11. Топливно-энергетические ресурсы

республики Беларусь

НЕФТЬ И ГАЗ.

Черное золото Началом промышленной добычи нефти в Республике Беларусь является 1965 год. С тех пор добыто более 117 млн. т нефти. Максимальный уровень годовой добычи нефти, достигнутый в 1975 г., составил 7 953 600 т. С 1976г. добыча нефти снижается, и в 1997г. достигает уровня в 1 822 000 т. Определяющим фактором падения стало ухудшение структуры запасов нефти, поскольку основные месторождения вступили в заключительную стадию разработки. Начиная с 1997 года, процесс падения добычи нефти приостановлен, с последующей ее стабилизацией в 1999-2011 г.г. на уровне около 1 800 000 т.

Начальные извлекаемые ресурсы нефти в припятской впадине оценены в 355,560 млн.т. В промышленные территории переведено 46% указанных ресурсов. В период с 1965 г. по 1999 г. были открыты 181 залежи нефти на 62 месторождениях с суммарными запасами 164,99 млн.т. Соответственно неразведанные ресурсы нефти оцениваются на уровне 190,57 млн.т. Глубина залегания нефти в основном колеблется от 2000 - 2900 м в пределах приподнятых участков до 3500-4500 м и погруженных зонах прогиба. Голубое топливо В нынешнем белорусском энергобалансе минимум половина приходится на газ, а почти 85 процентов потребляемого газа Беларусь получает из России. В настоящее время Беларусь не располагает промышленными месторождениями природного газа. При разработке месторождений нефти добывается попутный газ. С начала нефтеразработки добыто 10,6605 млрд.куб.м попутного газа. Остаточные запасы попутного газа оцениваются в 35,04 млрд.куб.м.

ТОРФ В республике разведано более 9000 торфяных месторождений общей площадью в границах промышленной глубины залежи 2,54 млн.га и первоначальными запасами торфа 5,65 млрд.т. К настоящему времени оставшиеся геологические запасы оцениваются в 4,3 млрд.т, что составляет 75% от первоначальных.

Ресурсы торфа, отнесенные в разрабатываемый фонд, оцениваются в 260 млн.т, что составляет 6% оставшихся запасов. Извлекаемые при разработке месторождений запасы оцениваются в 110-140 млн.т.

Основным потребителем торфяных брикетов является население. Наиболее обширные торфяные массивы сосредоточены в крупных понижениях рельефа. Общая площадь торфяных болот в Беларуси - 2,9 млн.га. Самые значительные из них сосредоточены в Полесье.

ГОРЮЧИЕ СЛАНЦЫ Прогнозные запасы горючих сланцев оцениваются в 11 млрд.т, промышленные - 3 млрд.т. Теплота сгорания - 1000-1510 ккал/кг, зольность - 75%, выход смол - 6-9,2%, содержание серы - 2,6%.

По своим качественным показателям белорусские горючие сланцы не являются эффективным топливом из-за высокой их зольности и низкой теплоты сгорания. Они требуют предварительной термической переработки с выходом жидкого и газообразного топлива. Стоимость получаемых продуктов выше мировых цен на нефть.

БУРЫЕ УГЛИ Запасы бурого угля в Беларуси оцениваются в 1,5 млрд тонн.

Энергетики включили бурый уголь в перспективный план освоения местных видов топлива. Планируется добывать около 4 млн т в год, что соответствует 3,7% от общего потребления котельно-печного топлива в республике на сегодняшний день и заменит 5-6% импортируемого природного газа. Отметим, что для бурых углей характерна низкая теплота сгорания рабочего топлива 1500-1700 кКал/кг, влажность – 56-60%, средняя зольность – 17- 23%. В настоящее время их чаще используют как коммунально-бытовое топливо после брикетирования совместно с торфом.

13. Среди важнейших параметров, определяющих энергетическую эффективность национальной экономики, выделяют энергопотребление на душу населения и энергоемкость валового внутреннего продукта (ВВП). Темпы снижения последнего показателя свидетельствуют об эффективности энергосберегающей политики государства.

Энергоемкость ВВП - это отношение суммарного энергопотребления к величине ВВП. Если числитель - физическая величина, довольно точно фиксируемая потребителями энергоресурсов и органами статистики, то при оценке значения ВВП возникают затруднения, особенно для экономики с трансформационными процессами. Это обусловлено прежде всего нестабильностью курса валюты и цен на товары.

В условиях глобализации и интеграции отечественной экономики в мировую становится актуальной проблема сопоставления уровня энергоемкости валового внутреннего продукта с аналогичными показателями в других странах. Это необходимо для формирования государственной политики регулирования цен на энергоресурсы.

