Социально-экономические и экологические проблемы выработки электроэнергии на теплоэлектростанциях
Министерство молодежи и спорта, образования и науки Украины
НТУ «ХПИ»
Кафедра «Экономики»
Реферат
на тему «Социально-экономические и экологические проблемы выработки электроэнергии на теплоэлектростанциях (ТЭС)»
студент группы Э-19б
Судак Михаил
Натовский П.В.
Харьков 2012
Содержание
- Введение
- Общий обзор ТЭС
- Преимущества и недостатки ТЭС
- Основные проблемы производства электроэнергии на ТЭС
- 4.1. Социально-экономические проблемы ТЭС
- 4.2. Экологические проблемы ТЭС
- Перспективы развития теплоэнергетикив Украине
- Некоторые пути решения проблем современной энергетики
- Выводы и заключения
- Список использованной литературы
1. Введение
На всех стадиях своего развития человек был тесно связан с окружающим миром. Но с тех пор как появилось высокоиндустриальное общество, опасное вмешательство человека в природу резко усилилось, расширился объём этого вмешательства, оно стало многообразнее и сейчас грозит стать глобальной опасностью для человечества. Расход невозобновляемых видов сырья повышается, все больше пахотных земель выбывает из экономики, так как на них строятся города и заводы. Человеку приходится все больше вмешиваться в хозяйство биосферы – той части нашей планеты, в которой существует жизнь. Биосфера Земли в настоящее время подвергается нарастающему антропогенному воздействию. При этом можно выделить несколько наиболее существенных процессов, любой из которых не улучшает экологическую ситуацию на планете. Наиболее масштабным и значительным является химическое загрязнение среды несвойственными ей веществами химической природы. Среди них – газообразные и аэрозольные загрязнители промышленно-бытового происхождения. Прогрессирует и накопление углекислого газа в атмосфере.
Развиваясь, человечество начинает использовать все новые виды ресурсов (атомную и геотермальную энергию, солнечную, гидроэнергию приливов и отливов, ветряную и другие нетрадиционные источники). Однако главную роль в обеспечении энергией всех отраслей экономики сегодня играют топливные ресурсы. Топливно-энергетический комплекс (ТЭК) тесно связан со всей промышленностью страны. На его развитие расходуется более 20% денежных средств. На ТЭК приходится 30% основных фондов.
В данной работе я рассмотрю основные проблемы, которые связаны с выработкой электроэнергии на ТЭС.
2. Общий обзор ТЭС
Электрическая станция – энергетическая установка, служащая для преобразования какого-либо энергии в электрическую. Тип электрической станции определяется, прежде всего, видом энергоносителя. Наибольшее распространение получили тепловые электрические станции (ТЭС), на которых используется тепловая энергия, выделяемая при сжигании органического топлива (уголь, нефть, газ и др.). На тепловых электростанциях вырабатывается около 76% электроэнергии, производимой на нашей планете. Это обусловлено наличием органического топлива почти во всех районах нашей планеты; возможностью транспорта органического топлива с места добычи на электростанцию, размещаемую близ потребителей энергии; техническим прогрессом на тепловых электростанциях, обеспечивающим сооружение ТЭС большой мощностью; возможностью использования отработавшего тепла рабочего тела и отпуска потребителям, кроме электрической, также и тепловой энергии (с паром или горячей водой) и т.п.
Тепловая электростанция (или тепловая электрическая станция) — это электростанция, вырабатывающая электрическую энергию за счет преобразования химической энергии топлива в механическую энергию вращения вала электрогенератора.
Основными узлами тепловой электрической станции являются:
- двигатели — силовые агрегаты тепловой электростанции
- электрогенераторы
- теплообменники ТЭС - теплоэлектростанции
- градирни.
На рис. 2 представлена классификация тепловых электрических станций на органическом топливе.
