Введение к работе
Актуальность работы.
Энергетика является важнейшей составляющей экономики и даже политики ведущих стран мира. Для России она еще более важный фактор развития, так как географически страна тяготеет к северным территориям и более 60% территории находится в зоне распространения многолетней мерзлоты. Кроме того, экспорт нефти, газа и леса являются основными составляющими бюджета страны, обусловленными значительными запасами этих природных энергетических ресурсов, в том числе нефти около 12% от мировых, газа - 42%, каменного угля -20%, бурого — 32%, торфа - около 50%, древесины - 25%.
На нужды теплоэнергетики в России ежегодно расходуется около 400 млн.т.у.т., т.е. около 45% потребляемых первичных энергоресурсов, а суммарное производство первичных энергоресурсов превышает 1300 млн.т.у.т. и, по прогнозам, будет возрастать до 1575 млн.т.у.т. в 2010 г. и 1750 млн.т.у.т. к 2020 г. При этом планируется к 2020 г. суммарное производство электроэнергии более 1500 млрд. кВт-ч и теплоэнергии 2600 млн. Гкал, превышающие потребности экономики страны в 3-3,5 раза. Причиной такого перерасхода является нерациональное потребление энергии и значительные её потери по всей цепи, от производителя до потребителя.
Следует отметить, что доля невозобновляемых источников энергии в России составляет около 98%, а их прямое сжигание дает до 25 кг вредных выбросов на 1 т ул\, т.е. ежегодно в атмосферу выбрасывается до 24 млн.т пыли и газов. Это выводит Россию на второе место в мире по удельным выбросам углекислого газа на душу населения и на единицу ВВП.
Вызывает тревогу также рост газовой составляющей (около 70%) в топливно-энергетическом балансе России, что объясняется высокой технологичностью его использования и низкой ценой на внутреннем рынке, в 6-3 раз ниже мировых цен. Это может привести к нежелательным экономическим последствиям, особенно в регионах, обладающих значительными собственными энергоресурсами, к которым относится и Ленинградская область. Здесь разведано более 2000 месторождений торфа, запасы которого превышают 2180 млн.т, разрабатывается Ленинградское месторождение горючих сланцев с балансовыми запасами более 110 млн.т, площадь лесов составляет 8,5 млн.га, а объем годовой расчетной лесосеки превышает 12,5 млн.м3.
Учитывая, что большинство котельных Ленинградской области требует реконструкции или полной замены оборудования, проблема рационального использования энергоресурсов становится одной из важнейших, а разработка новых технологий и методов организации производства топлива для котельных средней и малой мощности — требованием времени для всей страны.
Об этом свидетельствуют исследования многих ученых Рос-си, в том числе В.П. Бугрова, О.М. Возякова, В.П. Глечника, М.И. Данилова, Д.В. Желудкова, И.В. Кутузова, СБ. Мякова, А.С. Нектасова, Ю.А. Нифонтова, Ю.А. Рундыгина, Е.В. Сенпова, А.В. Федяева, Ю.В. Шувалова и др.
Проблема рационального использования возобновляемых топливных ресурсов, таких как торф и лес, а также горючих отходов угольной, сланцевой, нефтяной и других отраслей до настоящего времени не получила конструктивного практического решения в производственных структурах, диапазон их эффективного использования в сравнении с традиционными ресурсами не определен. В связи с этим Ленинградская область может быть представительным полигоном для исследований и решения проблемы, а имеющийся практический опыт организации производства позволяет практически оценить основные рекомендации и перспективы.
Целью работы является решение проблемы снижения затрат и ущерба от деятельности предприятий ТЭК в результате создания перерабатывающих и энергопроизводящих комплексов малой и средней мощности, использующих местные ресурсы топлива.
Задачи исследований:
1. Анализ мировых и российских тенденций современной энергетики.
2. Оценка современных ресурсосберегающих технологий использования горючих твердых низкокалорийных топлив.
3. Анализ топливно-энергетического баланса и ресурсов Северо-Западного региона. 4. Исследование рациональных способов и средств подготовки твердых горючих отходов и низкокалорийных топливно-энергетических ресурсов.