Энергоемкость ВВП измеряется в килограммах условного топлива на единицу национальной валюты, например килограмм условного топлива на миллион рублей. В международной практике этот показатель рассчитывается в килограммах нефтяного эквивалента на доллар США. Величина, обратная энергоемкости, показывает, сколько единиц продукции можно произвести, затратив единицу количества энергии, и характеризует энергоэффективность.

В 2010 году энергоемкость ВВП снижается медленно. Беларусь в этом году не импортировала электроэнергию из России, а использовала собственную. Также осуществлялись перетоки из Украины, но в небольших объемах.

К 2015 году энергоемкость ВВП в Беларуси должна снизиться на 50% по отношению к уровню 2005 года, к 2020 — на 60%. Это предусмотрено "Стратегией развития энергетического потенциала Республики Беларусь". Для реализации данной цели в Беларуси будет совершенствоваться организационно-экономическая политика энергосбережения. Так, в сфере производства электрической и тепловой энергии удельный расход топлива к 2015 году планируют снизить на 10%, а к 2020 году - на 15%. В промышленности удельные энергозатраты на производство продукции должно снизиться на 15 - 20%. Кроме того, с целью повышения энергоэффективности в топливном балансе Беларуси планируется увеличить доли местных ТЭР, а также вторичных энергоресурсов и возобновляемых источников энергии.

Темп роста производства промышленной продукции в Беларуси в 2009 году составил 97,2% к 2008 году. По итогам 2009 года темп роста валового внутреннего продукта составил 100,2%. Правительство решило все вопросы с учетом действия антикризисной программы, полностью оправдала себя принятая система мер, и уровень ВВП вышел на показатели докризисного года. Перерабатывающая отрасль, в условиях прошлого года увеличили показатели работы. Наиболее сложный сектор экономики - предприятия Минпрома сработали на уровне 77,3% к 2008 году. В целом в промышленности удалось снизить остатки готовой продукции с максимальных 95% в середине года до 68% на 1 января 2010 года. В 2013 г энергоемкость ВВП РФ снизилась на 2,5%. МОСКВА, 27 декабря— В 2013 году удалось добиться снижения энергоемкости ВВП на 2,5%, говорится в материалах Минэнерго РФ.«Проведена организационная работа по созданию системы саморегулирования в области энергетического обследования. На 18 декабря 2013 г. зарегистрировано 157 саморегулируемых организаций в области энергетического обследования», — отмечают в Минэнерго.у Беларуси "было 690 кг, по факту 2012 года ,а стало 240 кг нефтяного эквивалента на $1 тыс. ВВП, то есть в 2,9 раза меньше".в Канаде данный показатель составляет 210 кг нефтяного эквивалента на $1 тыс. ВВП, в Финляндии - 200 кг. В Бельгии, Германии энергоемкость ВВП составляет 150-160 кг. в России этот показатель снизился с 580 кг нефтяного эквивалента на $1 тыс. ВВП до 460 кг, в Украине - с 560 кг до 490 кг.

14

Эксергия-часть энергии, равная максимальной полезной работе, которую может совершить термодинамическая система при переходе из данного состояния в состояние равновесия с окружающей средой. Эксергией иногда называется работоспособность системы. Использование понятия эксергии даёт возможность количественно определить влияние неравновесия термодинамических процессов на  эффективность преобразования энергии, то есть позволяет вычислять особенностивторого начала термодинамики: выделить ту часть энергии, которая не может быть использована из-за газодинамических явлений, трения, теплообмена. Такой подход даёт возможность анализировать степень термодинамического совершенства того или другого элемента установки и не требует предварительной оценки работоспособности всей установки в целом.

Эксергия потока вещества состоит из двух слагаемых. Первое из них — термомеханическая (или физическая) эксергия связана с различием тер­мических ДТ и механических Ар параметров вещества и среды. Она измеряется количеством работы (механической энергии), которое может быть получено в обратимом процессе установления равновесия потока.Вещества со средой путем энергетического взаимодействия, но без обмена материей (веществом). Вторая — нулевая (или химическая) эксергия связана с установлением равенства химических

потенциалов между соответствующими компонен­тами рабочего тела и окружающей среды. Она измеряется количеством работы, которое может быть получено в обратимом процессе установления равновесия компонентов рабочего тела с соответствующими компонентами среды при р0 и Т0. Поскольку термомеханические параметры рабочего тела находятся в равновесии с параметрами среды (вещество находится в так называемом нулевом состоянии), то химическую эксергию иногда называют нулевой. Этим подчеркивается, что ее величина подсчитывается при нулевом состоянии.

