Современные системные технологии в отраслях экономики. Учебное пособие

Валитов Ш.М., Азимов Ю.И., Павлова В.А.

Возрастное ограничение: 12+ Жанр: Экономика Издательство: Проспект Дата размещения: 12.04.2015 ISBN: 9785392186150 Язык: Объем текста: 377 стр. Формат: epub

Оглавление

Введение

Раздел 1. Технологическое развитие как фактор экономического роста России

Раздел 2. Системы технологий: понятия, термины, основные факторы и признаки современных технологий

Раздел 3. Производственный и технологический процессы в отраслях экономики

Раздел 4. Технологические принципы управления качеством промышленной продукции

Раздел 5. Современные термохимические технологические процессы управления качеством конструкционных материалов

Раздел 6. Теоретические основы технологии машиностроения

Раздел 7. Современные технологии получения заготовок деталей в машиностроении

Раздел 8. Обработка металлов резанием (ОМР)

Раздел 9. Современные технологические процессы сборки машин

Раздел 10. Химико-технологические производства в инновационном развитии экономики

Раздел 11. Инновационные технологии в аграрном производстве

Раздел 12. Современная мировая энергетика

Раздел 13. Биотехнология

Раздел 14. Нанотехнологии в современной экономике

Для бесплатного чтения доступна только часть главы! Для чтения полной версии необходимо приобрести книгу

Раздел 12.
СОВРЕМЕННАЯ МИРОВАЯ ЭНЕРГЕТИКА

12.1. Структура и прогнозы развития мирового топливно-энергетического баланса (ТЭБ)

Рост мирового энергопотребления. Производство энергии в современном мире – это огромная индустрия с не менее огромными проблемами. Так как население нашей планеты увеличивается, потребности растут, мир все сильнее и сильнее испытывает проблемы с генерацией энергии. Это является не просто вопросом политическим или экономическим, технологическим или экологическим, это действительно одна из самых главных проблем человечества. Ведь если идти тем путем, каким идет современный мир, наша планета будет, во-первых, истощена, а во-вторых, загрязнена, и жизнь, скорее всего, на ней прекратится.

Статистический обзор мировой экономики [11] определяет ключевые тенденции, связанные с изменением объемов потребления и производства энергетических ресурсов.

За последние 100 лет мировое потребление энергии увеличилось в 12 раз (удвоение в среднем каждые 27 лет). Суммарное потребление первичных энергоресурсов за этот период превысило 350 млрд т условного топлива. С 1890 г. население Земли увеличилось более чем в четыре раза, реальный доход – в 25 раз, а потребление первичной энергии – в 22,5 раза. С 1953 по 1972 г. ежегодный прирост энергопотребления был равен приросту валового мирового продукта и составлял 4,5%. С 1950 по 1985 г. среднее душевое потребление энергоресурсов удвоилось и достигло 68 ГДж/год. Это значит, что мировая энергетика росла вдвое быстрее, чем численность населения.

В структуре топливного баланса большинства стран мира за последние 100 лет произошел переход от преобладания дров и угля к преобладанию ископаемого углеводородного топлива – нефти и газа, а также к заметному вкладу гидроэнергетики и ядерной энергетики. К концу XX века некоторое хозяйственное значение начали приобретать альтернативные (возобновляемые) энергетические технологии, в том числе производство биотоплива (неископаемое топливо). Среднее душевое потребление электроэнергии достигло 2400 кВт-ч/год. Все это оказало большое влияние на структурные сдвиги в производстве и быте сотен миллионов людей.

Увеличение численности населения планеты и повышение его доходов – две самые мощные движущие силы спроса на энергию. Эксперты транснациональной нефтяной корпорации British Petroleum (BP) полагают, что в ближайшие два десятилетия мы, скорее всего, станем свидетелями дальнейшего усиления международной интеграции и быстрого роста экономик с низким и средним уровнем доходов населения. Согласно оценке компании, за последние 20 лет глобальный спрос на первичную энергию увеличился на 45% и, вероятно, в течение следующих двух десятилетий станет больше ещё на 39%. Потребление энергии в странах, не входящих в Организацию экономического сотрудничества и развития (ОЭСР), к 2030 г. возрастет на 68% (в среднем на 2,6% в год начиная с 2010 г.), а в государствах ОЭСР – всего на 6% (0,3% в год). Нужно отметить, что после 2020 г. начнется сокращение объемов использования энергии в странах ОЭСР (примерно на 0,2% в год). Таким образом, рост мирового энергопотребления в период с 2010 г. по 2030 г. в среднем составит 1,7% в год, причём он слегка замедлится после 2020 г. На государства, не входящие в ОЭСР, придется 93% глобального прироста спроса на энергоресурсы.

