В А Маляренко - Введение в инженерную экологию энергетики - страница 1

Страницы:
1  2  3  4  5  6  7  8  9  10  11  12  13  14  15  16  17  18  19 

СЕРІЯ

НАУКОВО-ТЕХНІЧНА ОСВІТА: ЕНЕРГЕТИКА, ДОВКІЛЛЯ, ЕНЕРГОЗБЕРЕЖЕННЯ

министерство образования и науки украины харьковская национальная академия городского хозяйства

 

 

 

В. А. Маляренко

 

 

ВВЕДЕНИЕ В ИНЖЕНЕРНУЮ ЭКОЛОГИЮ ЭНЕРГЕТИКИ

 

 

 

УЧЕБНОЕ ПОСОБИЕ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Харьков Издательство САГА 2008УДК 625.311:502.5 М21

 

 

Рекомендовано Ученым Советом Харьковской национальной академии городского хозяйства (Протокол № 3 от 29 декабря 2000 г.)

 

Рецензенты:

заведующий кафедрой теплогазоснабжения, вентиляции и ТГВ Харьковского государственного университета строительства и архитектуры д. т. н., профессор А. Ф. Редько

заведующий кафедрой электрических станций Национального технического университета «ХПИ», профессор В. У. Кизилов

 

 

Маляренко В. А.

М21     Введение в инженерную экологию энергетики. Учебное пособие. - Второе издание- Х.: Издательство САГА, 2008. - 185 с. з ил.

ISBN 978-966-2918-63-2.

Изложены общие сведения об энергетике, ее роли в жизни человечества, состоянии и перспективах развития топливно-энергетического комплекса, базовых и альтернативных источниках энергии.

Рассмотрены основные аспекты взаимодействия энергетических объектов и окружающей среды, а также главные направления уменьшения негативного воздействия энергетики на экологию, в том числе, такие как энергосбережение, энергетический аудит и менеджмент.

Для студентов, аспирантов, преподавателей, научных и инже­нерно-технических работников.ISBN 978-966-2918-63-2


© Маляренко В. А., 2008 © Издательство САГА, 2008ПРЕДИСЛОВИЕ КО ВТОРОМУ ИЭДАНИЮ

 

 

С момента выхода в свет первого издания [1] прошло почти де­сять лет. Автор долго раздумывал: стоит ли публиковать то, что было написано на пороге третьего тысячелетия? Может быть, сле­дует исправить, внести соответствующие дополнения? Однако, при более детальном размышлении, пришел к выводу: пусть все оста­нется так, как данная проблема виделась в то время. Тем более, что за прошедшие годы ситуация во взаимоотношениях «энергетика-экология» не изменилась к лучшему. Мало того, она обострилась и приняла ещё более угрожающий характер.

В чём же причины? Отметим лишь главные из них. С одной сто­роны, резкий рост количества энергии, производимой странами «тре­тьего мира», в первую очередь, такими как Китай и Индия, растущая глобализация и нежелание «цивилизованного мира» делиться с раз­вивающимися странами «благами цивилизации», основой которых является энергетика, энергопроизводство и энергоснабжение. С дру­гой, ограниченность углеводородного сырья, постоянный рост цен на первичные энергетические ресурсы, такие как нефть, природный газ и, как следствие, на конечные энергоресурсы - электрическую и тепловую энергию. И все это в условиях функционирования энерге­тических систем, установок и оборудования, которые нуждаются не только в совершенствовании и модернизации, но и в поиске новых альтернативных энерготехнологических решений.

Не менее важную роль играет недостаточно активная пропаган­да знаний в области производства и потребления энергии, а также разъяснение связанных с этим негативных экологических послед­ствий. К сожалению, приходится констатировать отсутствие долж­ной экологической культуры у основной массы потребителей энер­гии, в том числе, у значительной части лиц, обличенных властью, материальными и финансовыми ресурсами, осознание того бес­спорного факта, что «терпение природы» не безгранично: челове­чество фактически подошло к грани, за которой последствия тех­ногенной деятельности и воздействия на экологию могут принять необратимый характер.

Развитие современного техногеза связано с ростом народонасе­ления, экономики и, особенно, энергетики. Цивилизация активно влияет на атмосферу, выжигая свободный кислород, производя и выделяя огромные количества «парниковых» газов, в частности, СО2 при употреблении первичного органического топлива. Для того, чтобы осознать масштабы этого влияния, достаточно отметить сле­дующий факт. Если в 1900 году всей мировой экономикой было со­жжено примерно 4-1011 кг угля и нефти, то в течении ХХ века по­требление углеводородного топлива возросло более, чем в 30 раз и к концу столетия превысило 12-1012 кг в год.

