Теплоенергетика України

1. Теплоенергетика. Основні поняття.

Теплоенергетика, галузь теплотехніки, що займається перетворенням теплоти в інші види енергії, головним чином у механічну й електричну. Для генерування механічної енергії за рахунок теплоти використовують теплосилові установки; отримана в цих установках механічна енергія використовується для приведення вдію робочих машин (металообробних верстатів, автомобілів, конвеєрів і т.д.) чи електромеханічних генераторів, за допомогою яких виробляється електроенергія. Установки, у яких перетворення теплоти в електроенергію здійснюється без електромеханічних генераторів, називаються установками прямого перетворення енергії. До них відносять магнітогідродинамічні генератори, термоелектричні генератори, термоемисійні перетворювачі енергії.

Перетворення теплоти в механічну енергію в теплосилових установках засновано на здатності газо- чи пароподібного тіла робити механічну роботу при зміні його об’єму. При цьому робоче тіло повинне зробити замкнуту послідовність термодинамічних процесів (цикл). У результаті такого циклу від одного чи декількох джерел теплоти відбирається визначена кількість теплоти Q1 і одному чи декільком джерелам теплоти віддається кількість теплоти Q2, менше, ніж Q1; при цьому різниця Q1 – Q2 перетворюється в механічну роботу Атеор. Відношення отриманої роботи до витраченої теплоти називається термічним ККД цього циклу

(1)

У найпростішому випадку цикл може бути здійснений при одному джерелі теплоти з температурою T1, що віддає теплоту робочому тілу, і одному джерелі теплоти з температурою T2, що сприймає теплоту від робочого тіла. При цьому в температурному інтервалі T1 - T2 найвищий ККД hк = 1 - T2/T1 серед усіх можливих циклів має Карно цикл, тобто hк ht. Кпд, рівний 1, тобто повне перетворення теплоти Q1 у роботу, можливий або при T1 = ¥;, або при T2= 0. Зрозуміло, що жодну з цих умов на практиці реалізувати неможливо. Важливо ще підкреслити, що для земних умов температура Т2 для теплоенергетичних установок повинна в кращому випадку прийматися рівній температурі Т0 навколишнього середовища. Одержати джерело теплоти з температурою Т2 < Т0 можна лише за допомогою холодильной машини, яка для своєї дії в загальному випадку вимагає витрати роботи. Неможливість повного перетворення теплоти в роботу за умови, що всі тіла, що беруть участь у цих перетвореннях, будуть повернуті у вихідні стани, встановлюється другим законом термодинаміки.

Процеси, що протікають у реальних установках, що перетворять теплоту в інші види енергії, супроводжуються різними втратами, у результаті чого одержувана дійсна робота Адійсн. виявляється меншою за теоретично можливу роботу Атеор. Відношення цих робіт називається відносним ефективної ККД установки hoe, тобто,

(2)

Теплові електростанції. Основу сучасної теплоенергетики складають теплосилові установки паротурбінних електростанцій, що складаються з котла і турбіни. У СРСР на таких електростанціях у 1975 було вироблено більш 80% всієї електроенергії. У великих містах найчастіше будуються ії (ТЕЦ), а в районах з дешевим паливом - конденсаційні електростанциї (КЕС).

Відмінність ТЕЦ від КЕС полягає в тому, що ТЕЦ віддає споживачу не тільки електроенергію, але і теплоту з мережною водою, нагрітої в бойлерах до 150-170 °С. Мережна вода по магістральних теплопроводах подається в житлові масиви і далі або безпосередньо, або через проміжні теплообмінники направляється на опалення і гаряче водопостачання. Турбіни ТЕЦ крім регенеративних доборів пари мають один чи кілька регульованих теплофікаційних доборів. Така турбіна працює за графіком теплового споживання, і в найбільш холодний час року пропуск пари в конденсатор практично дорівнює нулю. Опалення від ТЕЦ економичныше,ніж від індивідуальних і навіть центральних котелень, тому що на ТЕЦ мережна вода підігрівається парою, що відробила. У котельнях для підвищення економічності використовується теплота при максимальній температурі горіння палива.

Одна з основних тенденцій розвитку теплових електростанцій - збільшення потужності одиничних агрегатів (парогенераторів і парових турбін), що дозволяє швидкими темпами нарощувати енергооснащеність народного господарства. У СРСР (1976) на КЕС освоюються енергетичні блоки потужністю 800 Мвт, а на ТЕЦ - 250 Мвт.

На дизельних електростанціях (ДЕС), на відміну від теплових і атомних електростанцій, електромеханічні генератори приводяться в обертання не турбінами, а двигунами внутрішнього згоряння - дизелями. ДЕС служать для постачання електроенергією районів, що не підключені до ліній електропередач і вмісцях, де неможливе спорудження теплових чи гідроелектричних станцій. Потужність окремих стаціонарних дизельних електростанций перевищує 2,2 Мвт.

Установки прямого перетворення теплової енергії. Розглянуті вище теплосилові установки перетворять теплоту в механічну енергію, що на електростанціях перетворюється в електроенергію за допомогою електромеханічних генераторів або затрачається на рух у рухових установках. Однак можливо безпосереднє перетворення теплоти в електроенергію за допомогою так званих установок прямого перетворення енергії. Найбільш перспективні установки з магнітогідродинамічним генератором (МГД-генератором). Термодинамічний цикл електростанції з МГД-генератором, що працює на продуктах згоряння органічного палива, аналогічний циклу газотурбінної установки. У камеру згорання подаються паливо і стиснене повітря, попередньо підігріте до максимально можливої температури або збагачений киснем. Це необхідно, для того щоб одержати теоретичну температуру горіння палива - близько 3000 С. Потужність окремих МГД-генераторів на продуктах згоряння складає кілька десятків Мвт (1975). Тому що температура газів після генератора дуже велика (більш 2000 С), раціонально використовувати МГД-установку в комплексі зі звичайною паротурбінною станцією. У цьому випадку теплота, що відбирається від газів, йде на виробництво пари для паротурбінної установки. ККД такої комбінованої установки може досягати 50-60%. Таке підвищення ККД дуже важливо також з погляду зменшення теплових викидів електростанцій у навколишнє середовище. Так, якщо прийняти, що ККД теплової електростанції складає близько 40%, те при збільшенні ККД до 60% кількість теплоти, що скидається, зменшиться приблизно в 2,3 рази (при однаковій електричній потужності станцій).