Рис.2. Типы электростанций на органическом топливе
Среди ТЭС преобладают тепловые паротурбинные (ПТУ), на которых тепловая энергия используется в парогенераторе для получения водяного пара высокого давления, приводящего во вращения ротор паровой турбины, соединённый с ротором электрического генератора(обычно синхронного генератора).В качестве топлива на таких ТЭС используют уголь(преимущественно), мазут, природный газ.
ПТУ, имеющие в качестве привода электрогенераторов конденсационные турбины и не использующие тепло отработавшего пара для снабжения тепловой энергией внешних потребителей, называются конденсационными электростанциями. ПТУ оснащённые теплофикационными турбинами и отдающие тепло отработавшего пара промышленным или коммунально-бытовым потребителям, называют теплоэлектроцентралями (ТЭЦ).
ТЭС с приводом электрогенератора от газовой турбины называются газотурбинными электростанциями (ТЭС с ГТУ – газотурбинная установка).В камере сгорания ГТУ сжигают газ или жидкое топливо; продукты сгорания с температурой 750-900 °С поступают в газовую турбину, вращающую электрогенератор. КПД таких ТЭС с ГТУ обычно составляет 30-33 %, мощность - до нескольких сотен МВт. ГТУ обычно применяются для покрытия пиков электрической нагрузки.
ТЭС с парогазотурбинной установкой, состоящей из паротурбинного и газотурбинного агрегатов, называется парогазовой электростанцией (ТЭС с ПГУ, а часто - ПГУ ). КПД которой может достигать 56-58 %. ТЭС с ГТУ или ПГУ могут отпускать тепло внешним потребителям, то есть работать как ТЭЦ.
Немаловажную роль среди тепловых установок играют конденсационные электростанции (КЭС). Простейшая принципиальная схема КЭС, работающей на угле, представлена на рис.3. Топливо поступает в топку парогенератора (парового котла) 1, имеющего систему трубок, в которых циркулирует химически очищенная вода, называемая питательной. В котле вода нагревается, испаряется, а образовавшийся насыщенный пар доводится до температуры 400—650°С и под давлением 3—24 МПа поступает по паропроводу в паровую турбину 2. Параметры пара зависят от мощности агрегатов. Далее одна часть пара полностью используется в турбине для выработки электроэнергии в генераторе 3 и затем поступает в конденсатор 4, а другая отбирается от промежуточных ступеней турбины и используется для подогрева питательной воды в подогревателях 7 и 8. Конденсат насосом 5 через деаэратор 9 и далее питательным насосом 6 подается в парогенератор. Тепловые конденсационные электростанции имеют невысокий кпд (35— 40%), так как большая часть энергии теряется с отходящими топочными газами и охлаждающей водой конденсатора.
Рис.3 Принципиальная схема КЭС
1 – паровой котел; 2 – паровая
турбина; 3 – электрический генератор;
4 – конденсатор; 5 – конденсатный насос;
6 – питательный насос; 7 – подогреватель
низкого давления; 8 – подогреватель высокого
давления; 9 – деаэратор;
12 – водоподготовительная установка.
Особенностью теплоэлектроцентр
3. Преимущества и недостатки ТЭС
Некоторые преимущества тепловых станций по сравнению с другими типами станций заключаются в следующем:
1. В относительно свободном
территориальном размещении, связанном
с широким распространением
2. В способности (в отличие от ГЭС) вырабатывать энергию без сезонных колебаний мощности;
3. В том, что площади отчуждения и вывода из хозяйственного оборота земли под сооружение и эксплуатацию ТЭС, как правило, значительно меньше, чем это необходимо для АЭС ;
4. ТЭС, в связи с массовым освоением технологий их строительства, сооружаются гораздо быстрее, чем ГЭС или АЭС, а их стоимость на единицу установленной мощности значительно ниже по сравнению с АЭС и ГЭС.
