Выработка электроэнергии из природного газа
Природный газ является общим термином, используемым для смеси углеводородов, которые являются результатом разложения растительных и животных материалов в течение миллионов лет. Из природного газа сейчас производится порядка 15% всей электроэнергии в мире. Энергия природного газа представляет ископаемое топливо и, следовательно, представляет невозобновляемые источники энергии. Она образовалась, когда доисторические останки животных и растений находились под землей и подвергались высоким температурам и давлениям в течение миллионов лет. Эта энергия наряду с нефтью и углем считается ископаемым топливом и, подобно нефти и углю, встречается в подземных резервуарах, расположенных во многих районах мира.
Основные компоненты природного газа представляют углеводороды: метан с формулой CH4, а также этан с формулой C2H6, пропан с формулой C3H8, бутан с формулой C4H10.
Природный газ самый чистый из всех видов ископаемого топлива. Запасы энергии природного газа, как и другие виды ископаемого топлива, ограничены и поэтому не являются возобновляемым ресурсом. Применение природного газа производит относительно малую долю оксидов азота и углекислого газа по сравнению с нефтью и углем, а также в результатах практически нет твердых частиц или выбросов диоксида серы. Поэтому он становится привлекательным «переходным» топливом по мере того, как энергоснабжение уходит от загрязняющих источников, таких как уголь и ядерные источники в сторону более чистых возобновляемых технологий.
Как генерируется газовая энергия?
Есть два основных типа электростанций, используемых для преобразования энергии природного газа в электричество — открытый цикл и комбинированный цикл.
Открытый цикл
Самое простое: открытый цикл, в котором природный газ горит для создания давления. Давление приводит в действие лопасти газовой турбины, вызывая ее вращение и преобразование тепловой энергии в механическую. Вал соединяет газовую турбину с газотурбинным генератором, поэтому, когда турбина вращается, генератор тоже. Генератор использует электромагнитное поле для преобразования механической энергии в электрическую. Приводя в действие турбину, которая соединена с генератором она заставляет магниты генератора крутиться и создавать электрический ток.
Комбинированный цикл
В электростанции комбинированного цикла, тепло, которое образуется от сгорания приводит в действие турбину назначение которой для того чтобы закипятить воду и создать пар, управляя второй турбиной для того, чтобы произвести даже больше электричества. Это позволяет таким электростанциям преобразовывать до 50% энергии, содержащейся в природном газе — намного больше, чем 33% конверсия угольных электростанций. По этой причине газопоршневые электростанции комбинированного цикла, как правило, используются для обеспечения ежедневной базовой нагрузки, в то время как открытые станции работают во время пикового спроса. Турбины сгорания основаны на принципе реактивных двигателей. С технологией турбины горит природный газ, создавая перегретый воздух, который после этого закачивается в трубы и используется для того чтобы управлять турбиной. Энергия природного газа может также использоваться в технологиях топливных элементов, которые опираются на химические реакции для создания электричества при гораздо более высоких уровнях эффективности, чем это может быть получено при сжигании ископаемого топлива.
Каковы экологические проблемы?
Природный газ оказывает значительно меньшее воздействие на окружающую среду, чем уголь. На основе данных сжигание природного газа генерирует примерно вдвое меньше углекислого газа или CO2, чем уголь, меньше твердых частиц и очень мало двуокиси серы или токсичных выбросов в атмосферу. Однако сжигание природного газа может привести к образованию оксидов азота и окиси углерода в количествах, сопоставимых со сжиганием угля. Продолжающееся использование этих ресурсов неизбежно приводит к выбросам метана, который является мощным парниковым газом, способствующим глобальному изменению климата. Бурение и разведка природного газа может негативно повлиять на среду обитания дикой природы, дикую природу и общее состояние атмосферы. Среди возможных негативных последствий, связанных с этим топливом, можно назвать эрозию, снижение продуктивности почв, увеличение стока, оползни и наводнения. Если сравнивать природный газ со сжиганием угля, выбросы CO2 значительно ниже, но сжигание природного газа по-прежнему приводит к чистому увеличению выбросов CO2 и, следовательно, может способствовать изменению климата. В зависимости от типа технологии сжигания и конструкции установки газовая установка может оказать значительное воздействие на водные ресурсы. Турбины сгорания не используют значительных количеств воды, но электростанции комбинированного цикла имеют участок для охлаждения пара который может требовать значительных количеств воды.