2. Коротка історія розвитку енергетики України.

Наведемо основні історичні події Української енергетики в цілому і теплоене­ргетики зокрема

1978 р. Вперше в Києві встановлено електричну машину і 4 дугових електричних ліхтарі.

1880 р.

Створено Електротехнічний відділ Імператорського російського технічного товариства (РТТ), а також його відділення в Києві, Одесі, Катеринославі (Дніпропетровську), Миколаєві. Вийшов перший номер журналу 'Электричество'

1890 р.

Пуск перших електростанцій в Україні (Київ, Костянтинівка, Катеринослав, Львів)

1892 р.

В Києві ведено в дію перший у Росії і другий у Європі електричний трамвай

1913 р.

Потужність електростанцій України становила 304,3 тис.кВт

1920 р.

Прийняття плану ГОЕЛРО, що передбачав будівництво 4 теплових електростанцій у Донбасі і ДніпроГЕСу

1926 р.

Пуск першого агрегату Штерівської ДРЕС

1929 р.

Споруджена перша ПЛ-110 кВ Штерівська ДРЕС-Кадіївка

1930 р.

Введено в експлуатацію перші агрегати КРЕС і ЕСХАР (Київської і Харківської районних електростанцій).

Створення перших акціонерних енергокомпаній (Киевток, Донбассток та ін.) і диспетчерських центрів

1932 р.

Пуск першого гідроагрегату ДніпроГЕС.

Введено в експлуатацію ПЛ-154 кВ ДніпроГЕС-Донбас.

Створено Всесоюзне наукове інженерно-технічне товариство енергетиків (ВН¦ТТЕ). В Україні організації ВН¦ТТЕ працювали в Києві, Харкові, Дніпропетровську, Одесі

1935 р.

Створення Донбаської, Дніпровської і Харківської енергетичних систем

1940 р.

Введена в дію ПЛ-220 кВк Дніпро-Донбас.

Створена об'єднана Південна енергетична система з центральним диспетчерським керуванням

1944-1950рр.

Відбудова зруйнованих війною електростанцій і електромереж України

1953-1958рр.

Пуск першого енергоблока 100 МВт на Миронівській ДРЕС, введення агрегатів на Добротвірській, Луганській, Придніпровській ДРЕС

1959 р.

Пуск енергоблоків 150 МВт на Придніпровській ДРЕС. Пуск перших гідроагрегатів на Кременчуцькій і Дніпродзержинській ГЕС

1961 р.

Споруджена перша в Україні ЛЕП-330 кВ Кременчук-Черкаси-Київ.

Початок введення енергоблоків 200 МВт на Луганській і Старобешівській ДРЕС, а згодом - на Зміївській, Бурштинській, Курахівській ДРЕС

1962 р.

Створено Міністерство енергетики та електрифікації України.

Споруджена перша у світі лінія електропередачі постійного струму Волгоград-Донбас напругою 800 кВ довжиною 473 км.

Лініями електропередачі Україна з'єдналася з енергосистемами Угорщини, Чехословаччини, Польщі і Румунії

1963 р.

Розпочалося введення енергоблоків 300 МВт на Придніпровській, а згодом на Криворізькій, Зміївській, Трипільській, Ладижинській, Запорізькій, Вуглегірській, Зуївській ДРЕС

1964 р.

Введена в дію Дніпродзержинська ГЕС потужністю 350 МВт.

1965 р.

В Україні працює близько 1600 малих ГЕС.

Сформована об'єднана енергетична система України

1967 р.

Введено перший енергоблок 800 МВт на Слов`янській ДРЕС

1968 р.

З ініціативи регіональних відділень Всесоюзного науково-технічного товариства (НТТ) створено Українське республіканське правління НТТ енергетики та електротехнічної промисловості

1970 р.

Введена в дію перша в СРСР Київська гідроакумулююча електростанція потужністю 225 МВт

1973 р.

Введена в експлуатацію електропередача 750 кВ ПС 'Донбаська' - ПС 'Західно-Українська'

1974 р.

Прийнята в експлуатацію друга черга ДніпроГЕСу

1975 р.

Завершено будівництво каскаду Дніпровських гідроелектростанцій.

Створена Рада старійших енергетиків України.

Розпочато спорудження Південно-Українського енергокомплексу в складі АЕС, ГЕС і ГАЕС

1976 р.

На Київській ТЕЦ-5 введений в експлуатацію теплофікаційний енергоблок потужністю 250/300 МВт. У подальшому такі агрегати введені на Київській ТЕЦ-6 і Харківській ТЕЦ-5

1977 р.

Введення в експлуатацію першого енергоблока на Чорнобильській АЕС потужністю 1000 МВт з реакторами РБМК-1000.

Завершилося спорудження 6 енергоблоків потужністю по 800 МВт на Запорізькій і Вуглегірській ДРЕС, потужність кожної з цих електростанцій досягла 3600 МВт

1986 р.