И это при том, что коэффициент полезного действия большин­ства энерготехнологий не превышает 30-40 %. Как следствие, зна­чительная часть энергии и энтропии энергетических производств поставляется в окружающую природную среду. В результате нару­шается равновесие планеты как термодинамической системы, сло­жившееся на протяжении предшествующих десятков тысяч лет, в которую вносится беспорядок и хаос за счет уменьшения свобод­ной энергии и увеличения энтропии.

Таким образом, если вернуться к содержанию первого издания «Введения в инженерную экологию энергетики», то оно ни в коей мере не устарело: все затронутые вопросы остались такими же ак­туальными и злободневными.

Несколько слов о предыстории написания данной работы. Первая редакция книги предполагалась как конспект лекций базового курса «Энергетика и экология» в рамках совместного проекта Европейского Сообщества TEMPUS-TAQS Joint European Project T JEP-10485-98 «Environment and Energy», который выполнялся Харьковской на­циональной академией городского хозяйства (Украина) совместно с Политехническим университетом г. Вааса (Финляндия) и универси­тетом Аберти г. Данди (Великобритания, Шотландия).

Результатом явилась разработка единых учебных программ под­готовки студентов технических вузов в направлении «Энергетика иэкология», адаптируемых к условиям Украины и стран ЕС. С целью их практической реализации в учебном процессе стран - участ­ников проекта был разработан и опубликован ряд учебных посо­бий для студентов и аспирантов специальностей «Энергетика» и «Экология и охрана окружающей среды» [2-7].

Цель, поставленная в проекте, была достигнута и, казалось, на этом можно было поставить точку. Однако, важность рассматривае­мой проблемы и отсутствие в Украине достаточного количества на­учной и учебной литературы, посвященной этой проблеме, застави­ли автора как самостоятельно, так и совместно с коллегами, вновь и вновь возвращаться к ней. Результатом явились опубликованные в последние годы монографии, учебники, учебные пособия и статьи, в которых в той или иной мере затронуты и рассмотрены экологиче­ские аспекты энергетики и энергетические аспекты экологии [70-90].

Итогом проведенной работы явилось издание по инициати­ве «Издательства САГА» и Центра энергосберегающих техноло­гий ХНАГХ научно - технической серии «Енергетика. Довкілля. Енергозбереження».

В данную серию для общего ознакомления с рассматриваемой проблемой вошло и предлагаемое вниманию читателя второе из­дание «Введения в инженерную экологию энергетики», минималь­но переработанное и дополненное, главным образом, фактическим материалом, характеризующим состоянием мировой энергетики и Украины, в частности, после 2000 года [63-66, 91-93].

Основные экологические аспекты энергетики и энергетические аспекты экологии, затронутые в данном издании, более детально рассмотрены в указанных выше работах, в том числе, предлагаемых серией «Енергетика. Довкілля. Енергозбереження».

Со всеми вопросами, предложениями и пожеланиями просьба обращаться по адресу:

 

г. Харьков, ул. Бакулина, 11, к.5-34; Тел/факс (057) 7-195-288;7-544-620; E-mail:vstragev@rambler.ua; algol1980@yandex.ru; E-mail:malyarenko@ksame.kharkov.ua; http://www.ksame.kharkov.ua/ВВЕДЕНИЕ

 

 

«... настоящее время термин «Экология» породил «экологизацию» со­временных научных дисциплин и стал неотъемной частью нашей жизни».

В. Кормилицин

 

 

«Тепловое загрязнение» планеты, «парниковый эффект», «кис­лородное голодание», кислотные дожди, истощение озонового слоя, масштабные загрязнения токсичными химическими веществами и радионуклидами, быстрое сокращение биологического разнообра­зия - вот далеко не полный набор бедствий, которыми человечество расплачивается за представленный цивилизацией комфорт. В осно­ве этого комфорта и всех связанных с ним негативных последствий лежит, в первую очередь, производство и использование энергии, преобразование ее из одной формы в другую, реализуемое объекта­ми топливно-энергетического комплекса.

На современном этапе развития человечества проблема взаимо­действия энергетики и окружающей среды приобретает новые черты, распространяя влияние на огромные территории, большинство рек и озер, громадные объемы атмосферы и гидросферы Земли. Еще бо­лее значительные масштабы развития энергоснабжения и энергопо­требления в обозримом будущем предопределяют дальнейший ин­тенсивный рост их разнообразных воздействий на все компоненты окружающей природной среды в глобальном масштабе.