Подход компаний к энергии газа
Газовые электростанции как источники электрической энергии улучшают надежность нашего общего энергоснабжения. Когда погодные условия ограничивают возможности непостоянных источников энергии, таких как ветер, для выработки электроэнергии, газовые электростанции могут повысить свою производительность, чтобы восполнить дефицит. Это гарантирует, что всегда есть достаточно электричества, чтобы удовлетворить спрос. Сжигание газа также выделяет парниковые газы. Технология улавливания и хранения углерода может представлять собой возможное решение, но пока еще не доказана работа в промышленных масштабах. Ожидается, что технология улавливания и хранения углерода также увеличит стоимости строительства газовой электростанции, а также снизит её эффективность. Вполне вероятно, что в обозримом будущем газовые электростанции будут оставаться частью электроэнергетического комплекса мира, а в долгосрочной перспективе газ может играть заметную роль. Газовые электростанции могут обеспечить гибкую, надежную электрическую мощность, но цены изменчивы и могут резко возрасти или упасть в ответ на международные события, не зависящие от страны.
Преимущества газовых электростанций
Одним из основных преимуществ использования газа для производства электроэнергии является то, что газовые электростанции имеют чрезвычайно быстрое время запуска, поэтому они часто используются для удовлетворения пиковых потребностей в электроэнергии. Газотурбинная электростанция занимает всего 10-20 минут для достижения максимальной мощности по сравнению с несколькими часами для угольных электростанций и до двух дней для ядерных станций.
Выводы
Энергия природного газа является невероятно универсальным топливом, а также используется как эффективный источник в своем собственном праве для отопления, приготовления пищи и горячей воды, это также средство для производства электроэнергии.
Газовые электростанции преобразуют тепловую энергию от сжигания природного газа в электроэнергию, которую можно использовать в жилых домах и на предприятиях.
При большей эксплуатационной гибкости и более чистом сжигании, чем угольные электростанции, все больше и больше газовых электростанций строятся по всему миру, и сегодня природный газ производит около 15% электроэнергии мира.
Источник
Природный газ на объекте животноводства
Новак, В. Ю. Природный газ на объекте животноводства / В. Ю. Новак. — Текст : непосредственный // Молодой ученый. — 2018. — № 20 (206). — С. 160-162. — URL: https://moluch.ru/archive/206/50430/ (дата обращения: 18.08.2023).
Статья посвящена определению эффективности применения природного газа по отношению к другим видам топлива на объектах животноводства. Показаны достоинства и недостатки сравниваемых систем теплоснабжения.
Ключевые слова: природный газ, полезная тепловая энергия, жидкое топливо, вид топлива.
The article is devoted to the determination of the efficiency of natural gas application in relation to other types of fuel at livestock facilities. Advantages and disadvantages of the compared heat supply systems are shown.
Keywards: natural gas, useful heat energy, liquid fuel,type of fuel.
На объектах животноводства природный газ используется в виде топлива для получения тепловой энергии в системах теплоснабжения. Для определения эффективности применения природного газа в сравнении с другими видами топлива рассмотрены системы теплоснабжения с отопительными установками отечественного производства на твердом и жидком топливе, на электроэнергии и одновременно на нескольких энергоносителях в разных комбинациях.