Согласно прогнозу BP, мировой топливный баланс будет меняться относительно медленно из-за длительного жизненного цикла уже действующих активов. Однако существенным образом изменится вклад различных видов энергоресурсов в совокупный рост их предложения. Так, природный газ и неископаемые виды топлива будут постепенно отвоевывать всё большее место в мировом топливно-энергетическом балансе (ТЭБ) за счет сокращения долей угля и нефти. Наблюдавшееся увеличение использования угля в связи с быстрой индустриализацией в Китае и Индии сменится к 2030 г. тенденцией снижения его потребления.

Рис. 12.1. Прогноз структуры мирового потребления энергоресурсов на XXI век

Газ продемонстрирует самые высокие темпы прироста среди ископаемых видов горючего (2,1% в год). Но быстрее всего будет расширяться использование возобновляемых источников энергии (ВИЭ), включая биотопливо, – на 8,2% в год в период с 2010 г. по 2030 г. Как отмечают эксперты BP, скорость, с которой ВИЭ проникают на мировой энергетический рынок, можно сравнить с темпами, наблюдавшимися при зарождении ядерной энергетики в 1970–1980 гг. На долю возобновляемых источников придется до 18% от общего роста предложения энергоносителей. В совокупности неископаемое топливо (36%) в течение следующих 20 лет впервые превысит долю в ТЭБ любого отдельно взятого ископаемого горючего. Движущей силой диверсификации топливного баланса станет электроэнергетический сектор, неископаемое топливо обеспечит более половины прироста мирового спроса на электроэнергию.

Запасы нефти при современном уровне потребления достаточны на 40–42 года (140 млрд т разведанные, обоснованные запасы при уровне потребления 4,5 млрд т в год). Запасов природного газа для производства энергии хватит на 60–65 лет, каменного угля на 200 лет.

Таким образом, основным источником ископаемых энергоресурсов может стать каменный уголь.

Вместе с тем каменный уголь как энергетический ресурс имеет ряд недостатков:

– добыча каменного угля чрезвычайно трудоемка, осуществляется в сложных условиях подземной добычи, в опасных для шахтеров условиях. В связи с этим актуальной является задача совершенствования технологии добычи и потребления каменного угля;

– каменный уголь экологически опасное сырье, т. к. содержит до 2% серы. При сжигании угля выделяется сернистый газ, загрязняющий атмосферу, а зола содержит тяжелые металлы и радиоактивные вещества.

Перспективы потребления нефти. Ожидается, что в течение ближайших 20 лет нефть продемонстрирует самые низкие темпы роста потребления среди всех видов топлива. Тем не менее глобальный спрос на жидкие виды энергоносителей (нефть, биотопливо и другие) увеличится на 16,5 млн баррелей и превысит к 2030 г. уровень в 102 млн баррелей в сутки, что будет обеспечено исключительно странами с быстро растущей экономикой, не входящими в ОЭСР. Причем на азиатско-тихоокеанский регион (АТР) придется порядка трех четвертей глобального расширения спроса – почти 13 млн баррелей в сутки.

Добыча нефти в Саудовской Аравии, вероятно, увеличится почти на 3 млн баррелей в сутки.

Предложение не входящих в ОПЕ К стран продолжит расти и к 2030 г. увеличится почти на 4 млн. баррелей в сутки. BP прогнозирует существенное увеличение поставок на мировой рынок биотоплива, а также прирост добычи сырья с канадских нефтеносных песков, из глубоководных месторождений Бразилии и из стран бывшего СССР, что должно компенсировать продолжающийся спад в ряде зрелых нефтяных провинций. Согласно прогнозу, Россия и Саудовская Аравия в течение следующих 20 лет будут удерживать свои нынешние доли рынка (примерно по 12%). Способность и желание стран-членов ОПЕК наращивать производственные мощности и добычу, очевидно, будут одним из основных факторов, определяющих траекторию развития нефтяного рынка.

Потребление природного газа. Значительное увеличение потребления газа в странах, не входящих в ОЭСР, определяется быстрым экономическим развитием, индустриализацией, промышленной политикой, расширением электроэнергетического сектора и освоением внутренних ресурсов. На долю электроэнергетики придется 44% этого роста. Нефтехимическая промышленность также внесет свой вклад в наращивание потребления газа (3,2% в год). Роль ЖКХ, коммерческого и прочих секторов в этом процессе будет незначительной (0,6% в год), в основном из-за ожидаемого повышения энергоэффективности в странах бывшего СССР, исключая Россию.

