Основы энергосбережения Поспелова ТГ 2000

2.КЭС вырабатывают электрическую энергию с КПД 36-39%. На ТЭЦ осуществляется комплексная выработка электрической и

тепловой энергии с КПД 60-65%. ГЭС, ГАЭС - маневренные станции с КПД до 90%. ГТУ, парогазовые установки - высокоманевренные агрегаты, служат для покрытия пиковых нагрузок в энергосистеме (ЭС). Национальная ЭС более эффективна при оп-

тимальном сочетании в ней разных типов электростанций.

3.Особенность энергопроизводства: мощность потребления энергии в любой момент времени должна быть равна генерируемой мощности. Цели энергоменеджмента: обеспечение графиков на-

грузки, выравнивание национальной кривой нагрузки за счет оптимизации структуры генерирующих мощностей, социаль- но-экономических мероприятий, стимулирующих к уменьшению потребления в часы максимумов нагрузки энергосистемы, аккумулирования энергии.

4.На смену традиционным способам преобразования энергии неиз-

бежно придут способы прямого преобразования тепловой, ядерной, световой и химической энергии в электрическую.

5.30-40% ПЭР теряется при добыче, транспортировке и хранении.

Системы транспорта и распределения энергии оптимизируются по видам энергоносителей, по элементной и территориальной структурам.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ и ЗАДАНИЯ

1.Назовите и сформулируйте основные физические законы, объясняющие существо энергосбережения и определяющие его возможности.

2.Что такое энергосбережение? Каковы основные пути его осуществления?

3.Объясните понятие качества энергии, назовите определяющие его параметры.

4.Что такое эксергия? Объясните отличие тепловой энергии от других видов энергии.

5.Назовите и докажите преимущества электрической энергии над другими видами энергии.

6.Что такое тепловая машина? Каков принцип ее действия? От чего зависит КПД тепловой машины?

7.Какие вы знаете способы преобразования энергии? Подробно объясните один из них по своему выбору, назовите его преимущества, недостатки, область применения.

8.Что такое графики нагрузки? Какие они бывают и зачем нужны? Чем вызвана неравномерность графиков нагрузки? Какие Вы знаете задачи энергоменеджмента, связанные с графиками нагрузок, в том числе с тенденцией роста их неравномерности?

9.Какие Вы знаете виды электрических станций? Почему в электроэнергетической системе должны быть различные виды электростанций? Укажите их роль в покрытии графика нагрузки энергосистемы.

10.Назовите виды тепловых электростанций, объясните их принципиальные отличия друг от друга, их функции в энергосистеме.

11.В чем преимущества комплексного (комбинированного) производства электрической и тепловой энергии? Почему в электроэнергетической системе должны быть различные виды ТЭС?

12.Что такое газотурбинная установка? Назовите ее свойства и области применения. Объясните преимущества ТЭС с ГТУ и ее роль в энергосистеме.

13.Что такое парогазовые установки? Укажите их преимущества.

14.Назовите энергоустановки, которые могут обеспечить покрытие пиковых и полупиковых нагрузок в энергосистеме. Объясните принцип действия одной из них по выбору.

15.Какие электрические станции есть в Белорусской энергосистеме? Каково Ваше мнение о целесообразности строительства в Беларуси АЭС? Аргументируйте свой ответ.

16.Назовите известные Вам способы получения тепловой энергии. Сравните их.

17.Какие Вы знаете системы аккумулирования энергии? Каково их значение с точки зрения энергосбережения? Объясните принцип действия одного из устройств аккумулирования энергии по своему выбору.

18.Назовите механические системы аккумулирования энергии, области их применения.

19.Укажите виды аккумуляторов тепловой энергии, область их применения.

20.Дайте характеристику методам прямого преобразования энергии, перспективам их использования.

21.В чем суть магнитогидродинамического способа преобразования энергии? Каковы возможности его применения в большой энергетике?

22.Что такое топливный элемент? Объясните его устройство и перспективы использования.

23.Укажите известные способы транспорта различных видов энергоресурсов и условия выбора того или иного способа.

ЛИТЕРАТУРА

1. Дэвинс д. Энергия: Пер. с англ. - М . : Энергоатомиздау, 1985. - 360 с.

2.Энергосберегающая технология электроснабжения народного хозяйства: В 5 кн. / Под ред. В.А. Веникова. - Кн. 4. Потребление электрической энергии - надежность и режимы / Михайлов В.В., Поляков М.А. - М.: Высшая школа, 1989. - 143 с.

3.Юст Э., Винзель Л. Топливные элементы. - М . : Мир, 1964. - 480 с.

4.Поспелов Г.Е., Запатрин Р.И., Поспелова Т.Г. Технико-экономичес- кие характеристики дальних электропередач с промежуточными присоединениями. - Мн.: Наука и техника, 1983. - 174 с.

5.Тиходеев Н.Н. Передача электрической энергии / Под ред. В.И. Попкова. - Л.: Энергоатомиздат, 1984. - 248 с.

ГЛАВА 5.