26 квітня. Аварія на енергоблоці №4 Чорнобильської АЕС.Завершено будівництво Рівненської АЕС із двома енергоблоками ВВЕР-440 і одним енергоблоком ВВЕР-1000

1987 р.

Введена в експлуатацію Хмельницька АЕС потужністю 1000 МВт

1989 р.

Введена в дію Південно-Українська АЕС із трьома енергоблоками ВВЕР-1000

1991 р.

Загальна довжина електромереж України перевищила 1 млн.км. Українське правління НТТЕіЕП реорганізувалося у Науково-технічну спілку енергетиків та електротехніків України (НТСЕУ)

1993 р.

Створено Українське ядерне товариство

1994 р.

Створена Національна комісія регулювання електроенергетики України

1995 р.

Завершено спорудження найбільшої в Європі Запорізької АЕС потужністю 6 млн.кВт

1997 р.

Прийнято Закон України 'Про електроенергетику'

2000 р.

Створено Міністерство палива та енергетики України

2000 р.

Закрито Чорнобильську АЕС.

3. Передумови і фактори розміщення підприємсв ТЕК.

Напрям, динаміка, склад і структура господарства України зумовлювалися значною мірою її політичним статусом. Він характеризувався тим, що Україна в основному не мала своєї повноцінної державності. У ті короткі періоди, коли ця державність формувалася, не було змоги організувати господарське життя, виходячи з національних інтересів українського народу. Крім того, Україна у більшості випадків була поділена між сусідніми державами. У різний час це були Польща, Росія, Литва, Австрія, Туреччина та інші.

Теплоенергетика, як галузь народного господарства зародилася фактично в 20-му ст., більшу частину якого Україна входила до складу Раднського Союзу. Україна майже повністю копіювала динаміку господарства СРСР, а довготривалий період застою (від 60-х років) повністю відобразився в такомуж застої на Україні. Окремі злети в в господарському розвитку України пояснюється тим, що її активно залучали до розв’язання всесоюзних програм, втому числі і енергетичної.

У розвитку та розміщенні господарсива України важливу, часом вирішальну, роль відігравали позаекономічні фактори – військово-політичні чи навіть ідеологічні. Це деякою мірою стосується і підприємсв енергетики, особливо атомної. На розміщення підприємств теплоенергетичної галузі все таки більшою мірою впливали економічні та природні фактори. Це пояснюється тим, що теплоенергетика має значний ступінь залежності від природних ресурсів.

Проаналізуємо трохи детальніше фактори, що вплинули на сруктуру теплоенергетичного комплексу України.

Паливний фактор. До паливомістких відносять виробництва, що поглинають багато тепла. Такі підприємства розташовуються поблизу паливних баз. Особливе місце серед паливомістких галузей належить теплоелектростанціям Для ДРЕС потужністю 3 млн. кВт (таку потужність має низка теплоелектростанцій у Донбасі і Придніпров’ї) треба приблизно 6,5 млн. т. у. п. на рік. Зрозуміло, що ДРЕС, які обслуговують широке коло споживачів електроенергії, повині розташовуватися поблизу джерел палива. Оскільки передавати електроенергію на великі відстані не вигідно через чималі втрати в мережі, ДРЕС притягують до себе енергомісткі виробництва. Це можна сказати про великі електростанції Донецько-Придніпровського району (Придніпровська, Слов’янська, Вуглегірська тощо).

Фактор робочої сили. Фактор робочої сили останім часом все менше впливає на формування галузевої структури господарства. Скоріш навпаки, структура господарства визначає географію розміщення трудових ресурсів. Це значною мірою стосується енергетичної галузі. Багато електростанцій породили такзвані міста супутники, в яких живуть в основному енергетики. Наприклад Бурштинська і Добротворська ТЕС. Не можна в зв’язку з цим не згадати сумновідоме місто Прип’ять, породжене Чорнобильською АЕС.

Споживчий фактор. Як вже говорилося, географія розміщення споживачів електроенергії суттєво впливає на структуру теплоенергетики. Якщо електричний струм ще можна передавати на великі відстані, то то тепло від теплоцентралей не можна транспортувати далі ніж 30 км. (інакше воно розгубиться в мережі). Тому ТЕЦ споруджуються лише у великих містах.

Згадаємо ще екологічний фактор. Цей фактор протягом багатьох років мало враховувався або просто ігнорувався, за що ми, наші діти і онуки будемо ще довго розплачуватися. Не виняток і підприємства енергетичної галузі (ЧАЕС, Дніпровські ГЕС та ін.). Екологічні проблеми сучасної Української теплоенергетики будуть розглянуті в цій роботі окремим пунктом.

4. Теплоенергетика сьогодні.

4.1. Сруктура ТЕК України.

Українська електроенергетика (див. Додаток №3) складається з восьми електроенергетичних систем:

ü Днiпровська

ü Донбаська

ü Захiдна

ü Кримська

ü Пiвденна

ü Пiвденно-Захiдна

ü Пiвнiчна

ü Центральна

До них входять такі енергопостачаючі компанії:

1. Вiнницяобленерго

2. Волиньобленерго

3. Днiпрообленерго

4. Донецькобленерго

5. Житомиробленерго

6. Закарпаттяобленерго

7. Запорiжжяобленерго

8. Київенерго

9. Київобленерго

10. Кiровоградобленерго

11. Крименерго

12. Луганськобленерго

13. Львiвобленерго

14. Миколаївобленерго

15. Одесаобленерго

16. Полтаваобленерго

17. Прикарпаттяобленерго

18. Рiвнеобленерго

19. Севастопiльмiськенерго

20. Сумиобленерго

21. Тернопiльобленерго

22. Харкiвобленерго

23. Херсонобленерго

24. Хмельницькобленерго

25. Черкасиобленерго

26. Чернiвцiобленерго

27. Чернiгiвобленерго

Електричний струм виготовляють такі енергогенеруючі компанії:

На 14 ТЕС енергогенеруючих компанiй працює 99 енергоблокiв сумарною потужнiстю 28027 МВт, з яких потужнiстю:

150 МВт ‑ 6,

175-210 МВт ‑ 43,

282-300 МВт ‑ 42,

720-800 МВт ‑ 8

27 ТЕЦ загального використання сумарною потужнiстю 4104 МВт

243 промислових ТЕЦ загальною потужнiстю 3100 МВт

4.2. Енергопостачальна компанія «Кіроврградобленерго»

Оскільки ми проживаємо в Кіровограді, то нас цікавлять дані по організації, що постачає електроенергію в наше місто. Такою організацією є “Кіровоградобленерго”. Наведемо деякі економічні показники цієї компанії.

Встановлена потужність електростанцій - 27.2 Мвт.

Площа регіону постачань електроенергії - 24.6 тис.кв.км.

Чисельність населення в регіоні - 1,24 млн. чол.

Чисельність персоналу - 2 913 чол.

До основних промислових споживачів підприємства відносяться:

· ОАО «Чисті метали».

· Світловодский державний комбінат твердих сплавів і тугоплавких металів.

· ОАО «Червона зірка».

· ОАО «3аваловский графітовий комбінат».

Фінансові показники діяльності підприємства:

Структура акціонерного капіталу ОАО ГАЕК «Кіроврградобленерго»:

ОАО ГАЕК «Кіроврградобленерго» володіє середньою інвестиційною привабливістю як для портфельних, так і стратегічних інвесторів.

Позитивні фактори:

1. Компанія - монополіст по розподілу і транспортуванню електроенергії в м.Кіровоград і Кіровоградської області - великому промисловому і сільськогосподарському регіоні країни;

2. Готовність менеджменту до співробітництва з метою рішення проблем, що виникли в електроенергетиці за недавній час.

Негативні фактори:

1. Висока частка покупної електроенергії в структурі тарифу - до 83%;

2. Спад споживання електроенергії з боку промислових споживачів;

3. Низький рівень збирання платежів за електроенергію в коштах;

4. Незначні розміри власних потужностей, що генерують;

5. Висока частка населення в структурі споживання електроенергії.

4.3. Бурштинська і Добротворська ТЕС компанії «Західенерго» і їхня роль в енергозабезпечені західних областей України.

Бурштинська і Добротворська ТЕС, що входять до складу енергогенеруючої компанії «Західенерго», є основними постачальниками електроенергії не тільки для Івано-Франківської і Львівської областей (де вони знаходяться) але і для сусідніх Тернопільської, Закарпатський і частково Волинської. Обидві ТЕС є містоутворюючими підприємствами, причому місто Бурштин по чисельності населення перевищує Добротвор (на Бурштинській ТЕС зайнято порядку 4 тис. працівників, на Добротворской — близько 2 тис.).

При цьому Бурштинська і Добротворська ТЕС належать до числа одних із самих «старих» теплоелектростанцій в Україні. Енергоблоки Бурштинської ТЕС були побудовані в 1965-69 р., а Добротворскої ще раніше— у 1959-61 р. Встановлена потужність 12 енергоблоків Бурштинської ТЕС складає близько 2300 Мвт, що майже в 3 рази більше ніж встановлена потужність 5 енергоблоків Добротворской ТЕС (600 Мвт).

Устаткування обох ТЕС значне зношено. Прийнято рішення про реконструкцію 1-го енергоблоку Бурштинської ТЕС потужністю 200 Мвт. Реконструкцію енергоблоку передбачається здійснити шляхом модернізації існуючого котлоагрегату. Через відсутність фінансування реконструкція, що передбачалася, поки не починається.

На Бурштинську і Добротворську ТЕС приходиться близько 90% виробленої електроенергії Івано-Франківської і Львівської областей відповідно. Про роль Бурштинскої ТЕС в економіці Івано-Франківської області говорить той факт, що в 2000 р. із загального обсягу промислового виробництва області 572 046 тис. грн, чи 27% довелося на електроенергетику (з цього обсягу понад 90% приходиться на Бурштинську ТЕС). Однак частка капіталовкладень в електроенергетику в 2000 р. в Івано-Франківській області була мізерно мала — усього близько 8%, причому капіталовкладення скоротилися в порівнянні з 1999 р. майже на 30%. Крім того, з «Бурштинского острову» (ТЕС приєднаний до європейської енергосистеми) йде експорт електроенергії в країни Східної Європи.

Добротворська ТЕС займає в обсязі промислового виробництва своєї області набагато більш скромне місце. У 2000 р. на долю електроенергетики довелося близько 9% промислового виробництва Львівської області або 329 117 тис. грн., причому капіталовкладення в електроенергетику упали в порівнянні з 1999 р. у 2 рази і склали близько 2,5% загальобласних.

Показниками, що визначають технічний стан устаткування, рівень забезпечення паливом і потреба в електроенергії, служать коефіцієнти використання потужності і готовності устаткування блоку. Коефіцієнти використання потужності Бурштинської і Добротворської ТЕС знаходяться поки на досить низькому рівні — приблизно 47%, коефіцієнт готовності Бурштинскої ТЕС у середньому 78%, а Добротворської —87%.

У цілому технічний стан енергоблоків як Бурштинскої так і Добротворської ТЕС погіршується з кожним днем. Поки що відсутність у Західному регіоні України достатніх енергогенеруючих потужностей робить Бурштинську і Добротворську електростанції досить інвестиційно привабливими. Однак з добудуванням енергоблоків на Хмельницькій і Рівенській АЕС, проблема енергозабезпечення західних областей України дешевою електроенергією буде знята і необхідність у застарілих теплових енергогенеруючих потужностях відпаде.

