Об энергосберегающих технологиях

ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ

ЭНЕРГОСБЕРЕГАЮЩИХ

ТЕХНОЛОГИЙ

Спецкурс

для 3 курса ПиГС СмолГУ

Солодченкова

Татьяна

Болеславовна

канд. физ.-мат. наук

доцент

ПРЕДСТАВЛЕНИЕ

ОБ ЭНЕРГОСБЕРЕГАЮЩИХ ТЕХНОЛОГИЯХ

В современном мире необходимым условием сохранения жизни и развития цивилизации стало обеспечение достаточным количеством энергии и топлива. Сейчас технологии производства энергии основаны преимущественно на добыче не возобновляемых природных ископаемых: нефти, природного газа, угля, торфа. Проблема уменьшения запасов этих топливно-энергетических ресурсов требует разрабатывать программы по энергосбережению, которое становится основным способом развития современной мировой энергетики.

Среди самых актуальных проблем в мире имеются следующие:

- эффективное использование энергетических ресурсов, энергии и энергоносителей,

- сокращение тепловых потерь в процессе функционирования промышленной инфраструктуры,

- решение вопросов энергосбережения в жилом секторе.

Внедрение современных энергосберегающих технологий равносильно производству энергоресурсов, представляет собой более рентабельный и экологически ответственный способ обеспечения растущего спроса на энергию.

При анализе результатов внедрения энергосберегающих технологий берется во внимание:

- либо общее снижение энергозатрат,

- либо снижение энергопотребления на единицу выпускаемой продукции.

Пример. Дания – один из лидеров по внедрению энергосберегающих технологий.

В Дании более 30 лет проводится огромная работа по внедрению энергосбережения в жилищном и промышленном секторах. В первом энергетическом плане Дании 1976 г. сформулированы идеи:

- очень гибкой и разнообразной энергетической системы,

- стимулирования энергоэффективности,

- господдержки в организации научно-технического развития.

Ключевая роль отведена:

- совершенствованию системы теплоснабжения,

- внедрению энергосберегающих технологий

- применению экономичных теплоизоляционных материалов.

В результате за 20 лет:

- годовой объём потребления страной энергоресурсов остается практически неизменным, хотя производство ВВП возросло за эти годы более чем в 1,5 раза;

- централизованное теплоснабжение увеличилось с 30 до 50%, но при этом произошло абсолютное снижение потребления первичных энергоресурсов %

- в отоплении жилых зданий повышена надежность и комфортность теплоснабжения, а потребление первичной энергии на единицу отапливаемого объема снижено на 45%.

По оценкам специалистов, доля потери энергии в России достигает 30–40%, что значительно выше, чем в западноевропейских странах.

Примеры причин потери энергии:

- устаревшее оборудование на предприятиях, в ЖКХ и других сферах деятельности

(в России до 75% всей потребляемой электроэнергии на производствах используется для приведения в действие всевозможных электроприводов и работы электродвигателей большоймощности на максимальной нагрузке, хотя пиковый период работы составляет всего 10–15% от общего количества рабочего времени;

поэтому электродвигателям с постоянной скоростью вращения требуется до 60% больше энергии, чем это необходимо, и стоимость электроэнергии, потребляемой ежегодно средним двигателем в промышленности, почти в 5 раз превосходит его собственную стоимость;

а в европейских странах до 80% запускаемых в эксплуатацию электроприводов уже являются регулируемыми);

- неэффективное строительство помещений;

- устаревшие методы освещения (на освещение может расходоваться до 60% общего электропотребления жилых и офисных зданий);

- нерациональное отопление зданий.

Выгода от внедрения энергоэффективных технологий может быть достигнута несколькими способами:

а) напрямую через целевые инвестиции (например, установка датчиков в котельной, применение двигателей с переменной частотой вращения, и т. п.)

б) как побочный эффект от замены старого оборудования на новое, более эффективное (например новая котельная, новая тепловая изоляция труб и т. п.).

В России наибольший интерес к энергосберегающим проектам проявляют промышленные предприятия, а некоторые крупные российские компании уже приступили к реализации собственных программ энергосбережения.

Примеры устранения потери энергии:

1. Использование утепления стен, энергосберегающей кровли, энергосберегающих красок, стеклопакетов, экономичных систем обогрева.