В то же время ТЭС обладают и крупными недостатками, в том числе некоторые из них:
1. для эксплуатации
ТЭС обычно требуется гораздо
больший персонал, чем для ГЭС
сопоставимой мощности, связанной
с обслуживанием очень
2. ТЭС постоянно зависят от поставок невозобновляемых (и нередко привозных) топливных ресурсов (уголь, мазут, газ, реже торф и горючие сланцы);
3. ТЭС весьма критичны к многократным запускам и остановкам; смены режима их работы резко снижают эффективность, повышают расход топлива и приводят к повышенному износу основного оборудования;
4. ТЭС оказывают прямое
и крайне неблагоприятное
В следующем разделе я хочу подробнее остановиться на проблемах, которые связаны с сооружением ТЭС, выработкой, передачей и распределением энергии на них.
4. Основные проблемы производства электроэнергии на ТЭС
В условиях работы ТЭС на рынке электроэнергии экономические показатели, в том числе и себестоимость, производства электроэнергии относятся к числу важнейших. Помимо прямых затрат на топливо, эксплуатацию осуществляются так же затраты и за другие ресурсы, в том числе за водопользование, за воздействие на окружающую среду. Теплооэнергетика является одной из важных подотраслей электроэнергетики. Более 60% промышленно-производственных фондов сосредоточено на ТЭС. Они выполняют различные функции в общей системе энергообеспечения.
4.1. Социально-экономические проблемы ТЭС
За последние 30 лет мощность тепловых станций выросла в 5 раз. Сегодня структура топливного баланса следующая: природный газ – 63% потребляемого на ТЭС топлива, уголь - 28%, мазут и прочие виды топлива - 19%. В топливном балансе ТЭС во всем мире, в целом, доминирующее положение занимает уголь. Обеспечение топливом Украины одна из важнейших проблем. Наша страна обеспечена собственным углем ~ на 95%, природным газом ~ на 25% и нефтью ~ на 10%. Именно поэтому значительная часть ТЭС работает на угле.
Сжигаемый на ТЭС Украины энергетический уголь имеет обычно низкое качество. Высокая зольность и влажность угля при практическом отсутствии обогащения вызывают значительные технические и экологические трудности при его сжигания в котлах. Это, в частности, явилось одной из причин снижения его использования.
При заборе воды для ТЭС из рек, озер, а так же из водохранилищ общего пользования, забор воды по прямоточной системе равен всему количеству, которое забирается из источника и направляется, в том числе и на охлаждение конденсаторов паротурбинных установок и теплообменников вспомогательного оборудования ТЭС.
Для многих конденсационных ТЭС при использовании прямоточного водоснабжения осуществляется забор воды из отдельно специально построенных водохранилищ (прудов-охладителей). В этом случае осуществляется прямоточно-оборотное водоснабжение и плата за водопользование определяется исходя из необходимого количества воды для восполнения потерь воды в данном водохранилище из другого источника.
При оборотной схеме
технического водоснабжения с использованием
открытых систем градирен, плата за
водопользование также производ
Таким образом, величина
платы за водопотребление ТЭС, определяемой
как количество забора воды из источника
на ставку платы, существенно различается
для случаев использования
На ТЭС топливная составляющая себестоимости электроэнергии преобладает над остальными затратами. Поэтому ценовая связь между топливом и электроэнергией очевидна. Чем дороже закупается топливо для производства электроэнергии, тем дороже объодиться и само производство электроэнергии. Однако, будем считать, что топливная составляющая в себестоимости электроэнергии ТЭС не превышает 60 %.
Приведение тарифов для населения к экономически обоснованному уровню до конца 2012 года. С начала 2012 года, уже дважды поднимались тарифы на электроэнергию для населения, однако их рост оказался ниже прогнозов. Так, с 1 февраля 2012 года для населения был утвержден двухуровневый тариф на электроэнергию. Он был повышен на 30% при потреблении домохозяйством более 150 кВт-ч электроэнергии в месяц, или при потреблении более 250 кВт-ч для домохозяйств, использующих электроплиты. Это позволило увеличить доходы ТЭС на 2-3% в 2012 году, что в целом незначительно. Следующее повышение тарифов для населения произошло в апреле 2012, и их рост составил 15% как по первому, так и по второму уровню тарифов. Однако, стоит отметить, что параллельно с тарифами для населения растет и себестоимость производства электроэнергии из-за роста цен на уголь.
