Бесплатный автореферат и диссертация по географии на тему

Исследование проблемы рационального использования энергетических ресурсов и защита атмосферного воздуха в Республике Аргентина

ВАК РФ 11.00.11, Охрана окружающей среды и рациональное использование природных ресурсов

Текст научной работыДиссертация по географии, кандидата технических наук, Марио Диас Террадо, Санкт-Петербург

Министерство путей сообщения Российской Федерации ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ

МАРИО ДИАС ТЕРРАДО

ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОБЛЕМЫ РАЦИОНАЛЬНОГО ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ РЕСУРСОВ И ЗАЩИТА АТМОСФЕРНОГО ВОЗДУХА В РЕСПУБЛИКЕ АРГЕНТИНА.

11.00Л1. Защита окружающей среды и рациональное использование

природных ресурсов

На правах рукописи

ДИССЕРТАЦИ на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научный руководитель -доктор технических наук, профессор Игорь Георгиевич Киселев

Санкт-Петербург 1999

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ..............................................4

ГЛАВА 1. АРГЕНТИНА И СИТУАЦИЯ В ЕЕ ЭНЕРГЕТИКЕ

1.1. Общие сведения........................................8

1.2. Основные черты хозяйства...............................В

1.3. Топливно-энергетические проблемы в Аргентине............12

1.4. Выводы...............................................16

ГЛАВА 2. ПЕРСПЕКТИВЫ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ НЕТРАДИЦИОННЫХ ИСТОЧНИКОВ ЭНЕРГИИ

2.1. Общие вопросы.............,..........................18

2.2. Солнечная энергия......................................19

2.3. Энергия ветра..........................................28

2.4. Энергия нелесной биомассы и древесины...................30

2.5. Геотермальная энергия..................................34

2.6. Выводы...............................................35

ГЛАВА 3. ЗАГРЯЗНЕНИЕ АТМОСФЕРНОГО ВОЗДУХА И

ДВИГАТЕЛИ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ

3.1. Загрязнение атмосферного воздуха в Аргентине.............37

3.2. Состав отработавших газов двигателей внутреннего сгорания

и их вредное воздействие на человека, флору и фауну........ 41

3.3. Токсичность двигателей внутреннего сгорания различных типов................................................48

3.4. Двигатели внутреннего сгорания как источник выброса углекислого газа (СОг)..................................53

3.5.Предельно допустимые концентрации вредных веществ в воздухе, установленные в Аргентине...............................56

3.6. Разрешенные выбросы и тенденции их изменения для автомо-

ГЛАВ А 4. СНИЖЕНИЕ ТОКСИЧНОСТИ ДВИГАТЕЛЕЙ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ ПРИ ПЕРЕВОДЕ ИХ НА РАБОТУ СО СЖАТЫМ ПРИРОДНЫМ ГАЗОМ И ИХ ФОРСИРОВАНИЕ

4.1. Сопоставление мощности двигателя, работающего на различных видах топлива....................................63

4.2. Экспериментальное исследование состава отработавших газов двигателей внутреннего сгорания различных типов.........64

4.3. Исследование способов форсирования двигателей внутреннего сгорания при их переводе на работу со сжатым природным газом................................................70

4.4. Метод расчета теплонапряженности поршня...............77

4.5. Выводы..............................................84

ГЛАВА 5. ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКИЕ РАСЧЕТЫ ЭФФЕКТИВНОСТИ ЗАМЕНЫ НА АВТОМОБИЛЯХ ЖИДКОГО ТОПЛИВА ГАЗООБРАЗНЫМ

5.2. Теплота сгорания различных топлив и экономия от перевода

бильных двигателей в Аргентине 3.7. Выводы......................

58

5.1. Цены на топливо в Аргентине

87

двигателей на газообразное топливо

5.3. Выводы........................

ЗАКЛЮЧЕНИЕ....................

ЛИТЕРАТУРА.....................