2. Строительство «умных домов» (управляемых) с применением, в частности:

v «умного» освещения, которое широко внедряется в странах Западной Европы, США и особенно в Японии, в которой энергосберегающие системы освещения позволяют снизить затраты на освещение до 8-10 раз

(встраивается микрофон и оптический датчик, реагирующих на появление человека в помещении:

- днем, при высоком уровне освещенности, освещение отключено,

- при наступлении сумерек происходит активация микрофона и если в радиусе до 5 м возникает шум – шаги или звук открываемой двери, то свет автоматически включается и горит, пока человек находится в помещении);

vэнергосберегающих ламп, экономящих до 80 % электроэнергии, которые можно разделить на две группы по сферам использования:

а) мощные энергосберегающие лампы больших размеров, предназначенные для освещения офисов, торговых площадок, кафе,

б) компактные лампы со стандартными цоколями для использования в квартирах;

3. Применение оборудования с частотно-регулируемыми электроприводами и встроенными функциями оптимизации потребления электрической энергии, которые экономят до 30–50% электроэнергии и очень актуальны в работе механизмов, работающих часть времени с пониженной нагрузкой (вентиляторов, кондиционеров, насосов);

(не требуется менять самих электродвигателей, а меняется частота вращения в зависимости от нагрузки),

4. Эксплуатация котельных на новых энергоносителях (более дешёвом и экологичном топливе), которые снижают затраты на обслуживание и существенно повышают КПД;

5. Внедрение систем рекуперации, повторно использующих тепло отработанного воздуха в вентиляционных устройствах в зависимости от числа людей в здании

(лидеры в области снижения энергоёмкости систем вентиляции и кондиционирования – компания Hoval (Лихтенштейн) и Dantherm (Дания). Hoval запатентовала воздухораспределитель, в котором приточная струя с дальнобойностью от 3,5 до 18 м за формируется автоматически при регулировке положения лопаток, закручивающих воздушный поток; преимущество – лучшая организация воздухообмена, рециркуляции воздуха и рекуперации тепла)

Оценкапотенциалов энергосбережения в различных отраслях производства:

- около 30 % потенциала энергосбережения имеют отрасли ТЭК,

- около 30 % потенциала сосредоточена в остальных отраслях промышленности и в строительстве,

- свыше 25 % – в коммунально-бытовом секторе,

- примерно 6-7% – в секторе транспорта

- 3% - в сельском хозяйстве.

Примеры прогнозных оценок:

А) Голландско-российская исследовательская компания Lighthouse проводила исследование рынка энергосбережения России по заказу Международной финансовой корпорации IFC. Россия имеет огромный потенциал для инвестиций в энергосбережение, поскольку потребление энергии в российской промышленности превышает уровень аналогичных предприятий других стран на 40–220 %. Потенциальная экономия от внедрения энергоэффективных технологий для российской промышленности была оценена в 24,2 млрд. долларов США ежегодно.

Б) Глава Минэнерго России И. Юсуфов оценил потенциал энергосбережения как не менее 400 миллионов тонн условного топлива (у. т.) в год, т. е. 30-40% всего энергопотребления страны (В экологическом исчислении это сотни миллионов тонн углекислого газа, которые не попадут в атмосферу).

В) Отечественные эксперты в области реализации организационных и технологических мер по экономии энергоресурсов прогнозируют способность РФ к 2020 году уменьшить энергоресурсов на 40-48 %, т. е. на 360-430 млн. тонн у. т. в год.

В Российской Федерации государственная политика в вопросах энергосберегающих технологий основана на следующих документах:

- «О неотложных мерах по энергосбережению в области добычи, производства, транспортировки и использования нефти, газа и нефтепродуктов» (Постановление Правительства РФ № 371, 01.06.92 г.);

- «Концепция энергетической политики России» (одобрена Правительством РФ;

- «Об энергосбережении» (Федеральный закон № 28–ФЗ, 1996 г.)

- «Энергосбережение» (ГОСТ Р 51387–99);

- «Об энергосбережении и о повышении энергетической эффективности и о внесении изменений в отдельные законодательные акты Российской Федерации» (Федеральный закон N 261-ФЗ, 23.11. 2009 г.).

- региональные законы «Об энергосбережении…», учитывающие климатические условия, особенности инфраструктуры, наличие и типы собственных ресурсов региона, проблемы утилизации.