Тарифы на электроэнергию для населения лишь на 40-50% покрывают затраты на ее производство, и в 4,5 раза ниже экономически обоснованного уровня. В тоже время, тариф для промышленности в 2-5 раза превышает себестоимость электроэнергии, компенсируя, таким образом, низкие тарифы для населения (т.н. перекрестное субсидирование).
Цены на уголь для ТЭС достигли 96,3 долларов за тонну, что практически соответствовует рыночным ценам, которые отражены в украинских экспортных ценах на уголь (FOB АЧБ). По мере продолжения либерализации рынков электроэнергии и угля, активная фаза которых ожидается в следующем году, внутренние цены на уголь будут все больше зависеть от мировых цен.
На данный момент, конъюнктура мирового рынка энергетического угля благоприятствует дальнейшему росту цен, спрос на уголь на мировом рынке часто превышает предложение.
Основным фактором увеличения производства электроэнергии на ТЭС является рост украинской экономики, что влечет за собой увеличение спроса на электроэнергии со стороны промышленности и населения.
4.2. Экологические проблемы ТЭС
Для ТЭС к числу основных значимых факторов экологического воздействия на окружающую среду относятся:
- выбросы вредных веществ в атмосферный воздух,
- тепловое воздействие со сбросами в холодный источник.
Тепло в окружающую среду
отводится главным образом с
охлаждающей водой
Величина отвода тепла в окружающую среду зависит от мощности ТЭС и связана с показателями тепловой экономичности. Количество отводимой энергии в окружающую среду составляет для конденсационных электростанций от 40 до 70 % всей тепловой энергии, выделяемой при сжигании топлива.
Экологическое воздействие при отводе тепла в холодный источник определяется с тепловым воздействием на окружающую среду в целом. Тепловое воздействие с охлаждающей водой при прямоточной и прямоточно-оборотной схемах забора и отвода воды ограничивается по локальному допустимому повышению температуры воды в самом источнике водоснабжения: реке, озере, водохранилище. При оборотной схеме с использованием открытых систем градирен тепловое воздействие проявляется в выбросе в атмосферу подогретого и насыщенного паром воздуха. При использовании сухих градирен это воздействие проявляется отводом подогретого воздуха.
Система технического водоснабжения
ТЭС имеет ряд особенностей. Су-щественная
часть до 95% всего расхода воды
подается на охлаждение конденсаторов
и вспомогательных
Как правило, главный корпус конденсационной электростанции расположен непосредственно у береговой линии реки, озера или водохранилища-охладителя. Вода подается на основные устройства отвода тепла в окружающую среду насосными станциями. После нагрева её в конденсаторах и теплообменниках вода сбрасывается в поверхностный источник. При этом данный поток воды подвергается только подогреву. Работа конденсаторов паротурбинных установок при отводе тепла конденсации пара рассчитана на подогрев охлаждающей воды на 8-10 оС. В зависимости от типа схемы водопользования количество отводимого тепла при прямоточной схеме подачи охлаждающей воды для ТЭС будет наименьшей и несколько возрастать при использовании систем с применением градирен.
Как уже неоднократно упоминалось, основными видами органического топлива, используемого на ТЭС, являются газ, нефтетопливо (мазут) и твердое топливо (уголь, сланцы, торф, а также отходы деревообработки и др., - главным образом, уголь).