4.4. Екологічні проблеми Української теплоенергетики.

Енергетична галузь — одна з основних галузей промисловості, від функціонування якої залежить стан економіки країни. Основна частина електроенергії України (близько 70%) виробляється на теплових електростанціях за рахунок спалювання викопного органічного палива. Менш 25% зробленої енергії забезпечується процесами горіння рідкого і газоподібного палива. Інша частина продукції теплоенергетики України визначається процесами горіння твердого палива — вугілля, причому спостерігається тенденція до скорочення споживання мазуту і природного газу і зростанню частки твердого палива, споживаного теплоелектростанціями.

Однак при цьому має місце погіршення якості енергетичних вугіль. За останні 15–20 років зольність твердого палива зросла від 26 до 35–38%, вологість — від 8 до 10%, а теплотворна здатність знизилася до 17–19 МДж/кг. При загальному падінні вироблення електроенергії в Україні частка її виробництва на вугільних електростанціях зростає. Відходи виробництва електроенергії на теплоелектростанціях ускладнюють і без того непросту екологічну ситуацію в країні. Відомо, що загальна маса відходів теплоелектростанції перевищує масу використаного палива за рахунок кисню й азоту повітря, що беруть участь у реакціях горіння. Відходи, що утворилися, надходять в усі геосфери: атмосферу, гідросферу, розміщаються на поверхні літосфери.

Склад відходів, що попадають в атмосферу, залежить від хімічного складу палива, режимів горіння і прийнятої системи очищення. Вуглецева складова палива переходить у диоксид вуглецю (продукт повного згоряння палива) у випадку кінетичного режиму горіння й у токсичний оксид вуглецю (продукт неповного згоряння палива) при реалізації дифузійного режиму горіння.

Азот, що входить до складу вугілля, частково окисляється й утворить “паливний” оксид азоту (до змісту азоту в паливі менш 0,01%), інша частина азоту палива переходить до складу хінолінів, піридинів, нітридів, аміаку і молекулярного азоту, обумовлених у складі димових газів. Органічна сірка палива утворить при горінні палива диоксид сірки. Термоліз сульфатів, що входять у баласт палива, приводить до утворення триоксида сірки.

Крім газоподібних продуктів горіння в димових газах присутні недопалені частки палива, а також частки мінеральної частини палива — баласту, що мають розміри менш 100 мкм і утворюючі золу виносу. Присутні в димових газах кислотні оксиди азоту і сірки, розчиняючись в атмосферній волозі, утворюють суміш азотної, азотистої і сірчистої кислот і є причиною кислотних дощів.

Вплив теплоелектростанцій на водяні об'єкти визначається їхнім тепловим забрудненням і скиданням стічних вод. З охолодними водами теплоелектростанції губиться для споживачів і розсіюється в навколишнім середовищі понад 50% енергії органічного палива

Особливу небезпеку представляють стічні води системи гідрозоловилученняення (ГЗУ), що можуть бути дуже агресивні (рн12) і тримати в розчиненому стані шкідливі і токсичні компоненти баласту палива (фториди, миш'як, ізотопи урану, калію, торію та ін.). Дуже агресивні і токсичні стічні води, що утворяться в результаті проведення профілактичних і ремонтних робіт з хімічного очищення устаткування. У їхній склад входять мінеральні (соляна, сірчана) і органічні (лимонна, оцтова, щавлева) кислоти.

Таким чином, збільшення частки вугільних теплоелектростанцій у системі енергозабезпечення України з одночасним погіршенням якості використовуваного викопного органічного палива збільшує кількість відходів, що надходять в усі геосфери, і дестабілізує стан навколишнього середовища.

5. Перспективи розвитку ТЕК України та деякі шляхи виходу галузі з кризи.

Протягом декількох останніх десятиліть теплоенергетиці в нашій країні не приділялося належної уваги. Ефективність використання палива практично у всіх теплоенергетичних установках значно нижче, ніж на Заході. Так, КПД енергоблоків, що роблять електроенергію, на 7 10% нижче, ніж у США чи Німеччині.

Втрати енергії палива в газових турбінах, двигунах внутрішнього згоряння на 5 13% вище, ніж у закордонних. Теплові втрати в наших промислових печей у 1,5 2 рази більше, ніж у західних. Але не тільки відсутність належної уваги привело українську теплоенергетику в настільки жалюгідний стан. Багато років ціни на паливо були штучно занижені. У колишньому Радянському Союзі практично були відсутні які-небудь економічні стимули для економії палива. Можна навіть сказати, що економічного фактора в розвитку теплоенергетики реально не існувало.

Тепер у нашій країні інше положення. Ціни на паливо в порівнянні з тими, що були в СРСР, стали в кілька разів вищі. Свого палива не вистачає, і велику частину його приходиться закупляти за валюту за кордоном. Паливна складова собівартості практично всіх товарів, вироблених в Україні, виросла майже в три-чотири рази, на 30- 70% упав їхній експортний потенціал. Здавалося б, така ситуація повинна викликати могутній імпульс для швидкого впровадження нових енергозберігаючих технологій у народне господарство.

Однак сьогодні, як і до стрибка цін на паливо, ефективність виробництва електроенергії і теплоти поки залишається на колишньому рівні: ККД теплових електростанцій низькі 35 39% (у вугільних і того менше), 60- 80% енергії палива промислові печі даремно викидають в атмосферу, енергія більшості органічних відходів промисловості і сільського господарства практично не використовується і т.д.