Достоинства и недостатки сравниваемых систем теплоснабжения:
– поставка ограничений не имеет, доставляется потребителю по цене 8,5 рублей за 1 кг антрацита;
– активно совершенствуются технологии приготовления формата топлива, например, брикеты, мягкая сгораемая фасовка, пеллеты и другие;
– высокая надежность теплоснабжения.
– большие затраты труда на эксплуатацию системы;
– систему автоматизировать невозможно;
– высокая загрязненность побочных отходов.
– высокие затраты труда при эксплуатации;
– возможность автоматизации процесса сжигания топлива;
– необходимо иметь специальную емкость для хранения жидкого топлива и систему его подачи;
– повышенная вязкость при морозах;
– высокая экологическая нагрузка;
– активный рост цен на жидкое топливо.
– экологически чистая система теплоснабжения;
– полная автоматизация процесса генерации теплоты;
– повышенная пожаробезопасность при отсутствии высокой температуры нагревательных элементов;
Рассмотрены общепринятые централизованные и децентрализованные системы на твердом, жидком, газообразном топливе, биотопливе [1] а также электроэнергии. На рисунке 1 показаны удельные приведенные затраты на 1 кВт∙ч полезной тепловой энергии, потребляемой фермой КРС молочного направления на 200 голов.
Рис. 1. Системы теплообеспечения для фермы КРС на 200 голов: котельные: 1 — на твердом, 2 — на жидком топливе, 3 — на природном газе; децентрализованные системы; 4 — на твердом, 5 — на жидком топливе, 6 — на природном газе, 7 — электрические
Из проведенного анализа можно сделать выводы, что самыми эффективными системами и технические средства обеспечения являются системы на природном газе, а также электрические. При выборе и оценке систем теплообеспечения и энергоносителя надо учитывать удельные приведенные затраты на получение и использование 1 кВт∙ч полезной тепловой энергии, так как затраты на получение и использование 1 кВт∙ч полезной тепловой энергии в 4 раза выше, чем просто на ее производство.
Капиталовложения и расходы на текущую эксплуатацию электрических систем гораздо меньше в сравнении с топливными системами.
С уменьшением мощности объекта, возрастают суммарные удельные приведенные затраты на получение и использование 1 кВт∙ч полезной тепловой энергии. Исходя из этого, использование рассредоточенных электрических систем становится эффективнее.
Из-за больших расходов на электроэнергию преимущества этого энергоносителя не позволяют рекомендовать его к всеобщему применению.
Проведенный анализ систем теплообеспечения животноводческих объектов позволили оценить область наиболее эффективного применения выбранных для исследований газовых систем, как актуальные на настоящее время [2, 3].
- Лачуга, Ю. Ф. Направления исследований в биоэнергетике / Ю. Ф. Лачуга, А. Н. Васильев // Вестник РАСХН. — М: РАСХН, 2015. № 2. — С. 4–7.
- Пути повышения эффективности теплоснабжения сельских предприятий / С. А. Растимешин, И. Ю. Долгов, Д. А. Тихомиров, М. Н. Фильков // Энергообеспечение и энергосбережение в сельском хозяйстве. Труды 8-й междунар. науч.-техн.конф. — М.: ГНУ ВИЭСХ, 2012.–Ч.1. — С. 111–116.
- Тихомиров Д. А., Васильев А. Н. Программный проект расчета теплоэнергетических параметров объектов животноводства. / Д. А. Тихомиров, А. Н. Васильев // Международный научно-исследовательский журнал. Выпуск № 8 (50). Часть 3. Август, Технические науки. — 2016, С. 95–98. DOI: 10.18454/IRJ.2016.50.105. http://research-journal.org/wp-content/uploads/2011/10/8–3-50.pdf#page=95
Основные термины (генерируются автоматически): природный газ, жидкое топливо, полезная тепловая энергия, вид топлива, система, высокий КПД, затрата труда, система теплоснабжения, сравниваемая система теплоснабжения, твердое топливо.
Источник