Аудит енергогенеруючих джерел

В залежності від виду первинної енергії розрізняють теплові електростанції (ТЕС), гідроелектричні станції (ГЕС), атомні електростанції (АЕС) та інші. До ТЕС відносяться конденсаційні електростанції (КЕС) та теплофікаційні, або теплоелектроцентралі (ТЕЦ).

Електростанції, які обслуговують великі житлові райони, отримали назву державних районних електростанцій (ДРЕС). До їх складу, як правило, входять конденсаційні електростанції, що використовують органічне паливо та не виробляють теплової енергії. ТЕЦ також працюють на органічному паливі, але, на відміну від КЕС, виробляють як електричну, так і теплову енергію у вигляді перегрітої води та пари. Атомні електростанції переважно конденсаційного типу використовують енергію ядерного палива. В ТЕЦ, КЕС та ДРЕС потенційна хімічна енергія органічного палива (вугілля, нафти або газу) перетворюється в теплову енергію водяної пари, яка, в свою чергу, переходить в електричну. Саме так створюється приблизно 80% енергії, що утворюється у світі, основна частина якої на теплових електростанціях перетворюється в електричну. Атомні та можливо в майбутньому термоядерні електростанції також представляють собою теплові станції. Різниця в тому, що використання парового котла замінюється на ядерний або термоядерний реактор.

Гідравлічні електростанції (ГЕС) використовують відновлювальну енергію падаючого потоку води, яка перетворюється в електричну.

ТЕС, ГЕС та АЕС – основні енергогенеруючі джерела, розвиток та стан яких визначають рівень та можливості сучасної мирової енергії та енергетики України. Електростанції вказаних типів називають також турбінними.

Одною з основних характеристик електростанцій є встановлена потужність, яка дорівнює сумі номінальних потужностей електрогенераторів та теплофікаційного обладнання. Номінальна потужність – це найбільша потужність, при якій обладнання може працювати тривалий час відповідно з технічними умовами.

З усіх видів виробництва енергії найбільший розвиток в Україні отримала теплоенергетика як енергетика парових турбін на органічному паливі. Питомі капітальні вклади на будівництво ТЕС істотно нижчі, ніж для ГЕС та АЕС. Значно коротше і строки будівництва ТЕС. Що стосується собівартості електроенергії, яка виробляється, то вона нижча для гідростанцій. Вартість виробництва електроенергії на ТЕС і АЕС відрізняється не дуже істотно, але ж все таки вона нижча для АЕС. Однак ці показники не є визначаючими для вибору того або іншого типу електростанцій. Багато чого залежить від міста розташування станції. ГЕС будуються на річці. ТЕС розташовують неподалік від місця видобутку палива. ТЕЦ потрібно мати рядом з споживачами теплової енергії. АЕС заборонено будувати поблизу населених пунктів. Таким чином, вибір типу станцій багато в чому залежить від їх призначення та розміщення. В останні десятиріччя на собівартість виробництва енергії, на вибір типу електростанції та місця її розташування остаточно впливають екологічні проблеми, які пов’язані з отриманням та використанням енергоресурсів.

З урахуванням специфіки розміщення ТЕС, ГЕС та АЕС визначаються місцерозташування електростанцій та умови їх майбутньої експлуатації: розташування станцій відносно центрів споживання, що особливо важливо для ТЕЦ; основний вид енергоресурса, на якому буде працювати станція, і умови його надходження на станцію; умови водопостачання станції, які набувають важливого значення для КЕС та АЕС. Немаловажним є близькість станції до залізничних та інших транспортних магістралей, до населених пунктів.

Робота ТЕС забезпечується за рахунок використання двох видів природних ресурсів: палива та води.