С развитием атомной энергетики возникли принципиально но­вые проблемы взаимодействия энергетики с окружающей средой. Конец ХХ века ознаменован энергетической катастрофой планетар­ного масштаба - аварией на Чернобыльской АЭС, которая, пожа-луй, впервые заставила человечество задуматься: «Куда ведет мир погоня за Энергией? Где предел все возрастающей погони за пер­вичными энергоресурсами и постоянного наращивания энергети­ческих мощностей, их воздействия на окружающую среду?»

К сожалению, в последнее время это взаимодействие стало при­обретать угрожающий характер. Научно-техническая революция, ставшая возможной в результате великих открытий в биологии, хи­мии, физике и многих других науках, намного расширила возмож­ности интенсивного использования природных ресурсов. В то же время она усложнила и все более возрастающими темпами продол­жает усложнять взаимодействие Человека с окружающей средой, внося заметные и непредвиденные изменения в экологические си­стемы, в регуляцию биосферы в целом.

Биолог Н. Реймерс утверждает: «Нас (человечество) сейчас от­деляет от тепловой смерти лишь один порядок величин. Будем ис­пользовать в 10 раз больше энергии, чем сейчас, погибнем». В по­следние годы ученые мира со все большим беспокойством говорят о повышении концентрации СО2 в атмосфере, следствием чего явля­ется «парниковый эффект» - повышение температуры Земли.

Если эти опасения подтвердятся, человечеству в не таком уж от­даленном будущем придется резко ограничить потребление углеро-досодержащих топлив. Кроме выбросов СО2, топливосжигающие и теплоэнергетические установки производят тепловые (выбросы на­гретой воды и газов) и химические (оксиды серы и азота) загрязне­ния, золу и сажу, которые с увеличением масштаба производства также создают серьезные проблемы. Исключить эти выбросы или хотя бы свести к минимуму можно только на основе глубокого по­нимания процессов преобразования энергии на всех этапах цепи «источник - потребитель», начиная с добычи первичных энергоре­сурсов и заканчивая использованием энергии в ее конечном виде. Фактически экология поставила человечество перед необходимо­стью перехода к «безотходному» энергопроизводству.

Другой важнейшей стороной проблемы взаимодействия энер­гетики и окружающей среды в новых условиях является определя­ющая роль природной среды в решении практических задач энер­госнабжения (выбора типа энергетических установок, дислокациипредприятий, единичных мощностей энергетического оборудова­ния и энергоресурсов, учет их влияния на окружающую среду, при­менение энергосберегающих технологий и мероприятий и др).

Как видим, проблема взаимодействия энергетики и окружающей среды является весьма многосторонней. Она находится в авангар­де научно-технической мысли и требует к себе особого внимания. Сложившаяся на границе тысячелетий ситуация может рассма­триваться как предельно конфликтная с окружающей природной средой. Поэтому экологические аспекты энергетики и энергетиче­ские аспекты экологии, принципы взаимозависимости и гармонии человека и природы, должны учитываться на всех этапах научно-технического прогресса. Отсюда следует прямая связь экологии с хозяйственной деятельностью человека, особенно с такими мас­штабными производствами как энергетика, топливно- и ресурсодо­бывающие комплексы, транспорт, сельское хозяйство и др. Именно экология призвана стать основой оптимизации взаимоотношений хозяйственной деятельности человека с биосферой, а экологические занятия - насущной необходимостью сегодняшнего дня.

Специфика современной экологии заключается в том, что из стро­го биологической науки она превратилась в цикл знаний, выбравших в себя, по сути дела, разделы всех известных научных дисциплин. Появились новые научно-практические дисциплины на стыке эколо­гии и сферы практической деятельности человека, объединенные тер­мином «прикладная экология». Изучение взаимодействия процесса общественного производства с окружающей средой привело к разви­тию нового научного направления на стыке технических, естествен­ных и социальных наук, называемого инженерной экологией. Важной особенностью инженерно-экологических исследований является их прикладной характер. Экология здесь является теоретической базой, устанавливающей ограничения на параметры производства, а инже­нерные дисциплины - базой реализации технических решений по данному производству для выполнения экологических ограничений.