У результаті в Україні склалася парадоксальна ситуація. З одного боку, значний ріст цін на паливо, низька ефективність його використання створили могутній економічний стимул для впровадження нових енергозберігаючих технологій у практику. З іншої в ряді інститутів нагромадилося багато нових розробок, упровадження яких могло б істотно скоротити витрата палива в Україні. Але, як і колись, більшість з них залишаються незатребуваними. Неозброєним поглядом видно: дія економічного стимулу штучно блокується. Цьому, головним чином, сприяє те, що в умовах вкрай обмежених фінансових ресурсів у правовому полі України панує суб'єктивний фактор.

Сьогодні вільний ринок нових розробок у країні відсутній. Його, по суті, замінили своєрідним механізмом силового проштовхування яких-небудь розробок переважно за допомогою адміністративно-командної системи. Інакше не можна пояснити той факт, що ще і сьогодні основні фінансові потоки обходять стороною головні джерела втрат палива в Україні. З його загального споживаної кількості 70% йде на таке виробництво теплоти в промислових і комунальних котельнях, при якому виробляти додаткову електроенергію немає ніякої можливості.

Подальше штучне ігнорування економічних стимулів розвитку теплоенергетики може серйозно підірвати енергетичну безпеку України. Потрібна інша державна енергетична політика, що дозволила б закріпити нові правила гри на ринку науково- технічних розробок. Головним пріоритетом у новій державній енергетичній політиці на даному етапі повинні стати проблеми теплоенергетики. Саме тут (і про це не слід забувати) лежать основні фінансові ресурси, що можуть бути вивільнені за рахунок підвищення ефективності використання палива. Назвемо деякі з них.

1. Сьогодні теплоенергетичні установки України споживають у рік вугілля, мазуту і природного газу таку кількість, що еквівалентно 162 млн. т у.п. Це наносить Україні колосальний фінансовий збиток, оскільки паливо нам доводиться закупляти за міжнародними цінами. Корисної ж енергії ми одержуємо в 1,2 2 рази менше, ніж на Заході. Якби удалося хоча б на 1% підвищити ефективність використання палива українськими теплоенергетичними установками, то втрати можна було б скоротити на 100 млн. доларів США.

2. Якщо порівнювати питоме споживання енергії на одиницю виробничої продукції, то виявляється, що в Україні воно в 3 4 рази вище, ніж на подібних підприємствах у Західній Європі. Така велика різниця в енерговитратах свідчить не тільки про низьку ефективність української теплоенергетики, але ще і про наявність тут великих резервів для економії палива.

3. Сьогодні наші ТЭЦ по ефективності використання палива набагато уступають західним. Ці електростанції наносять великий економічний і екологічний збиток: їм приходиться працювати на низькосортних вугіллях, зольність яких перевищує 35%, витрачати на підсвічування багато мазуту і природного газу. Якби дану проблему можна було вирішити за рахунок використання дешевої і швидкореалізованої технології спалювання низькосортних вугіль, то для України відкрилися б великі додаткові фінансові ресурси.

4. Практично не використовуються органічні відходи промислового і сільськогосподарського виробництв (солома, опилки, тріска, побутове сміття, соняшникова лузга і т.д.). Застосування їх у теплоенергетичних установках дало б можливість істотно скоротити споживання таких дорогих видів палива, як вугілля, мазут і природний газ. Щорічно в Україні утвориться близько 40 млн. т таких відходів. Якщо їх задіяти, то можна скоротити покупку природного газу на 15 30 млрд. куб. м у рік. Практично не використовуються паливні ресурси типу торфу. А їхні запаси сьогодні оцінюються в 2,2 млрд. т у.п. Мало енергії добувається з місцевих бурих вугіль, наприклад олександрійських, коростишевских і т.д.

5. В даний час в Україні мається велике число пробурених скважин. Видобуток теплоти з них допоміг би зберегти 12,6 млн. т у.п. Тим часом, і такий великий резерв економії палива практично не задіяний.

6. Сьогодні ефективність більшої частини вітчизняних сушилок знаходиться на рівні 25 35%. Якщо ж мати на увазі, що нині 8% всієї енергії, що добувається у світі, йде на сушіння, то легко представити, які великі резерви економії палива має ця галузь.

Зрозуміло, що ресурси, згадані в приведеному переліку, не лежать на поверхні. Їхній видобуток сполучений зі значними труднощями наукового, технічного, економічного й організаційного характеру. Зараз, з огляду на убогі фінансові можливості України, варто відмовитися від існуючого ще з часів Радянського Союзу методу "навалу", суть якого полягає в тому, що з будь-якою проблемою можна справитися, якщо на неї навалитися усім миром.

Сьогодні теплоенергетичні задачі потрібно вирішувати не числом, а вмінням. Не дивлячись ні на які обставини, пріоритет повинний бути відданий найбільш дешевим і швидкореалізованим науково- технічним методам. Інститут технічної теплофізики НАН України останні роки займався головним чином розробкою найбільш дешевих і швидковпроваджуванних технологій. Ось деякі з них. Величина енерговитрат багато в чому визначається тим, яким чином здійснюється підведення енергії в ту чи іншу технологію. При звичайному підведенні, як правило, велика частина енергії даремно розсіюється в навколишнє середовище. Для зменшення цих втрат був запропонований новий метод. Суть його полягає в трансформації енергії, що вводиться в гетерогенне дисперсне середовище, не у всьому обсязі апарата, а на границі поділу фаз і в імпульсному режимі.

Сьогодні цей широко використовуваний метод одержав назву ДІВЕ. Його застосування на 1- 2 порядки зменшує енерговитрати.