Бразилия, Россия, Индия и Китай (БРИ К) обеспечат 40% суммарного роста потребления природного газа за пределами ОЭСР. В 2010–2030 гг. спрос на «голубое топливо» на Ближнем Востоке будет увеличиваться на 3,9% в год. Ожидается, что в выработке электроэнергии газ заместит уголь практически во всех странах ОЭСР. К 2030 г. в Северной Америке его доля в электрогенерировании с использованием ископаемого топлива достигнет 41%.

Энергоэффективность. Сегодня в большинстве стран неуклонно уменьшается объем энергии, используемой для производства единицы валового внутреннего продукта. Энергоемкость, как правило, достигает пика одновременно с максимальным увеличением доли промышленного сектора в ВВП, но затем характер промышленности меняется: постепенно она уходит от тяжелых производств в секторы с высокой добавленной стоимостью и становится более энергоэффективной.

BP прогнозирует дальнейший рост энергоэффективности и долгосрочный структурный сдвиг в промышленности – сначала в богатых странах, а затем в новых индустриально развитых экономиках. По мнению специалистов компании, до 2030 г. потребление энергии на душу населения, скорее всего, станет увеличиваться примерно такими же темпами, что и в 1970–1990 гг. (т. е. на 0,7% в год). Однако энергоэффективность, измеренная как объем энергии на единицу ВВП, продолжит повышаться во всем мире, и данный процесс будет происходить всё более быстрыми темпами.

Таким образом, представленный BP прогноз отводит одну из важнейших ролей в процессе развития мировой энергетики регулированию как на национальном, так и на межгосударственном уровнях. Иными словами, контуры ТЭК середины XXI века будут определяться не только и не столько состоянием сырьевой базы, сколько политикой ведущих государств – производителей и потребителей энергоресурсов. Это требует от правительств всех ведущих энергетических держав принятия взвешенных и тщательно продуманных решений, а также тесной координации усилий с зарубежными партнерами.

Итак, направления, по которым должна развиваться современная энергетика, таковы:

1) разработка современных технологий генерирования электроэнергии;

2) использование альтернативных (возобновляемых) источников энергии;

3) разработка технологий энергосбережения и повышения энергоэффективности потребления.

12.2.Технология генерирования электроэнергии

Применение новых технологий генерирования электроэнергии не только позволит уменьшить нагрузку на существующие энергосети, но также постепенно приведет к качественным изменениям в энергетическом секторе экономики. Генерирование энергии в любом месте, т. е. без строительства линий электропередач, позволит начать развитие отдаленных и пустующих российских территорий, их промышленное освоение, что является важнейшим условием социального развития страны. Снижение себестоимости продукции даст положительный эффект во всех отраслях российской экономики, особенно в сельском хозяйстве, где цены на энергоносители существенно влияют на цены продуктов питания. Благодаря внедрению новых технологий бюджет страны будет ежегодно экономить на расходах на топливо, а также расширять возможность инвестирования инновационных технологий в энергетике. Экспорт высокотехнологичных продуктов на мировой рынок новой энергетики восполнит потери российского бюджета от снижения спроса на углеводородное топливо и атомные электростанции. Эти процессы потребуют значительных изменений в сырьевой и энергетической отраслях промышленности, но разумный подход при активной государственной поддержке позитивно изменит экономику страны.

История развития парогенераторов. Основным приводом электрогенераторов служит тепловой двигатель. Превращение теплоты в работу (или работы в теплоту) происходит путем протекания последовательно чередующихся двух изотермических (T=const) и двух адиабатических (P=const) процессов, носящих название цикла Карно (рис.12.2). Превращение теплоты в работу сопровождается переносом рабочим телом двигателя определенного количества теплоты от более нагретого тела (пара, нагретого газа – нагревателя с температурой Т1) к менее нагретому (отходящего пара, охлажденного газа, конденсата – холодильнику с температурой Т2).

Рис 12.2. «Цикл Карно» – зависимость температуры Т(°С) от давления пара Р (атм.)

При этом коэффициент полезного действия (КПД) η определяется соотношением:

Как видно из уравнения (12.1), КПД паровой машины можно повысить, максимально увеличивая начальную температуру Т1 теплоносителя (перегретого пара), что достигается генерированием пара при повышенном давлении (Р). Это в свою очередь связано с созданием высокопрочных конструкций паровых машин.