Таким образом, прикладная (инженерная) экология в отличие от всех других научных дисциплин, изучающих взаимодействие обще­ства с природой, базируется на полном и глубоком знании технологии производства. Это в полной мере относится к ее отраслевым состав­ляющим, в частности, к инженерной экологии энергетики, введение в которую и является предметом данного учебного пособия.

В настоящее время возросла потребность в специалистах энер­гетического и экологического профиля, обладающих соответству­ющим объемом знаний воспитанных и обученных с учетом новых подходов к решению экологических проблем энергетики. Последнее, в свою очередь, возможно лишь при условии наличия соответству­ющих учебников и учебных пособий.

Настоящее учебное пособие содержит информацию о роли энергетики в жизни человечества, состоянии и перспективах раз­вития топливно-энергетического комплекса, традиционных и аль­тернативных источниках энергии. Рассмотрены главные аспекты взаимодействия объектов энергетики и окружающей среды, а так­же основные направления уменьшения возможных негативных по­следствий, в первую очередь, такие основополагающие, как энер­госбережение, энергетический аудит и менеджмент.

При написании настоящего учебного пособия использован от­ечественный и зарубежный опыт преподавания энерго- экологиче­ских дисциплин, в том числе, с учетом тенденций и направлений развития энергетики на современном этапе как в Украине, так и в передовых странах Западной Европы.

Учебное пособие подготовлено при частичной поддержке Евро­пейского союза в рамках образовательного проекта TEMPUS-TACIS.

 

Master's Degree Programme          TEMPUS-TACIS Joint European

Project TJEP-10485-98 «Environment and Energy»

 

Learning Modules Outlines

 

Reference: EE420111

"Title:introductiontOtheEnviROnMEnTal

   ENGINEERING &MANAGEMENT FOR ENERGY    

1 Optional; letters «EE» mean «Environment and Energy», the first digit means year of studying, the second digit -number of credits, the next two digits - the order number of the module in the Decree Programme: the last digit meansLevel:              B. Sc.

Description:              The module is a part of the bachelor degree

program «Environmental Engineering and Management» which precedes the master's degree program «Environmental Engineering and Management in Energy Production» leading on from the bachelor/specialist (engineer) degree for environmental, civil and power engineers at the Kharkiv State Academy of Municipal Economy. The module is 2 European Credit Units (ECU) 2 in length

Aims:                        To get understood energy fundamentals of the

existing of lifeand human civilisation on the Earth To understands basic terms in power engineering, laws, ways and chains of energy transformation To apply a systems approach to examination of the Environment - Power Engineering interactions To equip students with knowledge of traditional and non-traditional, renewable and non-renewable energy sources

To provide a basis for further development of integrated utilising primary and secondary energy sources Learning outcomes:      On completing the module, the student mil be able to: demonstrate an awareness of energy related environmental situation in a global, regional, and local context.

understand and use basic terms in power engineering.

apply a systems approach to examination of the Power Production Impacts on the Environment distinguish between traditional and non-traditional, primary and secondary, renewable and non-renewable energy sources

demonstrate an awareness of appropriate ways of utilizing primary and secondary energy sources

 

Master's Degree Programme          TEMPUS-TACIS Joint European

Project TJEP-10485-98 «Environment and Energy»

Learning Modules OutlinesModule syllabus

Energy and the Earth's future

Energy and Life. Energy and Civilization. Main stages of use of natural energy sources and development of power engineering. Limits of growth. Global aspects of energy production.

Structure and trends in power production development

Basic terms. Chains of energy transformation. The fuel -power engineering complex.

Energy and the Environment: A Systems Approach Energy sources

Natural sources. Organic fuel: origin, composition, com­bustion and its toxic products, environmental aspects. Traditional energy sources Energy generating facilities. Heat power stations. Nuclear power stations. Hydraulic power stations. Small power generating facilities. Structure of primary energy sources and energy use. Environmental aspects of traditional power engineering. Basic principles. Heat power engineering and the environment. Nuclear power engineering and the environment. Hydraulic power engineering and the environment. Non-traditional and renewable energy sources Solar energy. Wind energy. Hydraulic power engineering on small rivers and other watercourses. Bio-energy. Geothermal   energy.   Secondary   renewable energy sources. Environmental aspects of non-traditional power engineering

Energy and the Environmental Situation Energy and

the state of the environment in the nation.

An integrated utilising primary and secondary energy

sources

Efficiency of energy use. Improvement of existing energy generating processes and facilities. Searching for more effective ways and facilities of energy transformation. Heat and electric energy production in industry. Prospects in power engineering. Environmental management in power engineering.РАЗДЕЛ 1.