В даний час на основі ДІВЕ створено 26 технологій у 10 різних галузях, що дозволяють заощаджувати 92,5 тис. т у.п. на рік. Сучасні теплові електростанції, газові турбіни, двигуни внутрішнього згоряння й інші теплоенергетичні установки споживають величезну кількість палива тільки для того, щоб покрити великі втрати, що виникають у процесі горіння. Про що йде мова?

Сьогодні електроенергію з палива можна одержати або за допомогою паливного елементу, або теплової машини. Але в останньої "паливний апетит" на 20 -25% вищий. У тепловій машині на одне перетворення енергії більше, ніж при використанні паливного елемента (мова йде про процес горіння). А оскільки майже у всіх теплоенергетичних установок процес перетворення енергії палива в теплоту не ідеальний і супроводжується втратами, обчислювальними багатьма мільярдами тонн умовного палива. На їхнє покриття саме і витрачається додаткова кількість палива. Сьогодні Інститут технічної теплофізики НАН України єдина у світі організація, що володіє новим термохімічним методом підвищення КПД теплоенергетичних установок за рахунок зменшення втрат при горінні. Розроблено кілька варіантів його практичного використання в ПГУ, ПСУ, ГТУ, ДВС, а також у промислових печах. Один з них був реалізований на нагрівальній печі. Це дозволило вдвічі скоротити витрати природного газу і досягти рекордного коефіцієнтау використання палива ‑92- 93%.

На Заході давно зрозуміли вигоду автономної комбінованої системи виробництва електроенергії і теплоти. У нас же не усвідомили ще і того, що широке використання такої системи є ледве не єдиним ефективної шляхом виходу України з енергетичної кризи.

Однак це пов’язано зі значними фінансовими труднощями. Були б у нас гроші, проблем не було б. Просто купили б на Заході відповідну кількість таких установок і змонтували їх на наших підприємствах. Але тільки одна комбінована система фірми МАН потужністю 1000 квт коштує 1 млн. дол. США.

Інститут технічної теплофізики НАН України запропонував свій шлях рішення даної проблеми. Суть його в наступному. Використовуючи існуючу теплову інфраструктуру на наших чи підприємствах об'єктах комунального господарства, створити таку комбіновану систему, що по ефективності не уступала б західним, а по вартості була б значно нижче. Зробити це можна, пристроюючи газові чи турбіни газомотори до існуючого промисловим і комунальним чи казанам промисловим печам. Подібне дозволить зменшити фінансові витрати на 30- 40%. Зараз в інституту мається багато розробок по прив'язці різних енергоустановок до різних типів казанового устаткування. У 1998 році вперше в Україні одна з таких схем була реалізована на Шрамковском цукровому заводі.

Розглянемо в цьому зв'язку тільки два питання. Як підвищити КПД ТЕЦ, що працюють на природному газі, за рахунок удосконалювання термодинамічних процесів? І як збільшити КПД ТЕЦ за рахунок підвищення ефективності спалювання низькосортних вугіль?

У першому випадку 5- 9 процентного підвищення КПД можна досягти, надбудовуючи вітчизняні газотурбінні установки до існуючого енергоблоку. Цей шлях не новий. Нове тут тільки те, що газова турбіна в нашому випадку працює на продуктах неповного горіння. Тоді надбудова може бути здійснена практично без реконструкції енергоблоку.

Підрахунки показують: нарощування електричних потужностей, таким чином, у порівнянні, скажемо, з будівництвом нових ПГУ значно дешевше. Друге питання пов’язане головним чином з гірничо-геологічними умовами видобутку, що погіршуються, вугілля в Донбасі. На електростанціях виникли значні труднощі, участилися аварійні зупинки котлів, зросла витрата мазуту і природного газу на підсвічування, збільшився недожог. Багаті країни, такі, як США, Німеччина й ін., вирішують цю проблему за допомогою киплячого шару. Для України подібний варіант сьогодні не підходить.

І все-таки проблему спалювання низькосортного вугілля потрібно вирішувати. Але як? Вона має два аспекти: економічний і технічний.

У першому випадку можна скористатися "польським способом". У Польщі одним з перших кроків переходу від соціалізму до капіталізму був переклад відносин між виробниками і споживачами вугілля на ринкову основу.

Електростанції стали платити не за кількість "чорного золота", а за кількість енергії, що надходить з ним. У ціні знайшли відображення й інші показники, що характеризують якість вугілля, зольність і летучість. Такі економічні важелі змусили удосконалити технологію видобутку, змінити виробничі відносини і т.д. Це дозволило підвищити якість вугілля, і проблема спалювання його низькосортних видів у Польщі практично зникла. В другому випадку нам допоможе тільки лише яка-небудь малозатратная технологія. Одну з них розробив Інститут технічної теплофізики НАН України. При її допомозі можна модернізувати велику частину існуючих котлів шляхом прибудови предтопка для позатьопочної термохімічної переробки вугілля.

Один з варіантів такої технології використаний для энергоэффективного смолоскипового спалювання соняшникової лузги на Полтавському маслоекстракційному заводі. По ефективності спалювання низькосортного вугілля позатопочная термохімічна переробка практично не відрізняється від спалювання в киплячому шарі, але по фінансових витратах відмінність значна. На запропоноване Інститутом технічної теплофізики НАН України здійснення модернізації котлоагрегатів буде потрібно грошей на кілька порядків менше і те тільки в національній валюті. Сьогодні в цьому напрямку виконаний великий обсяг робіт з термохімічної переробки антрациту у науково-технічному центрі вугільних енерготехнологій НАН України і Міненерго. Якби вдалося об'єднати зусилля нашого інституту, цього центра і Міненерго, то можна було б таку важку проблему вирішити протягом двох- трьох років.

