЦ;
созданием в Украине полного ядерного топливно-энергетического цикла; ориентацией на обеспечение энергетическим оборудованием отечественного производства;
созданием необходимых условий для полного и своевременного обеспечения ТЭС украинским углем; расширением объемов использования нетрадиционных и возобновляемых источников энергии.