Универсальным приводом, передающим тепловую энергию рабочего тела (пара, раскаленного газа), в XX веке стала турбина; любопытно, что практически одновременно появились и газовые, и паровые турбины. Появившись в начале прошлого столетия, паровая турбина всего за три-четыре десятилетия сделала достоянием истории паровую машину. Паровая турбина оказалась очень удобным двигателем для привода генераторов, насосов и проч., т. к. была более компактной, легкой, экономичной и поддающейся дальнейшему совершенствованию. КПД ее к середине 20-х годов уже вдвое превышал эффективность паровой машины, затормозившейся на отметке 10%.

Последующее развитие турбин и, соответственно, парогенераторов, т. е. котлов, было связано с повышением температуры и давления рабочего тeла – пара. К середине 30-х годов давление пара было порядка 29 атмосфер, а температура не превышала 400°С, что дало возможность выйти на максимальный уровень 25% КПД.

К 50-м годам XX века были достигнуты критические параметры пара (225 атмосфер и температура 374°С) и КПД энергоблоков поднялся примерно до 32–34%. Тогда же были проведены работы по созданию экспериментальных сверхкритических блоков, которые получили распространение только к 70–80-м годам благодаря промышленному производству сплавов и других материалов, работающих при таких параметрах (250 атмосфер, температура 565°С). КПД таких блоков достигал уже 42%.

С конца 80-х благодаря использованию новых материалов начали строиться энергоблоки на суперсверхкритических параметрах (250–300 атмосфер при температуре 580–610°C и выше) с КПД 45–47%.

В рамках европейской программы Termi project (соответствующая программа, финансируемая государством, есть и в США) идет разработка пылеугольного энергоблока с максимальной температурой пара выше 700°C и с давлением 375 атмосфер. Выйти на эти параметры намечено к 2015 году. КПД энергоблока по плану должен составить свыше 50% и может достичь 53–54%, еще через двадцать лет КПД достигнет 55% при температурах пара до 800°С.

КПД паровых турбин, используемых в атомной энергетике, невысок из-за ограничений по давлению и температуре теплоносителя (в основном воды, обычной или тяжелой) в реакторе. Параметры пара, получаемого в парогенераторе второго контура, еще более низкие, из-за чего КПД всего энергоблока редко превышает 33%.

Газовые турбины. Действующие образцы газовых турбин появились, как и паровые, к началу второго десятилетия XX века, но их КПД уступал эффективности паровых турбин, поэтому газотурбинные установки (ГТУ) не получили распространения в энергетике. Серьезный интерес к ним возобновился в 60-х годах, когда появились легкие материалы, выдерживающие более высокие температуры газов (до 1000°C), и, соответственно, позволяющие получить более высокий КПД, который тем не менее редко превышал 25% даже у промышленных образцов турбин. Эти турбины стали использовать там, где была необходимость быстрого покрытия пиков нагрузки, в качестве резервных мощностей. В 70-х годах военные технологии охлаждения лопаток стали доступны гражданским инженерам и конструкторам. Это вызвало взрывной рост газотурбинной энергетики, КПД машин превысил 30% (при температуре газа перед лопатками свыше 1100°С) и достиг сейчас у последних образцов 38–40% (1500°С). Газы на выходе из турбин имели уже достаточно высокие температуры для использования их энергии во втором, паровом, цикле: выработанный в котле-утилизаторе пар шел на паровую турбину, КПД которой плюсовался с КПД ГТУ и достигает сейчас 55–60%.

Экономика Валитов Ш.М., Азимов Ю.И., Павлова В.А. Современные системные технологии в отраслях экономики. Учебное пособие

Экономика Валитов Ш.М., Азимов Ю.И., Павлова В.А. Современные системные технологии в отраслях экономики. Учебное пособие

В учебном пособии рассматриваются принципы управления современными технологическими системами в отраслях экономики, основанные на использовании информационного подхода в анализе производства. Книга учит принимать экономически оптимальные решения с точки зрения организации эффективного производственного процесса и обеспечения конкурентоспособности производимой продукции.<br /> Предназначается для студентов вузов, обучающихся по специальностям экономического профиля на уровне бакалавров. Может также быть полезна для магистрантов, аспирантов и преподавателей.

Внимание! Авторские права на книгу "Современные системные технологии в отраслях экономики. Учебное пособие" (Валитов Ш.М., Азимов Ю.И., Павлова В.А.) охраняются законодательством!