Эксергия теплового потока определяется количеством работы, которая может быть получена в обратимом процессе снижения температуры до Т0.

Эксергия излучения определяется количеством работы, которая может быть получена при температуре окружающей среды Т0 за счет использо­вания в обратимом процессе энергии данного излучения.

Энергия вещества в замкнутом объеме характеризуется максимальным количеством работы, которая может быть получена при взаимодействии с окружающей средой вещества, заключенного в непроницаемую (для него) оболочку, способную деформироваться и проводить теплоту. Взаимодей­ствие в этом случае может происходить только по двум потенциалам — температуре и давлению.

19.Эксергетический баланс котельного агрегата - соотношение, оценивающее качество вырабатываемой теплоты, по отношению к параметрам окружающей среды, включающее, как в тепловом балансе, слагаемые: химическую эксергию топлива Эхт, физическую эксергию топлива Эфт и воздуха Эфв, эксергию получаемого теплоносителя (пара или горячей воды) Эпол и эксергии составляющих потерь теплоты SЭq и потерь эксергии вследствие необратимости процесса горения Эгор, необратимости теплообмена Этепл и смешения потоков Эсм, кВт.Величины составляющих эксергетического баланса в первую очередь зависят от превышения температуры теплоносителя над температурой окружающей среды.

Эксергетический КПД - отношение полезноусвоенной эксергии Эпол к эксергии Эзатр, затраченной на выработку теплоты, %.Как правило, эксергетический КПД не превышает половины теплового КПД. Это связано с тем, что при высокой температуре горения топлива, равной 1800...2200 0С, и образовании продуктов сгорания высокого теплового потенциала, получаемый в котельном агрегате теплоноситель-водяной пар имеет значительно меньшую температуру - 460 - 5000С, что снижает его энергетическую ценность

Эксергетический баланс теплотехнической схемы позволяет определить КПД системы, суммарную эксергию на входе и суммарную эксергию на выходе из нее. Эксергия служит обобщенной качественной и количественной характеристикой для потока теплоты и потока вещества, зависящих одновременно от параметров системы и окружающей среды. Эксергетический КПД системы оценивает преобразование энергии как во всей системе, так и на отдельных ее участках.

Полученная информация теплового и эксергетического баланса предприятия используется для исследования либо отдельного объекта, либо предприятия в целом. Исследование информации включают в себя физические и финансовые методы.

Эксергия Ранта - Э=Е+А.

_{Эксергический} баланс -

Эксергетический КПД

Эксергетический КПД теплового двигателя или аппарата учитывает все потери данного устройства и рассчитывается по формуле

,

где ex_подв – затраченная энергия, полностью превратимая в другие виды энергии;  ex_отв – полученная (полезная) энергия. Разность между ними представляет собой потерю эксергии

.

формулу можно представить в следующем виде:

.

Эксергетический КПД является характеристикой термодинамического совершенства реальных процессов и циклов, протекающих в энергетическом оборудовании.

20

Работа, совершаемая рабочим телом в теплосиловой установке, обычно меньше максимальной полезной работы на величину эксергии рабочего тела, покидающего систему – Э₂.

Термодинамическая система может также получать первичную энергию от источника в форме работы (l_ист) и превращать ее в полезную работу или использовать для увеличения работоспособности рабочего тела. Тогда выражение для расчета максимальной полезной работы, которая может быть получена от термодинамической системы, примет вид:

, (10)

где - эксергия рабочего тела на входе в ТС согласно выражениям (5) и (9): - эксергия рабочего тела на выходе из ТС; - эксергия теплоты согласно формуле (6); l_ист - первичная энергия в форме работы всех видов.

Необратимость процессов преобразования энергии приводит к уменьшению максимальной полезной работы, отдаваемой потребителю, на величину эксергетических потерь:

. (11)

Это выражение называется законом Гюи-Стодолы и формулируется так: «Потери полезной работы, вызванные наличием необратимых процессов, равны произведению температуры окружающей среды на приращение энтропии всех участвующих в процессах тел».

С учетом этих потерь фактическая работоспособность системы будет равна:

. (12)

Для оценки влияния необратимости процессов преобразования энергии на потери полезной работы может использоваться метод эксергетических потоков. Согласно этому методу подсчитываются потоки эксергии рабочих тел, входящих в систему (Э₁), эксергии подводимой теплоты (Э_q), эксергии рабочих тел, покидающих систему (Э₂) и подводимой или отводимой организованной энергии в форме работы всех видов (l_ист). При этом термодинамическое совершенство системы характеризуется эксергетическим коэффициентом полезного действия (кпд):

,

где Э_П – полезно используемая эксергия; пересекающая границу системы; Э_з – затрачиваемая эксергия.

