Рациональное использование энергии. Экономия энергии. Рекуперация тепла
В промышленности и на транспорте (управляемое электроникой впрыскивание топлива, переключение цилиндров в зависимости от хода поршня и нагрузки) уменьшает энергопотребление и выбросы вредных веществ. Рекуперация тепла издавна используется в технике и ремесле.
В быту отработанное тепло используется в тепловых насосах их КПД весьма высокий. Насосы отбирают низкотемпературное тепло окружающей среды и повышают его температуру до необходимого уровня, работая по принципу обращения холодильного цикла.
В термодинамическом процессе на привод двигателя расходуется ровно столько энергии, чтобы "докачать" тепло окружающей среды до 50 °. Поскольку теплопотери двигателя внутреннего сгорания можно использовать в другом процессе, КПД отнесенный к первичной энергии, может превысить 100%. Децентрализация энергоснабжения предусматривает генерацию энергии на основе малых технологий (солнечные коллекторы, мини-гидроэлектростанции, биотехнологая) и ее более эффективное использование с привлечением вторичного тепла тепло электростанций и двигателей для дальних и ближних теплосетей (сопряжение производства электроэнергии и тепла, блочные теплоэлектростанции).
На традиционных теплостанциях, генерирующих электроэнергию, достигают КПД 30 — 45%, это означает потерю исходной первичной энергии в 55 — 70% (в ФРГ это больше, чем потребляют все частные хозяйства). Использование вторичного тепла не только снижает термическую нагрузку на водоемы, но и уменьшает выбросы в атмосферу в результате сокращения расхода сжигаемых первичных энергоносителей. Основной способ использования отработанного тепла и тепла окружающей среды — сопряжение производства электроэнергии с отоплением, при котором производство электроэнергии неразрывно связано с теплоцентралями.
На тепло станциях, обеспечивающих отопление (сопряжение производства тепла с производством электроэнергии).
Около 25% первичной энергии преобразуется в электроэнергию, а 40% — в потребляемое тепло. Расположенные вблизи от потребителя блочные теплостанции исключают дальнее транспортирование энергии. Двигатели, работающие на природном газе или дизельном топливе, приводят во вращение электрогенераторы, дающие ток. Тепло на отопление поставляется с нагретой водой охлаждения двигателя и отбирается у выхлопных газов.
В ФРГ около 2/3 потребляемой энергии расходуется на отопление с постоянной тенденцией к более экономному использованию энергии и изменению структуры промышленности (. Б, Е, технологическое тепло). Благодаря разъяснительной работе ненужный расход энергии может быть сокращен, если люди поймут, что 85 часов бритья электробритвой, 17 часов горения 60-ваттной лампочки и 2 — 3 мин стояния под душем обходятся в 1 кВт ч электроэнергии. Обращение к облагороженным энергоносителям (мазут вытеснил твердые топлива, природный газ заменил мазут, а электроэнергия — природный газ) повысило уровень преобразования энергии.
Тенденция может быть наглядно продемонстрирована на примере немецкого железнодорожного транспорта: смена паровозов с низким КПД на дизель и электровозы. Технологические мероприятия помогают снизить энергопотребление благодаря теплоизоляции зданий, стоящих преимущественно отдельно (усовершенствование отопления — 32%, окна — 28, стены — 18, крыша — 16%).
Предписания по снижению теплопотерь требуют улучшения теплоизоляции новостроек. При оптимальной ориентации поверхности и конструкции окон в зданиях становится возможным использование пассивной солнечной энергии.
Удельный расход автомобильного топлива был снижен в результате повышения обтекаемости корпуса, использования экономичных двигателей и применения более легких материалов.
Нарастающее общее потребление энергии уличным транспортом пока остается энергетическими и экологическими проблемами. Из соображений экономии всегда применялись энергосберегающие промышленные технологии эффект интенсификации производства — снижение удельного энергопотребления. Внедрение новых технологий в энерго затратное производство основного сырья снижает потребность в полезной энергии (структурный эффект — изменение товарной палитры).
Эффекты реструктуризации и повышения интенсивности производства в ФРГ скомпенсировали часть растущего энергопотребления благодаря росту индекса нетто-продукции (эффект активизации производства).
Повторное использование материалов (рециклинг) может значительно снизить энергозатраты:
- на производство алюминия из бокситов — 280 МДж/кг,
- из металлолома — 15 МДж/кг;
- на изготовление бутылочного стекла
- из первичного сырья — 16,6 МДж/кг,
- из стекло боя — 11 МДж/кг.
Повышение КПД при преобразовании энергии при использовании усовершенствованных технологий управления и регулирования. Первичная энергия преобразуется на 60% в полезное тепло и на 30 — 35% — в электроэнергию или механическую энергию привода тепловых насосов.