Так, конденсаційна електростанція потужністю 2,5 млн. кВт спалює на рік близько 6 млн. т антрацитівського штибу або близько 12 млн. т бурого вугілля. Для перевезення 6 млн. т вугілля на рік необхідно на добу 300 вагонів. Транспортні витрати зростають пропорційно відстані від місця видобутку до ТЕС. За потужності електростанції близько 4 млн. кВт транспорт високоякісного палива не рентабельний вже при відстані близько 400 км, а низькокалорійних – 100 км. Тому більш раціонально будувати станцію поблизу місця видобутку палива, а електроенергію подавати по лініях електропередач. Крім того, на охолодження відпрацьованого тепла та конденсату даної електростанції витрачається близько 90 м³/с води. Водоймище-охолоджувач, який забезпечує подачу та охолодження такої кількості води, повинен мати площу дзеркала не менше 2500 га. Використання градирень для охолодження води знижує термічний ККД станції. Тому великі ТЕС будують в місцях, близьких до родовищ палива, де можливе створення водоймища-охолоджувача.

Атомні електростанції характеризуються більш великими енергоагрегатами та відповідно більшими потужностями електростанцій. На Україні 5 АЕС потужністю від 1000 МВт до 6000 МВт. Вони виробляють близько 50% всієї електроенергії країни.

Таким чином, АЕС зайняли в енергетиці України провідну роль. Але їх експлуатація пов'язана з цілим рядом екологічних проблем, пов'язаних передусім з похованням радіоактивних відходів.

Серйозний вплив електроенергетики на навколишнє середовище проявляється в регіональних викривленнях кліматичних умов, у зв'язку з концентрацією великих об'ємів теплових викидів на порівняно малих площах. Так, ТЕС на органічному паливі мають теплові викиди, які еквівалентні її полуторній потужності. Станція потужністю 4 млн. кВт виділяє в навколишнє середовище 6 млн. кДж/с. АЕС має ще більше теплові викиди. За такої ж потужності в 4 млн. кВт викиди тепла складають 9,2 млн. кДж/с, тобто в півтора рази більше, ніж на тепловій електростанції. Теплові потоки великих електростанцій, за їх порівняно щільному розташуванні, як це має місце на Україні, можуть змикатися та утворювати перешкоди підвищеної тепловіддачі та пароутворення. Ці перешкоди можуть порушувати століттями встановлені сезоні переміщення мас повітря в регіонах, що призведе до різких кліматичних змін.

Гідравлічні електростанції. Створення гідроелектростанцій, як правло, забезпечує не тільки вироблення електроенергії, але завдяки наявності водосховища дозволяє вирішувати ряд інших важливих народногосподарських задач, які пов'язані з судноплавством, водопостачанням, розвитком рибного господарства та рекреацією.

Прикладом такого комплексного вирішення народногосподарських задач є каскад ГЕС на Дніпрі. З загальної встановленої потужності ГЕС та ГАЕС України (4,7 млн. кВт) більше 3,8 млн. кВт приходиться на частку шести ГЕС цього каскаду: Київської потужністю 361,2 МВт, Канівської – 444 МВт, Кременчуцької – 625 МВт, Дніпродзержинської – 352 МВт, Дніпровської – 1532 МВТ та Каховської – 351 МВт. Поряд з Київською ГЕС споруджена гідроакумулятивна електростанція, яка забезпечує зняття пікових навантажень, в основному для Києва, в ранкові та вечірні години, коли необхідність в електроенергії підвищується. Потужність Київської ГАЕС – 235,5 МВт. На р.Дністер неподалік від Могильова-Подільська споруджена Дністровська ГЕС потужністю 702 МВт, в Закарпатській області – Теребля-Рикська ГЕС потужністю 27 МВт.

Природнокліматичні умови України дають можливість достатньо ефективно використовувати нетрадиційні первинні джерела енергії: метан вугільних родовищ, біогаз, який отримують з відходів, енергію вітру, сонячну та геотермальну енергію. На початок ХХІ передбачається довести виробництво електроенергії на базі нетрадиційних джерел до 10,9 млрд. кВт·год та теплової енергії – до 16,8 млн. Гкал, а також використовувати 8 млрд. м³ вугільних родовищ.

