- •А.Л. Николаев
- •Новокузнецк 2003
- •Содержание
- •5 3.3.1 Общая характеристика 58
- •Введение
- •Структура народного хозяйства и элементы технологического процесса
- •2 Природные ресурсы. Сырье и энергия в народном хозяйстве
- •2.1 Общая характеристика
- •2.2 Перерабатываемое сырье
- •2.3 Топливо
- •2.3.1 Общие сведения
- •2.3.2 Общая характеристика состава твердого топлива
- •2.3.3 Нефть
- •2.3.4 Природный газ
- •2.3.5 Сжигание топлива
- •2.4 Вода
- •2.5 Воздух
- •2.6 Энергия
- •3 Шихтовые и футеровочные материалы и их характеристики
- •4 Обогащение и окускование полезных ископаемых
- •4.1 Общие сведения
- •4.2 Подготовка к обогащению
- •4.2.1 Дробление и измельчение
- •4 2.2 Грохочение и классификация
- •4.3 Обогащение
- •4.4 Окускование концентратов и мелочи полезных ископаемых
- •4.4.1 Агломерация
- •4.4.2 Производство окатышей
- •4.5 Загрязнение окружающей среды
- •5 Металлургия
- •5.1 Общие сведения
- •5.2 Гидрометаллургия
- •5.3 Пирометаллургия черных металлов
- •5.3.1 Сырьевая база
- •5.3.2 Производство чугуна
- •5.3.2.1 Устройство доменной печи и схема производства чугуна
- •5.3.2.2 Основные процессы и продукты доменной плавки
- •5.3.2.3 Интенсификация и технико-экономические показатели доменной плавки
- •5.3.3 Сталеплавильный передел
- •5 3.3.1 Общая характеристика
- •5.3.3.2 Кислородно-конвертерный процесс
- •5.3.3.3 Электросталеплавильное производство
- •5.3.3.4 Мартеновский процесс
- •5.3.3.5 Внепечная обработка и разливка металла
- •5.3.4 Прямое получение железа
- •5.3.5 Производство ферросплавов
- •5.4 Металлургия меди
- •5.5 Металлургия алюминия
- •5.6 Утилизация вторичных ресурсов
- •6 Литейное и прокатное производство
- •6.1 Литейное производство
- •6.1.1 Литейные материалы и их плавка
- •6.1.2 Литейные формы, охлаждение и выбивка отливок
- •6.2 Обработка металла давлением
- •6.3 Утилизация отходов
- •7 Технология неорганических вяжущих веществ
- •7.1 Портландцемент
- •7.2 Строительная известь
- •7.3 Гипсовые вяжущие
- •8 Промышленность строительных материалов и изделий
- •8.1 Определение, классификация и свойства строительных материалов
- •8.2 Искусственные неорганические строительные материалы
- •8.2.1 Безавтоклавный бетон
- •8.2.2 Железобетон
- •8.2.3 Керамика
- •8.2.4 Стекло и изделия из минеральных расплавов
- •8.2.5 Волокнистые материалы
- •8.3 Естественные неорганические материалы
- •8.4 Искусственные строительные материалы на основе органических вяжущих
- •8.5 Комбинированные строительные материалы
- •8.5.1 Полимербетоны и бетонополимеры
- •8.5.2 Древесно-цементные материалы и изделия
- •8.6 Утилизация отходов в промышленности строительных материалов
- •9 Производства основной химии
- •9.1 Кислоты
- •9.2 Минеральные удобрения
- •9.3 Комплексные удобрения и микроудобрения
- •9.4 Получение газов
- •9.4.1 Разделение воздуха на азот и кислород
- •9.4.2 Получение водорода и синтез аммиака
- •9.5 Утилизация отходов
- •10 Химическое производство органических веществ
- •10.1 Коксохимическое производство
- •10.2 Переработка нефти
- •10.3 Переработка природного газа
- •10.4 Производство полимерных материалов
- •10.4.1 Химическая переработка древесины с получением целлюлозы
- •10.4.2 Пластмассы
- •10.4.3 Каучук и резина
- •10.4.4 Утилизация отходов
- •11 Промышленная инфраструктура
- •11.1 Электроэнергетика
- •11.1.1 Значение электроэнергетики и виды электростанций
- •11.1.2 Паротурбинные энергетические установки электростанций
- •11.1.3 Газогенераторы тепловых энергетических установок
- •11.1.4 Гидроэлектростанции
- •11.1.5 Передача и распределение электроэнергии
- •10.1.6 Нетрадиционная энергетика
- •11.1.7 Воздействие на окружающую среду и утилизация отходов
- •11.2 Транспорт
- •11 2 1 Железнодорожный транспорт
- •11.2.2 Автомобильный транспорт
- •11.2.3 Водный транспорт
- •11.2.4 Воздушный транспорт
- •11.2.5 Промышленный и трубопроводный транспорт
- •Заключение
- •Список ЛитературЫ
- •Николаев Анатолий Лукич
- •Тираж 500 экз. Заказ
- •654041, Г. Новокузнецк, ул. Кутузова, 56, тел. 74-09-48
10.1.6 Нетрадиционная энергетика
Наряду с широким промышленным применением энергетики (ТЭС, АЭС, ГЭС) разрабатываются нетрадиционные ее виды, основанные на использовании возобновляемых источников энергии (ветра, воды, Солнца, биомасс, геотермальных источников тепла земли, воздуха, природных вод). Доля этих источников в общем балансе выработки электроэнергии невелика и составляет за рубежом от 0,4 до 2,8 % (США), а в России фактически равна нулю. Потенциал нетрадиционной (альтернативной) энергетики в нашей стране чрезвычайно велик и представлен в таблице 11.2.