ЭНЕРГЕТИКА И БУДУщЕЕ ЭЕЛ/1ЛИ

 

 

«... Мы,разумные существа, не должны забывать, что наша цивилизация - лишь одно из замечательных явлений природы, за­висящих от постоянного притока концен­трированной энергии солнечного излучения».

Ю. Одум

 

 

1.1. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ

 

 

1.1.1. энергия и энергетика

 

Энергия [ <гр. enerqia - деятельность] - общая мера различных видов движения и взаимодействия. В настоящее время известны раз­личные виды энергии: тепловой - движения микрочастиц, составля­ющих рабочее тело; кинетической - движения самого тела как едино­го целого (механическая энергия); гравитационного, электрического и магнитного полей; электромагнитного излучения; внутриядерной и др. Одни виды энергии могут превращаться в другие в строго опре­деленных количественных соотношениях, которые устанавливает всеобщий закон сохранения и превращения энергии.

Энергетика - отрасль народного хозяйства, охватывающая про­изводство, преобразование и использование различных форм энер­гии. В энергетике используются в основном пять видов установок: ■   генерирующие - преобразующие потенциальную энергию при­родных энергетических ресурсов в электрическую, тепловую,механическую или в другой вид энергетического ресурса (на­пример, трубоустановки, газогенерирующие установки, котлы, компрессоры);

      преобразующие - изменяющие параметры и другие особенности данного вида энергии (трансформаторные подстанции, выпря­мительные и инвенторные электроустановки, трансформаторы тепла и др.);

      сети - предназначенные для передачи и распределения энергии (электрические, тепловые, газовые, нефтепроводы, сети сжатого воздуха и др.);

      аккумулирующие - предназначенные для частичного регули­рования режима производства энергии (электрические и те­пловые аккумуляторы, насосно-аккумулирующие гидростан­ции и др.);

      потребляющие - служащие для преобразования энергии к виду, в котором она непосредственно используется (электрический привод машин, отопительные установки, промышленные печи, светильники и др.).

С точки зрения физики процесс производства любой энергии заключается в преобразовании одной ее формы в другую. Поэтому, по содержанию физических процессов, происходящих во всех уста­новках, машинах, аппаратах и устройствах энергетического хозяй­ства, энергетика может быть названа также и наукой о преобразо­вании, транспортировке и использовании энергии.

Основными формами, в которых применяется в настоящее вре­мя энергия, остаются теплота и электричество. Отрасли энергети­ки, изучающие их получение, преобразование, транспортировку и использование называются, соответственно, теплоэнергетикой и электроэнергетикой.

Отрасль энергетики, изучающая закономерности преобразова­ния энергии падающего водяного потока в электрическую, называ­ется гидроэнергетикой.

Открытие путей использования энергии атомного ядра создало новую отрасль энергетики - атомную или ядерную энергетику.

Вопросами использования энергии перемещающихся масс воз­духа занимается ветроэнергетика.Каждая из отраслей энергетики как науки имеет свою теорети­ческую основу, базирующуюся на законах физических явлений в данной области.

Отчетливое понимание единства и эквивалентности разных форм энергии сложилось только к середине девятнадцатого столе­тия, когда был накоплен достаточно большой опыт преобразова­ния одних форм энергии в другие: создана паровая машина, пре­образующая теплоту в механическую энергию; открыты первые источники электрической энергии - гальванические элементы, в которых осуществлялось непосредственное преобразование хими­ческой энергии в электрическую; путем электролиза многократно осуществлено обратное преобразование - электрической энергии в химическую; создан электрический двигатель, в котором электри­ческая энергия преобразовывалась в механическую; открыто яв­ление непосредственного преобразования электрической энергии в тепло. И, наконец, в 1831 году был открыт способ превращения механической энергии в электрическую. Естественным обобщени­ем огромного объема накопленных данных по преобразованию од­них форм энергии в другие явился закон сохранения и превращения энергии - один из основных фундаментальных законов физики.

Страницы:
1  2  3  4  5  6  7  8  9  10  11  12  13  14  15  16  17  18  19 


Похожие статьи

В А Маляренко - Возобновляемые источники энергии в стратегии обеспечения комфортной среды обитания

В А Маляренко - Тепловые режимы зданий основа эффективного управления системой теплоснабжения

В А Маляренко - Концептуальные положения развития муниципальной энергетики украины

В А Маляренко - Введение в инженерную экологию энергетики

В А Маляренко - Енергетика і навколишнє середовище