Задоволення потреб України в паливі пов'язане, в першу чергу, зі зменшенням використання природного газу та збільшенням частки твердого палива при виробництві електричної та теплової енергії. Це дозволить знизити залежність економіки України від дорогого імпортного газу. Але перерозподіл видів палива, що використовується, в сторону твердого загострює і без того непросту екологічну обстановку, в першу чергу в великих промислових центрах.

До малої енергетики відносять теплогенеруюче та тепловикористовуюче обладнання. Це промислові ТЕЦ та котельні, все обладнання комунальної енергетики, заводські котельні та ТЕС, промислові печі, побутові енергоустановки різної тепловиробничості. Для неї характерний низький рівень економічності, надійності та безпеки, в тому числі і екологічної. Мала енергетика споживає більше 60% всього палива ТЕК України. Об'єми споживання газоподібного, рідкого та твердого палива складають (в умовному паливі) відповідно 49%, 20% і 31%. За оціночними даними в України нараховується близько 2, 0 млн. одиниць паливоспалюючих установок, які відносять до малої енергетики.

Теплові ККД мілких котельних в 1,5-2,0 рази нижче технічно допустимого рівня. Більше половини палива, яке витрачається на потреби теплопостачання, спалюється в такому енергоємному обладнанні.

Більше 15% об'єктів малої енергетики обладнано пилозловлювальним обладнанням. До того ж степінь вловлювання газоподібних викидів складає на них менше 40%.

Теплоелектроцентралі та великі районні котельні є в екологічному та економічному співвідношенні більш переважними. Але їх використання економічно оправдано лише при наявності великих централізованих споживачів. Необхідність в довгих та дорогих теплових мережах істотно знижує ефективність ТЕЦ і масштаби їх використання. Тому мала енергетика, завдяки такій перевазі як автономність, може успішно доповнювати централізовану систему енергопостачання, особливо при використанні нетрадиційних та відновлювальних джерел енергії.

Вичерпання горючих корисних копалин та високий рівень впливу традиційних джерел енергії на навколишнє середовище викликає інтерес до пошуку ефективних засобів використання нетрадиційних та відновлювальних джерел енергії (НВДЕ).

До основних НВДЕ відносять: енергію сонця, вітру, тепла Землі (наприклад, парогідротермічна), біомаси (органічні відходи в господарській діяльності людини, енергетичні плантації), океанів та морів (наприклад, приливів та відливів, температурного градієнту), нетрадиційні види гідроенергетики (малих річок, гідроакумулюючих систем), а також вторинні енергетичні ресурси (теплові відходи промислових та сільськогогосподарських підприємств). Очікується, що в наступні роки об'єм використання окремих видів НВДЕ розподілиться таким чином (в млн. т.у.п.): сонячна енергія (на гаряче водопостачання та опалення) – 36; геотермальна енергія – 29; енергія вітру – 7; енергія біомаси – 7; інші види енергії – 7; всього – 86 млн. т.у.п.

Необхідність та можливість розвитку в Україні НВДЕ обумовлені наступними причинами:

- дефіцитом традиційних для України ПЕР;

- дисбалансом в розвитку енергетичного комплексу України, орієнтованого, по-перше, на централізоване електро- та теплопостачання та, по-друге, на значне (понад 40%) виробництво енергії на АЕС за фактичної відсутності виробництв з отримання ядерного палива, утилізації та переробці відходів, а також виробництв зі створення та модернізації обладнання діючих АЕС (ядерних реакторів, котельного обладнання та т.і.);

- наявністю науково-технічної та промислової бази, яка придатна для виробництва практично всіх видів обладнання нетрадиційної енергетики;

- сприятливими кліматично-метеорологічними умовами для використання основних видів НВДЕ.

Виходячи з географічних, науково-економічних та екологічних факторів, для України доцільно розглядати використання таких НВДЕ, як енергія сонця, вітру, біомаси, малих річок, геотермальну енергію.