При сжигании указанных видов топлива:
· природного газа – в атмосферу выбрасываются оксиды азота (NO, NO2), оксиды углерода (СО) и бенз(а)пирен (С20Н12);
· угля – добавляются оксиды серы (SO2 и SO3), зола, токсичные микроэлементы, а также радиационные составляющие минеральной части;
· мазута – добавляются оксиды ванадия (V2O5).
При сжигании серосодержащих топлив основная часть серы топлива (97...98 %) окисляется до SO2, а остальные – (2...3 %) – SO3. Поэтому все выбросы оксидов серы от ТЭС при оценке загрязнения атмосферы определяют в виде SO2. При сжигании природного газа, как и мазута, образование оксида углерода легко предотвращается рациональной организацией топочного процесса. Также ничтожно мала концентрация бенз(а)пирена при сжигании природного газа. Таким образом, токсичность уходящих газов при сжигании природного газа определяется практически только содержанием в нем оксидов азота, в отличии от угля и мазута, т.е. природный газ является наиболее экологически чистым органическим топливом. Если учесть, что в технологическом цикле ТЭС, работающей на угле, возникают выбросы в атмосферу пыли, продуктов самовозгорания угля и золы при их складировании, хранении и транспорте, а при работе на мазуте – выбросы углеводородов, экологические преимущества природного газа становятся очевидными.
Также неблагоприятное воздействие, оказывает хранение и складирование угля. Наиболее негативно на окружающую среду влияет хранение угля на открытых складах. Закрытые склады являются более экологически чистыми, однако требуют повышения капитальных затрат.
Также неблагоприятное воздействие, оказывает хранение и складирование угля. Наиболее негативно на окружающую среду влияет хранение угля на открытых складах. Закрытые склады являются более экологически чистыми, однако требуют повышения капитальных затрат.
Воздействие технологических процессов, происходящих на ТЭС, на окружающую среду весьма разнообразно и по уровню распространения носит различный характер:
· локальный (на расстоянии вокруг технологического объекта до нескольких единиц и десятков километров);
· региональный (расстояние воздействия достигает сотен и тысяч километров);
· глобальный (воздействие оценивается в масштабе полушария или земного шара).
В локальной зоне наблюдаются максимальные приземные концентрации, значения которых не должны превышать нормативных. Соблюдение нормативов может быть обеспечено:
- выбором соответствующего места расположения технологического объекта;
- мощностью объекта;
- использованием экологически приемлемого оборудования;
- применением эффективных способов очистки вредных выбросов и сбросов;
- рассеиванием в атмосфере остаточных выбросов с помощью источника рассеивания.
Региональное загрязнение определяется условиями:
- фоновых концентраций;
- удельных техногенных нагрузок на окружающую среду;
- трансграничным переносом выбросов.
Глобальное воздействие определяется:
- изменением климата планеты вызванного нарушением радиационного теплового баланса Земли в результате накопления продуктов сгорания органического топлива в атмосфере и усиления парникового эффекта;
- воздействием техногенных процессов на озоновый слой планеты; уменьшением дебита пресной воды; увеличенным водопотреблением на технологические нужды, т.е. загрязнение сбрасываемой воды, ее тепловое и микробиологическое влияние на водоемы; уменьшение площади плодородных почв на планете;
- снижение рыбных запасов, запасов флоры и фауны в целом.
При этом по воздействию на среду выделяют:
1. Атмосферу (внешняя газообразная оболочка Земли с постоянно убывающей концентрацией газов до высоты 1100...1400 км)
• потребление кислорода (в основе современных энергообеспечивающих, металлургических, химических, транспортных технологий лежат процессы горения);
• выброс газов и твердых частиц, полученных при горении;
• тепловое воздействие;
• электромагнитное воздействие;
• ионизация.
2. Литосферу (твердая внешняя оболочка Земли средней условной мощностью 16 км, включающая и почвенный слой вместе с биоценозом)
• потребление ископаемых;
• выброс на поверхность почвы твердых частиц и жидких стоков.