ТОПЛИВНО-ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ КОМПЛЕКС (ТЭК) И УПРАВЛЕНИЕ ИМ

БОЛЬШИЕ СИСТЕМЫ И ИХ СВОЙСТВА: организованность, управляемость, эмерджентность, двойственность, иерархичность, взаимосвязанность с внешней средой, многокритериальность, разнообразие, динамизм, многовариантность

ПОНЯТИЕ О ТЭК И ЕГО СТРУКТУРЕ: углеснабжающая, нефтеснабжающая, газосна^ающая, ядерно-энергетическая, элекгроэнергетическая,теплоснабжающая системы

ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ПРОЦЕСС В ТЭК. ТОПЛИВНО-ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ БАЛАНС (ТЭБ)

ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ И ТЕПЛОЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ СИСТЕМЫ

УЧЕТ ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЯ ПРИ ПЛАНИРОВАНИИ РАЗВИТИЯ И УПРАВЛЕНИИ ТЭК:

выявление источников энергосбережения - оценка энергосберегающих потенциалов - выбор и расчет энергосберегающих эквивалентов - их ввод в

математические модели и алгоритмы оптимизации энергетических систем

СТРУКТУРА УПРАВЛЕНИЯ ТЭК И СИСТЕМОЙ ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЯ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ

ЦЕЛИ

Ознакомившись с данной главой, Вы должны быть в состоянии:

1.Объяснить, что такое топливно-энергетический комплекс (ТЭК), какова его структура, почему он относится к классу больших систем, каковы в связи с этим особенности управления им.

2.Рассказать о сути технологического процесса в ТЭК и значении топ- ливно-энергетического баланса.

3.Объяснить, какучитывается потенциал энергосбережения при пла-

нировании и управлении ТЭК.

4.Назвать органы управления ТЭК и системой энергосбережения в Республике Беларусь.

5.1. БОЛЬШИЕ СИСТЕМЫ И ИХ СВОЙСТВА

Энергетические системы и межотраслевая система энергосбережения относятся к классу больших производственно-экономических систем, которые обладают определенными свойствами и требуют соответствующих подходов к их эксплуатации и управлению ими.

Большие системы - это динамические системы, т.е. их параметры, режимы изменяются во времени. Изучение их может осуществляться только на основе системного подхода с применением методов системного анализа [1].

Рассмотрим главные свойства больших систем.

Организованность и управляемость на основе адаптации и эргатичности. Под организованной системой понимается система, обладающая тремя свойствами:

-некоторой упорядоченностью элементов: элементы системы расположены не хаотично, а в определенном порядке, благодаря чему она в состоянии выполнять целенаправленные действия;

-наличием функционально разных, но взаимосвязанных частей, позволяющих различать структуру и назначение элементов системы, определять характер взаимодействия их между собой и с окружающей средой;

-непрерывно реализуемой способностью получать извне информацию и использовать ее для поддержания упорядоченности на

определенном уровне; без информации о внешнем мире любая система рано или поздно утратит свою организованность.

Управляемость системы означает целенаправленность ее движения (изменение состояния) на основе некоторого алгоритма управления. Управление большой системой является адаптивным, если оно приспосабливается к изменяющимся во времени свойствам системы и воздействуюшим на систему внешним условиям.

Эргатические системы - это системы, управляемые при решающем участии человека. Следовательно, управляемость системы на основе эргатичности означает непосредственное включение человека в контур управления.

Двойственность природы. С одной стороны, большие системы являются причинно обусловленными: их движение, те. вьшолнение определенных функций в каждый момент времени и дальнейшее развитие, обусловлено некоторыми объективными причинами. С другой стороны, большие системы не являются строго детерминированными и обладают вероятностными и частично неопределенными свойствами вследствие случайных воздействий окружающей среды.

Иерархичность и взаимосвязанность с внешней средой. Вся про- изводственно-экономическая система страны является большой системой из подчиненных систем. Каждую из этих систем, которые также являются большими, можно разделить на подчиненные системы и т.д. Таким образом, национальная производственно-экономическая система - иерархически построенная совокупность больших систем, взаимосвязанных с внешней средой прямыми и обратными воздействиями.

Многокритериальность. Существование и развитие большой системы подчинено выполнению такой общей цели, математическая формализация которой невозможна с помощью какого-то единственного критерия. Критерий - это показатель, с помощью которого можно установить, соответствует ли полученное решение (состояние системы, план ее развития и т. п.) заранее поставленной цели, а также дать сравнительную оценку качества различных решений в смысле большей или меньшей их близости к оптимальному. Различают экономические, технические, экологические, социальные критерии.

Большое разнообразие состояний и свойств. Разнообразие состояний и свойств больших систем обусловлено как их сложной внутренней структурой, взаимодействием с другими системами и окружающей средой, так и динамической природой этих систем.

Отметим также эмерджентность больших систем, которая означает появление у них качественно новых свойств, не присущих составляющим их внутренним системам, и появление у последних тоже новых свойств, которыми они не обладали при изолированном функционировании.