5. Исследование рациональных систем подготовки и переработки низкокалорийных топливно-энергетических ресурсов и получения энергии.
6. Исследование рациональной организации производства и получения энергии в условиях Ленинградской области.
7. Оценка эколого-экономической эффективности производства энергии на основе местных источников.
Идея работы заключается в использовании местных твердых горючих низкокалорийных топлив на основе выбора рациональных технологий их переработки и организации производства энергоносителей.
Методы исследований включали ретроспективный анализ мировой и отечественной литературы и работ ученых, аналитический прогноз и решение задач, лабораторные и натурные исследования технологий и организационных структур, практическое внедрение и сопоставление результатов.
Научные защищаемые положения:
1. Перспективным направлением повышения эффективности работы топливно-энергетического комплекса и снижения нагрузки на территории от техногенных загрязнений является организация переработки твердых углеродсодержащих отходов в окускованное топливо мобильными брикетными комплексами с темпами производства работ по перерабатываемым отходам от 12 до 65 тыс. т в год на одну установку.
2. При брикетировании углеродсодержащей мелочи с активным связующим в толще брикета возникают сложные флюидные системы, включающие внутреннюю влагу, связующее, минеральные компоненты и органические частицы, флуктуирующие и изменяющие состав в процессе уплотнения к центру и от центра при термической обработке с циклическим выпадением из них твердой фазы, что обеспечивает дополнительное армирование и упрочнение брикета.
3. Формование брикетов и пеллет на экструдерном прессе обеспечивает упаковку частиц материала необходимой и достаточ ной плотности независимо от их видового и качественного состава при 20-ти кратном снижение энергозатрат и металлоемкости в сравнении с формованием в гидравлическом прессе конкурентоспособным уровнем себестоимости производимой продукции.
4. Местные ресурсы топлива Ленинградской области способны заменить традиционные виды (газ, уголь) на конкурентной основе при создании сети добычных и перерабатывающих комплексов, обеспечивающих потребителей, преимущественно котельные, в соответствии с установленными нормативными расстояниями доставки.
Достоверность научных положений и результатов подтверждается значительным объемом проанализированных данных и фактических материалов, получением подтверждения в форме научного открытия, высокой сходимостью результатов прогноза с лабораторными и натурными данными, эффективностью внедрения рекомендаций.
Научная новизна выполненной работы заключается в:
• выявлении тенденций и закономерностей изменения потребления и эффективности различных видов топлива в регионе (Ленинградская область);
• оценке и длительном прогнозе изменения эколого-экономической эффективности использования древесного топлива для котельных в условиях Северо-Запада;
• открытии закономерности формирования физико-механических свойств вещества при брикетировании твердых горючих угле-родсодержащих отходов добывающих производств;
• установлении оптимальных параметров технологии и организации производства топлива из отходов лесной и горнодобывающей отраслей;
• определении области рационального использования местных видов топлива для условий Ленинградской области.
Практическое значение работы заключается в разработке концептуальных положений развития теплоэнергетики с использованием местных ресурсов топлива, конструктивных схем производства брикетных видов топлива, схем организации производства, методик выбора параметров оборудования и прогноза рациональных областей применения, оценки эффективности использования различных видов топлива на длительный период. Реализация работы. Выводы и рекомендации автора использованы в проектах развития теплоэнергетики Правительством Ленинградской области, проектах, технических и организационных решениях ОАО концерна «ЛЕМО», реализованы на лесоперерабатывающих и топливно-энергетических предприятиях Ленинградской области, в учебном процессе и учебных пособиях курса «Экология» для горных специальностей.
Апробация работы. Основные положения работы докладывались на совещаниях Правительства Ленинградской области, международных и российских конференциях в г.Москве («Неделя горняка», 2000, 2001, 2002, 2003 гг.), г.Санкт-Петербурге (Петербургский экономический форум - 2000 г., 2001 г., 2002 г., научно-практические конференции в СГОТИ(ТУ) и др.).
Публикации. По теме диссертации опубликована 1 монография, научное открытие, 15 статей.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, разделов, заключения, списка литературы из наименований, содержит страниц машинописного текста, таблиц, рисунков.