Таблица 11.2 – Потенциал нетрадиционных возобновляемых источников России
В млн. т условного топлива в год
Ресурс |
Распределение ресурса |
||
валовый |
технический |
экономический |
|
Малая гидроэнергетика |
360 |
125 |
65 |
Геотермальная энергия |
* |
* |
115 |
Энергия биомассы |
104 |
53 |
35 |
Энергия ветра |
2,6 . 104 |
2000 |
10 |
Солнечная энергия |
2,4 . 106 |
2300 |
12,5 |
Низкопотенциальное тепло |
525 |
105 |
105 |
Итого |
2,62 . 106 |
4583 |
270 |
Примечание – Ресурсы геотермальной энергии в верхней толще земной коры глубиной до 3 км составляют 180 трлн. т.у.т, а пригодная для использования – 20 трлн. т.у.т.
Валовый потенциал характеризует суммарную энергию, заключенную в данном виде ресурса.
Технический потенциал определяет количество энергии, которое может быть получено из энергоресурса при существующем уровне науки и техники. По мере развития производства и совершенствования технологии он постоянно увеличивается и может изменяться от долей до нескольких десятков процентов по отношению к валовому потенциалу. Для России технический потенциал в 4 раза превышает уровень ее энергопотребления в 1997 г.
Экономический потенциал представляет собой величину энергии, получение которой из данного ресурса при имеющемся уровне затрат экономически оправдано. В настоящее время он составляет 22% общего энергопотребления России, однако используется менее чем на 1%.
К малой гидроэнергетике относят электростанции и гидроэлектроагрегаты с установленной мощностью, не превышающей 10 МВт.
Источниками геотермальной энергии служат термальные воды, применяемые для отопления, горячего водоснабжения, и пароводяные смеси, пригодные для работы геотермальных электростанций. Российские запасы пароводяных смесей сосредоточены в основном в Курило-Камчатской зоне, которые могут обеспечить работу геоГЭС мощностью до 1000 МВт, что превышает суммарные мощности Камчатской и Сахалинской энергосистем. В настоящее время действует сданная 1967 г. в эксплуатацию геоГЭС (Камчатка) мощностью 11 МВт. В США работают геоГЭС мощностью до 700 МВт.
Биомасса включает отходы животноводства, сельскохозяйственного производства, целлюлозно-бумажной, лесной и деревообрабатывающей промышленности, твердые бытовые отходы, осадки городских сточных вод. Биоресурсы для выработки электроэнергии применяют в ряде стран, в частности, в США, где работает 146 установок с единичной мощностью 5–50 МВт (суммарно – 2,9 ГВт). В качестве топлива на них используется, %: древесина – 72, городские отходы – 22, отходы растениеводства – 6. В России более 15 лет функционирует в Вологодской области электростанция мощностью 1 МВт на отходах лесной промышленности.