Из регионов от компаний и государственных структур поступают предложения о поправках в отдельные статьи федерального закона N 261-ФЗ. По мнению специалистов в области снижения энергоемкости производства, транспорта и потребления тепло- и электроэнергии, реализация этих поправок позволит добиться снижения энергоемкости российской экономики в целом на 40%.

Законодательные документы служат правовой основой и формулируют экологические, экономические и технологические меры для выхода России на ведущие позиции по энергосбережению в мире.

Энергосбережение — это комплекс правовых, организационных, научных, производственных, технических и экономических мер, направленных на рациональное использование (экономное расходование) топливно-энергетических ресурсов и на вовлечение в хозяйственный оборот возобновляемых источников энергии.

Основные направления энергосбережения:

1) полезное использование (утилизация) энергетических потерь;

2) модернизация оборудования;

3) интенсивное энергосбережение.

Цель энергосбережения: повышение энергоэффективности всех отраслей, во всех пунктах населения, а также в стране в целом.

Стратегические задачи государственной политики по энергосбережению:

- снижение энергопотребления не менее чем на 3% в год;

- создание совершенной системы управления энергосбережением, в которую входит обязательное оснащение предприятий, госучреждений и жилых комплексов приборами учёта энергии;

- введение требований к организациям коммунального комплекса, которые обязывают проводить мероприятия по энергосбережению;

- формирование новой идеологии ценовой политики, которая включает

· переход на энергосберегающие осветительные приборы и лампы (запрет производства и продажи ламп накаливания мощностью 100 Вт с 2011 г., 75 Вт с 2013 г., 25 Вт и более с 2014 г.),

· требования по энергоэффективности при закупке товаров,

· обязательную маркировку продукции по классам энергоэффективности,

· долгосрочные методы тарифного регулирования.

Для энергосбережения в РФ выделены следующие необходимые меры:

- ликвидация технологической отсталости промышленности,

- оснащение предприятий новым энергосберегающим оборудованием,

- модернизация сферы ЖКХ,

- внедрение энергосберегающих технологий,

- привлечение в энергосбережение должного объема инвестиций,

- работа с населением,

- борьба с бесхозяйственностью в использовании энергетических ресурсов.

Прежде чем разработать меры энергосбережения, проводится энергетическое обследование (энергоаудит) — сбор информации об объёме использования энергетических ресурсов, показателях энергетической эффективности, выявления возможностей энергосберегающих технологий и запись полученных результатов в энергетический паспорт.

Среди мер выделено внедрение энергосберегающих технологий. Энергосберегающие технологии – это технологии, уменьшающие потери энергии благодаря технологическим процессам, которые имеют более высокий коэффициент полезного использования топливно-энергетических ресурсов.

Такие технологии основаны на использовании возобновляемых источников энергии, к которым относятся:

- солнечное излучение,

- ветер,

- течение рек, водопады, приливы морских волн и океана,

- геотермальные источники,

- твёрдая биомасса и животные продукты,

- промышленные отходы.

Примеры энергосберегающих технологий, основанных на применении альтернативных и возобновляемых источников энергии:

- использование специальных солнечных батарей и коллекторов (монтируются в кровлю домов или устанавливаются на крыше), солнечных и фотоэлектрических электростанций, которые преобразуют солнечную энергию;

- установка ветрогенераторов, которые преобразуют энергию ветра в электрическую;

- строительство современных гидроэлектростанций, которые преобразуют энергию рек в электрическую;

- строительство энергосберегающих домов, в которых комфортная температура поддерживается зимой без применения систем отопления, а летом — без систем кондиционирования (первые такие дома уже появились в некоторых городах России);

- применение биотоплива, которое получают из отходов древесины, производственных и бытовых отходов, высокоурожайных растений.

При расчете экономии ресурсов, определяющей эффективность реализации энергосберегающих технологий, следует соблюдать следующие принципы:

1. Учёт прямых и косвенных расходов, которые могут быть полностью или частично сокращены в результате проводимых мероприятий.

2. Учёт абсолютного сокращения бюджетных средств, направляемых на проведение энергосберегающих мероприятий.

3. Сопоставление экономии с затратами ресурсов, поступивших из различных источников, включая кредитные ресурсы, требующие возврата.