21

Адиабатное расширение рабочего тела

Течение газа в соплах при наличии трения приводит к возрастанию энтропии рабочего тела и к уменьшению фактической работы в процессе, т.е. реальный адиабатический процесс не является изоэнтропийным процессом.

Потеря работы, вызванная необратимостью процесса, определяется с помощью «h-s» диаграммы, если начальное и конечное состояния являются равновесными и могут быть изображены на диаграмме состояний. Тогда можно графически определить эксергию рабочего тела для реальных процессов с помощью «h-s» диаграммы.

Эксергия рабочего тела может быть представлена в виде:

.

При Э₀=0 получим графическое изображение эксергии рабочего тела, которое справедливо для фиксированных параметров конечного состояния Т₀ и р₀, в виде, представленном на следующем рисунке:

где прямая Э₀=0 – касательная к изобаре р₀=const в т. «0»; ; ; 1 – начальное (исходное) состояние рабочего тела; 0 – конечное состояние рабочего тела (состояние окружающей среды); отрезок - эксергия рабочего тела в проточной ТС; отрезок ; отрезок ; точка с – отражает состояние окружающей среды.

Рассмотрим процесс адиабатного расширения рабочего тела от давления р₁ до давления р₂, представленный на следующем графике:

где ; ; отрезок - эксергия рабочего тела входящего в ТС; отрезок - эксергия уходящего рабочего тела из ТС; «1-2^’» - обратимый адиабатный процесс, являющийся также изоэнтропийным процессом, располагаемая работа которого равна:

.

Наличие трения приводит к возрастанию энтропии рабочего тела на величину и реальный процесс «1-2» имеет располагаемую работу, равную:

, где - длина отрезка на «h-s» диаграмме. Таким образом, рост энтропии в процессе «1-2» сопровождается эксергетическими потерями (закон Гюи-Стодолы).

Из треугольника 2ab эти потери определяются отрезком .

Изменение эксергии между начальным и конечным состояниями рабочего тела характеризуются длиной отрезка , т.е.

.

При определении эксергетического кпд - для процесса адиабатного расширения газа в сопле за полезную эксергию принимают фактическую располагаемую работу процесса «1-2» (l_01-2), а в качестве затраты эксергии в процессе «1-2» принимают разность эксергий (Э₁-Э₂), так как эксергия уходящего рабочего тела обычно используется в последующих узлах теплосиловой установки:

.

22.

Как можно определить уменьшение эксергии системы следствие необратимости процесса разберем на примере необратимого процесса адиабатного дросселирования. Поток газа в сечении 1 перед местным сопротивлением (дроселем) имеет параметры р1, h1, s1 и скорость w1. В результате трения в клапане давление уменьшается до р2, но энтальпия в сечении 2 -h2 - равна h1 и скорости газа в сечениях 1 и 2 примерно одинаковы.

Процесс дросселирования существенно необратим и s2 >s1. Эксергия газа согласно:

- до дросселирования

e1 =h1 –h0 –T0(s1 –s0),

- после дросселирования

e2 =h2 –h0 –T0(s2 –s0)

Уменьшение эксергии составит

е=e₁-e₂=T₀(s₂-s₁)

Поскольку процесс дросселирования адиабатный, то увеличение энтропии газа представляет собой увеличение энтропии всей системы. Поэтому запишем e=T₀ s (6.5)

где сис s - увеличении энтропии системы вследствие любых необратимых процессов. Формула (6.5) носит название формулы Гюи –Стодолы и справедлива для расчета потери эксергии в любых необратимых процессах, независимо от причин необратимости. Таким образом, в отличие от энергии, которая не исчезает, а лишь превращается из одной формы в другую, эксергия может уменьшаться при необратимых процессах. Потеря эксергии означает, что вследствие необратимости дополнительное количество энергии будет передано

окружающей среде, где она имеет нулевую возможность преобразования ее в работу. Понятие эксергии дает возможность сопоставлять различные виды энергии по их ценности с точки зрения получения работы за их счет, а понятие потери эксергии позволяет судить о

термодинамическом совершенстве процессов преобразования энергии. Показателем термодинамического совершенства процесса служит эксергетический коэффициент полезного

действия равный отношению эксергии, полученной в результате процесса e_получ, к эксергии затраченной e_затр.

_ех =e_получ/е_затр

Полученная эксергия может быть или равна затраченной (в обратимом процессе) или меньше нее на величину потерь e. Поэтому эксергетический кпд можно представить как

_ех=1-Т₀ s/е_затр.