Энергия ветра среди возобновляемых источников признается одной из наиболее перспективных. Мощность ветроэнергетических установок (ВЭУ) Европы в 1996 г. составила более 3,4 ГВт, в том числе в Германии – 1,5 ГВт. Мощность крупной ВЭУ равна 1,5 МВт, диаметр ветрового колеса составляет 67 м. Вклад России в ветроэнергетику ограничивается двумя ВЭУ мощностью 250 кВт. Смонтирован и опробован первый ветроагрегат мощностью 1000 кВт (Калмыцкая ВЭС).
Солнечная энергия по потенциальным возможностям превосходит другие альтернативные источники в десятки раз. Ее количество, излучаемое на территорию России за неделю, превышает суммарную энергию годовых ресурсов страны по нефти, газу, углю и урану. Одним из самых перспективных решений по использованию солнечной энергии является электростанция с фотоэлектрическими элементами на основе кремния. Из-за высокой стоимости фотоэлектрических преобразователей солнечная энергия потребляется только в установках систем отопления и горячего водоснабжения.
Низкопотенциальное тепло включает энергию окружающего воздуха, грунта и грунтовых вод, водоемов, рек, озер, морей (средняя температура источников 5–250С), оборотной воды (25–400С), высокотемпературных гидросетей (40–700С) и др. С помощью теплонасосных установок, затрачивая на их привод 1 кВт-ч внешней электроэнергии, получают 3–6 кВт-ч тепловой энергии с более высоким потенциалом. В четырех странах США, Швеция, Великобритания, Германия в настоящее время работает 10 млн. тепловых насосов, экономящих 220 млн. т.у.т. в год. В России насчитывается 2–3 тыс. действующих теплонасосных установок.
Из других возобновляемых нетрадиционных источников энергии следует отметить приливные электростанции (ПЭС). Мощность самой крупной из них достигает 240 МВт. (Бретань, Франция).
Мировые объемы использования возобновляемых энергоресурсов в настоящее время составляют, МВт: биомасса – 8000, ветер – 4000, геотермальные воды – 9000, солнечная энергия – 20 500. Капитальные затраты на выработку электроэнергии и ее стоимость различными нетрадиционными способами конкурируют с достигнутыми при использовании угля, нефти, газа, ядерной энергии.
Наряду с возобновляемыми альтернативными ресурсами к числу нетрадиционных относят газовые гидраты, практический интерес к которым стал формироваться в последнюю четверть ХХ века.
Газовые гидраты представляют собой соединения воды и природных газов, находящихся в твердом состоянии. Запасы таких газов оцениваются в 2∙1016 м3 , что превышает количество углерода во всех остальных природных объектах (уголь, газ, нефть и др.). Российские газогидратные ресурсы находятся в прибрежной полосе восточной части Северного Ледовитого океана (3∙1015 м3) и на суше (6∙1013 м3) в зоне вечной мерзлоты Якутии, Чукотки, на Сахалине и Камчатке.
В настоящее время реальными представляются два основных направления переработки газовых гидратов: 1) дестабилизация понижением давления в зоне месторождения; 2) термическое инициирование отдельных участков месторождения, например, подачей горячей воды, геотермальных вод или сжиганием части добываемого топлива (6–7%). Оба направления нерентабельны из-за больших капитальных вложений.
Вовлечение альтернативных источников энергии в народнохозяйственное использование требует разрешения экологических проблем. На первый взгляд они кажутся незначительными, если иметь в виду природную чистоту нетрадиционных энергоносителей. Однако необходимо учитывать воздействие на природную среду сооружений, машин, устройств для сбора и передачи энергии, технологий производства материалов и аппаратов. Например, ветровые электростанции требуют больших площадей размещения и при массовом применении могут повлиять на розу ветров данной местности, т.е. на климатическое равновесие региона. Их работа сопровождается шумом значительной интенсивности (50–80 дБ), генерацией ультразвуковых колебаний, поскольку концы лопастей ветрового колеса движутся со сверхзвуковой скоростью. Сооружение ВЭС сопряжено с увеличением выпуска алюминия или стеклопластика, производство которых относится к числу экологически грязных.
Использование солнечной энергии требует площадей намного больше, чем для ТЭС, развития экологически грязного производства кремния. Основная опасность связана с возможным похолоданием на окружающей территории, пропорциональным количеству конвертированной солнечной энергии. Понижение температуры приведет к конденсации водяного пара в атмосфере и прекращению работы фотоприемника.
При работе геотермальных станций отбор из скважин пароводяной смеси зачастую сопровождается выбросами токсичных газов и сильным шумом. Сброс отработанных горячих и минерализованных вод в реки опасен для гидробионтов.