3. Гидросферу (прерывиста водная оболочка Земли, включающая поверхностные и подземные воды)
• загрязнение жидкими стоками отходов производства, “кислотных дождей” и т.п.;
• тепловое воздействие с охлаждающей водой;
4. Биосферу (Без учета человека, так как интересы человека учитываются интересами социума (нижняя часть атмосферы, вся гидросфера и верхняя часть литосферы Земли, населенная живыми существами))
• потребление неископаемых видов энергоносителей (щепа, дрова);
• нарушение биоценозов (биоценоз – это организованная группа популяций растений (фитоценоз), животных (зооценоз) и микроорганизмов (микробиоценоз), живущих во взаимодействии в одних и тех же условиях среды);
• миграции и вымирание животных и растений от различного рода воздействий на них.
Рис. 4. Схема взаимодействия ТЭС с окружающей средой
К – котел; Т – турбина; Г – электрогенератор; Р – регенерации система; МО – маслоохладители; ТР – трансформаторные подстанции; ЛЭП – линии электропередач.
Имеются данные, что если бы вся сегодняшняя энергетика базировалась на угле, то выбросы СО, составляли бы 20 млрд. тонн в год (сейчас они близки к 6 млрд. т/год). Это тот предел, за которым прогнозируются такие изменения климата, которые обусловят катастрофические последствия для биосферы.
ТЭС - существенный
источник подогретых вод,
Однако, снижать вредные выбросы от таких ТЭС в пределах требуемых норм можно, как за счет внедрения технологических способов при сжигании органических топлив и новых технологий, конструкций, способов сжигания, так и за счет специальных способов очистки газов от загрязнителей.
5. Перспективы развития теплоэнергетики в Украине
В электроэнергетическом секторе Украины за трансформационный период проведен ряд важных рыночных реформ, и хотя не все они обеспечили ожидаемый эффект и не все имели необходимое продолжение, в конечном итоге был получен такой системно значимый результат, как хозяйственное и юридическое отделение разных видов деятельности (генерация, распределение, передача электроэнергии и снабжение ею) из 8 государственных энергетических компаний с традиционным для плановой экономики вертикально интегрированным строением.
В то же время государственная монополия объективно должна быть сохранена в сфере диспетчеризации и управления магистральными электросетями ОЭС Украины. Одним из инструментов создания конкурентных рынков в указанных сегментах отечественной электроэнергетики стала приватизация - вначале в планах разгосударствления этого сектора предполагалось передать в частную собственность 27 дистрибуционных и 4 генерирующие теплоэнергетические компании Украины.
Хотя мировой опыт убедительно доказывает, что разделение энергетических монополий по видам деятельности и их взвешенное, поэтапное разгосударствление (исключительно в сферах, где они целесообразны) - это предпосылка создания энергорынков, ориентированных на конкуренцию. Сфера тепловой генерации - не исключение, во многих экономически развитых странах она эффективно функционирует благодаря масштабному привлечению частного капитала (наиболее экономически мотивированного, инвестиционно способного и ориентированного на укрепление собственных рыночных позиций). Существует ряд проблем в развитии теплоэнергетики.
Во-первых, насущная
потребность в технико-

- Социально- экономические методы управления
- Социально-экономические модели развитых стран
- Социально-экономические основы маркетинга
- Социально-экономические основы маркетинга
- Социально-экономические основы, сущность и теории прогнозирования и планирования в условиях рыночной экономики
- Социально-экономические особенности развития Швеции
- Социально-экономические отношения
- Социально-экономические изменения, обусловленные реформами Екатерины II
- Социально-экономические и культурные права человека и гражданина в Российской Федерации
- Социально-экономические институты и их роль в экономической жизни общества
- Социально-экономические и политические последствия первой мировой войны
- Социально-экономические и психологические последствия безработицы
- Социально-экономические и психологические проблемы студенческой семьи
- Социально-экономические и экологические аспекты выроботки электроэнергии на гидроэектростанциях (ГЭС)