Зупинимося ще на одному енергетичному "полі", що сьогодні ще залишається цілинним. Не вважаючи окремі випадки використання дров, опилок, соломи, торфу і т.д. побутових відходів, ефективного енергетичного використання різних промислових і сільськогосподарських органічних відходів практично немає. Немає спеціальної топкової техніки, немає газифікаторів, немає спеціальних енерготехнологічних пристроїв, що дозволяють добувати максимум енергії з цих, так сказати, некваліфікованих видів палива. А на Заході спалювання таких відходів дає електроенергію або теплоту. Наприклад, у Данії 20% енергії центрального теплопостачання утворюється за рахунок пальних матеріалів місцевих невикопних палив. Зрозуміло, що таке відношення до відходів не могло з'явитися випадково.

Починаючи з 1973 року велика частина західних держав розробила спеціальну стратегію розвитку енергетики. Одним з важливих аспектів останньої було те, що регіонам надали право розвивати енергетику в межах своєї компетенції. У результаті проведення такої політики в життя виявилося, що фермеру вигідно везти солому на електростанцію, вигідно сортувати сміття, одержуючи при цьому ціну сировину і дармову енергію і т.д. У нас подібна політика в області енергетики відсутня. Енергетичний потенціал таких палив, як дрова, торф, сміття, місцеві вугілля і т.д., практично не затребуване. А як він може бути задіяний? Адже сьогодні ще вигідно просто побільше відкрити кран на трубопроводі природного газу чи мазуту. При цьому не потрібно возити дрова з лісу, реконструювати топкову техніку і т.д. Разом з тим при кваліфікованому використанні, наприклад, дров можна не тільки значно зменшити імпорт природного газу, але й одержати значну економію. Підрахунки показали: при перетворенні 1 куб. м деревної тріски в спеціальному газифікаторі можна одержати кількість газу, еквівалентне по теплоті 35 куб. м природного і 15 кг моторного палива, у виді вуглецевих брикетів і заробити при цьому 30 50 тис. доларів у рік. Енергетична політика в нашій країні повинна будуватися ще і так, щоб не можна було пройти повз ту обставину, коли енергія в буквальному значенні слова валяється під ногами, а її ніхто не хоче підняти. Мова йде про тепло землі, що надходить з гарячою водою з готових скважин. Тут на озброєнні Інституту технічної теплофізики НАН України мається все, щоб цю енергію використовувати корисно.

Тепер про сушіння. Створена своя технологія. В основі її лежить новий метод, що дозволяє керувати дифузією вологи. Завдяки йому ефективність сушіння підвищується в 2 3 рази. При цьому якість матеріалу відповідає світовим стандартам. Однак дана технологія не знайшла поки в Україні широкого впровадження. Ще багато сушив працюють з дуже низьким коефіцієнтом використання палива. Тут також економічний стимул поки бездіє.

У результаті помилкової енергетичної політики, що проводилася в Радянському Союзі, розвиток паливної енергетики зупинився, по суті справи, у 60-х роках. А оскільки в Україні в минулому були зосереджені великі теплоенергетичні об'єкти в різних галузях народного господарства, то при розпаді Союзу нам дісталася в спадщину відстала теплоенергетика.

У результаті ми не маємо сучасних котлів, здатних спалювати низькосортне вугілля, дрова, торф і т.д. Немає в нас високоефективних парових, газових турбін, парогазовых установок, газифікаторів для одержання газу з вугіль, дров, торфу і т.д. Розрив у розвитку теплоенергетики України і Заходу сьогодні складає 30 40 років, перебороти які в доступний для огляду час навряд чи вдасться. Незважаючи на велике відставання в розвитку української теплоенергетики від західної його все-таки можливо значно скоротити в найближчі 2 3 роки.

Для цього необхідно створити нову стратегію розвитку теплоенергетики України (нагадаємо, робити інвестиції в енергозбереження в два три рази ефективніше, ніж у видобуток). Потім провести її всенародне обговорення і затвердити у Верховній Раді. На підставі згаданої стратегії підготувати конкретну програму виходу теплоенергетики з кризи, що враховує регіональні особливості всіх областей і районів країни. При цьому її виконання повинне проходити прозоро для громадськості з розшифровкою того, куди і на які цілі пішли ті чи інші гроші. Сьогодні наукова робота в області теплоенергетики ведеться розрізнено, має місце дублювання. Нерідкі випадки розпилення засобів по дрібних темах. Не ведеться координація робіт. Усунути деякі з перерахованих вище недоліків можна було б, відновивши функції головних організацій ведучих наукових установ НАН України.

ЛІТЕРАТУРА

1. Фаворский О. Н., Установки для безпосереднього перетворення теплової енергії в електричну, М., 1965.

2. Алексєєв Г. Н., Перетворення енергії, М., 1966.

3. Рижкин В. Я,, Теплові електричні станції, М.-Л., 1967.

4. Корчевой Ю.П., Майстренко А.Ю. Сучасний стан вугільних електростанцій України і перспективи їхнього розвитку. // Екотехнології і ресурсозбереження. — 1996. — №3. — с.3–8.

5. Аникеев В.А., Копп И.З., Скалкин Ф.В. Технологічні аспекти охорони навколишнього середовища. — Ленінград: Гидрометеоиздат,1982. — С. 287

6. Долинський А., Носач В. Теплоенергетика – джерело фінансових ресурсів., "Дзеркало тижня". Київ, 05 червня 2000 р.

7. Розміщення продуктивних сил (підручник)., за ред. Ковалевського В.В., Михайлюка О.Л., Семенова В.Ф., Київ.,-“Знання”.,-1998,546 с.

8. Соціально-економічна географія України: навч. Посібник., за ред. Проф. Шабіля О.І.-Львів: Світ, 1994,-608 с.