Поскольку в России более трети всех энергоресурсов страны расходуется на отопление жилых, офисных и производственных зданий, то энергосберегающие технологии в строительстве и ЖКХ имеют приоритетное значение. Они имеют комплексный характер – при внедрении проекта оценивается ряд мероприятий и из них выбираются имеющие наибольший экономический эффект. Эффект от внедрения энергосберегающих мероприятий затрагивает:

а) инвестора, который участвует в проекте и при правильной оценке имеет возможность выгодного вложения и надежного возврата своих средств;

б) компанию, которая внедряет данную технологию и будет обслуживать определенный участок,

в) потребителя, который экономит на затратах на тепло- или электроэнергию.

Снижение потребления энергии позволяет обеспечивать подключение новых потребителей при минимальных капитальных затратах на развитие инфраструктуры и снимает проблемы выделения земельных участков под новое строительство объектов генерации, отчуждение санитарно-защитных зон и т. д., что в целом положительно сказывается на градостроительном развитии.

По мнению специалистов компании ROCKWOOL, мирового лидера в области производства негорючей теплоизоляции, следует выделить три основных направления энергосбережения.

Во-первых, снижение потерь на этапе выработки и транспортировки тепла – повышения эффективности работы ТЭС, замена неэкономичного оборудования, применение долговечных теплоизоляционных материалов при прокладке и модернизации тепловых сетей.

Во-вторых, повышение энергоэффективности зданий на этапе возведения наружных ограждающих конструкций – комплексная теплоизоляция фасадов и кровель. (Например, штукатурные системы утепления фасадов ROCKFACADE позволяют сократить теплопотери через внешние стены не менее чем в 2 раза!).

В-третьих, создание оптимального микроклимата помещений – использование радиаторов отопления с автоматической регуляцией, систем вентиляции с функции рекуперации! тепла и других устройств.

Перечень энергосберегающих мероприятий в проекте энергоэффективного жилого дома, с разбивкой по основным направлениям, имеет следующий вид.

1. Этап выработки и транспортировки тепла:

1) применение современной тепловой изоляции трубопроводов отопления и горячего водоснабжения;

2) индивидуальный источник теплоэнергоснабжения (индивидуальная котельная или источник когенерации энергии);

3) поквартирные системы отопления с теплосчётчиками и с индивидуальным регулированием теплового режима помещений;

4) тепловые насосы, использующие тепло земли, тепло вытяжного вентиляционного воздуха и тепло сточных вод.

2. Этап теплоизоляции наружных ограждающих конструкций:

1) ограждающие конструкции с повышенной теплозащитой и заданными показателями теплоустойчивости;

2) утилизация тепла солнечной радиации в тепловом балансе здания на основе оптимального выбора светопрозрачных ограждающих конструкций;

3) устройства, использующие рассеянную солнечную радиацию для повышения освещенности помещений и снижения энергопотребления на освещение;

4) выбор конструкций солнцезащитных устройств с учетом ориентации и посезонной облученности фасадов;

3. Этап создания микроклимата помещений:

1) солнечные коллекторы в системе горячего водоснабжения и в системе охлаждения помещения;

2) использование тепла обратной воды системы теплоснабжения для напольного отопления в ванных комнатах;

3) система вытяжной вентиляции с индивидуальным регулированием и утилизацией тепла вытяжного воздуха;

4) поквартирные контроллеры, оптимизирующие потребление тепла на отопление и вентиляцию квартир;

5) система управления теплоэнергоснабжением, микроклиматом помещений и инженерным оборудованием здания на основе математической модели здания как единой теплоэнергетической системы.

В последние годы все энергоэффективные технологии объединяются в концепцию так называемого «пассивного дома» – жилище, которое максимально дружелюбно окружающей среде, поскольку фактически отапливается за счёт тепла, выделяемого людьми и электроприборами. Такие здания - это перспектива будущего мирового строительства. В Западной Европе сейчас строятся пассивные дома, энергопотреблением которых более чем в 10 раз экономичнее типовой отечественной "хрущёвки".

Преимущества энергосберегающих технологий:

- решение проблемы ЖКХ и увеличение предложений на рынке труда,

- повышение повысить эффективность производства и конкурентоспособности экономики,

- экономия энергоресурсов и уменьшение энергетических затрат,

- уменьшение нагрузки на окружающую среду (экологический выигрыш),

- снижение расходов государственного и федеральных бюджетов, сдерживание роста тарифов.

Энергосберегающие технологиитребуют применения энергосберегающих материалов – материалов для утепления стен, кровли и перекрытий.

Рассмотрим основные из них.