Многовариантность функционирования и развития. Большим системам свойственны разнообразные направления и способы движения, что ставит проблему оптимального управления ими для достижения определенной совокупности целей их функционирования и развития, в которых заинтересовано общество в лице субъектов управления.

Устойчивый динамизм развития. Большие производственно-эко- номические системы всегда динамически развиваются во времени. При этом темп их развития является устойчивым, медленно изменяющимся от года к году. Внезапные и быстрые скачки в развитии системы не являются свойством большой системы. Они могут появиться лишь в особых условиях под действием факторов, формируемых на более высоком иерархическом уровне. Однако большие производственно-экономические системы подвержены вероятности возникновения чрезвычайных ситуаций, могущих повлечь глобальные катастрофические последствия для населения и окружающей среды. Такие техногенные катастрофы могут быть вызваны как ошибками, промахами в управлении большими системами, так и природными и общественными катаклизмами (землетрясения, наводнения, войны и т п.).

В этой связи столь важно оптимальное построение систем управления большими производственно-экономическими системами.

Методологическая основа оптимального управления большими системами - системный подход, рабочий инструмент которого - системный анализ. Назовем основные элементы системного подхода:

-система должна рассматриваться как единое целое, с учетом эмерджентности, а не как простая совокупность составляющих ее элементов;

-система всегда находится, с одной стороны, в окружении других систем, в том числе других типов, и испытывает на себе их влия-

63 Основы энергосбережения

ние, с другой стороны - на некотором уровне иерархии систем данного типа, и ее управление также обладает свойствами иерархичности;

-в основе оптимизации должны лежать предварительно и четко сформулированные цели решения;

-необходимо предусмотреть как прямые управляющие воздействия, так и обратные связи управляемой системы с субъектами управления, поскольку процесс оптимального управления носит итеративный характер.

5.2. ПОНЯТИЕ О ТОПЛИВНОЭНЕРГЕТИЧЕСКОМ КОМПЛЕКСЕ (ТЭК) И ЕГО СТРУКТУРЕ

в предыдущих главах показана огромная роль энергетики в развитии человеческой цивилизации, в развитии экономики любой страны. В процессе становления человеческого общества, его производительных сил непрерывно изменялись, совершенствовались источники и виды энергии, используемые в производстве и в быту.

В далеком прошлом энергетическим источнцком служила мускульная сила людей, дополненная двигательной силой животных, воды и ветра. Внедрение паровой машины позволило отделить производство энергии от ее непосредственного источника - места добычи органического топлива. В результате постепенно сформировалась обособленная

отрасль промышленности - топливная, специализирующаяся на добыче первичных энергетических ресурсов.

Энергетической основой развития производительных сил на современном этапе служит электрическая энергия. Возможность передачи и распределения электроэнергии на любые расстояния и в любых количествах позволила пространственно разобщить рабочие машины и первичные двигатели, отделить место производства энергии от ее конечных потребителей. Это привело к обособлению про-

изводства, передачи и распределения энергии в самостоятельную

отрасль - электроэнергетику, которая характеризуется возрастающей концентрацией производства энергетических ресурсов и централизацией их распределения.

Производственные процессы во всех отраслях промышленности, в сельском хозяйстве, на транспорте, все виды обслуживания населения связаны с растущими масштабами использования энергии. Приемни-

ки энергии рассредоточены по различным отраслям экономики. Таким образом, существует расщепление энергетики и «внедрение» ее во все отрасли экономики.

Описанные дезинтеграционные процессы в топливно-энергети-

ческом секторе явились основой образования больших функциональных систем энергетики: углеснабжающей, нефтеснабжающей, газоснабжающей, ядерно-энергетической и электроэнергетической [2,3].

В состав электроэнергетической системы (электроэнергетики), обеспечивающей потребности всей экономики в электрической и тепловой энергии, в качестве подсистемы входит теплоснабжающая система (теплоэнергетика). Причем теплоэнергетика занимает ведущее место по величине установленной мощности и выработке энергии на тепловых станциях. В электроэнергетической системе функционируют тепловые, атомные, гидравлические и др. типов электростанции, районные и пиковые котельные, электрические подстанции, тепловые распределительные пункты, линии электропередачи, электрические и тепловые сети. Состояние схем, режимы всех этих элементов органически взаимосвязаны и требуют единой системы управления.

Одновременно в топливно-энергетическом секторе наблюдаются интеграционные процессы, в основе которых лежит широкая тех-

ническая взаимозаменяемость в экономике различных видов энергии и энергетических ресурсов, а также энергетических установок.

Именно фактор взаимозаменяемости создает объективную необходимость объединения перечисленных выше систем энергетики в единую межотраслевую общеэнергетическую систему, которая получила название топливно-энергетический комплекс (ТЭК).

Новым мощным интегрирующим фактором в ТЭК в настоящий период, как будет показано дальше, становится единая полигика по

внедрению мероприятий и технологий энергосбережения во всех звеньях и элементах общеэнергетической системы.