88

91

92

ВВЕДЕНИЕ

Большой объем работ в изучаемой области выполнен на крупных фабриках и заводах Аргентины: Рено-Аргентина С А (г. Кордова), Трансакс СА (г. Кордова), Пуэрто Секо (г. Сан Хуан), Пеньяфиоч СА (г. Сан Хуан), Индустриас Металлургикас Пескармона (г. Мендоса), а также известными учеными и инженерами: Роберто Руисом, Оресте Берта, Раулеле Магайянесом, Альберто Гарибальди, Хосе ди Марко, Эдуардо Гепари, Эстелой Удакиола. Автор использовал много работ, известных в мире, для анализа ситуации в изучаемой проблеме, а также опыт инженеров экспериментального отдела указанной выше фирмы Рено-Аргентина СА. Существенная помощь автору была оказана инженерами института прикладной механики национального университета г. Сан Хуан.

Актуальность.

Аргентина располагает достаточно разнообразной сырьевой базой. Из топливно-энергетических ресурсов наибольшее значение имеют нефть, урановые руды и газ. Углем страна небогата, и он -невысокого качества. Аргентина - первая страна Южной Америки, в которой начала развиваться атомная энергетика. Тепловые электростанции работают на нефти и газе и имеют небольшую мощность. Страна имеет развитую нефтеперерабатывающую промышленность. Наиболее крупные заводы расположены в городах Буэнос-Айресе и Ла-Плате. Страна имеет также развитую систему газопроводов и нефтепроводов, обеспечивая перекачку газа и нефти от мест добычи к местам потребления и переработки.

Аргентина расположена в трех климатических поясах: тропическом, субтропическом и умеренном. Ее климатические условия позволяют широко использовать энергию солнца, ветра и биоресурсы. Однако, конкретных рекомендаций для отдельных районов страны пока не существует. Недостаточно используются нетрадиционные источники энергии. Проблема охраны окружающей среды в Аргентине не так остра, как, например, в странах Западной Европы. Однако, в крупных городах: Буэнос-Айросе, Кордове, Росарио и Мендосе сотни тысяч автомобилей загрязняют атмосферный воздух. Это требует принятия срочных мер и реализации новых научных разработок.

Задачи, решаемые в работе.

Для исследования проблемы, сформулированной в теме диссертации, необходимо решение следующих задач:

1. Анализ потребления традиционных энергоресурсов в стране и оценка их запасов. Разработка конкретных рекомендаций по стратегии в этой области в XXI веке.

2. Определение эффективности использования нетрадиционных источников энергии, в первую очередь солнечной. Разработка новых конструкций солнечных коллекторов для горячего водоснабжения и методов их расчета.

3. Оценка современного положения дел в области охраны атмосферы от вредных выбросов стационарных энергетических установок и транспортных двигателей внутреннего сгорания.

4. Разработка предложений и новых методов снижения вредных выбросов в атмосферу двигателями внутреннего сгорания без потери ими мощности.

Научная новизна.

Предлагается метод расчета высокоэффективных теплообменников для солнечных коллекторов, которые целесообразно использовать в тропических и субтропических зонах страны.

Разработан метод расчета теплонапряженности поршня при форсировании двигателя внутреннего сгорания, работающего на сжатом природном газе.

Практическая ценность.

Разработаны рекомендации по рациональному использованию энергоресурсов в различных климатических зонах страны. Созданы новые конструкции теплообменников для солнечных коллекторов, новизна которых подтверждена двумя патентами. Опытная партия городских автобусов с дизельными двигателями в г. Мендоса переоборудована для работы на сжатом природном газе. Дидактические материалы, подготовленные в процессе выполнения исследований, используются в учебных заведениях в городах: Сан Хуан, Мендоса, Map дель Плата.

Апробация.

Основные положения диссертации докладывались на

международном конгрессе по совершенствованию конструкции

двигателей внутреннего сгорания в г. Бело-Горизонте, Бразилия,

декабрь 1995 г.; на конференции "Защита окружающей среды от

загрязнений", г. Мендоса, Аргентина, 6-8 августа 1997 г.; на

международном конгрессе "Регулирование альтернативных двигателей

6

внутреннего сгорания", г. Гавана, Куба, сентябрь 1997 г.; на конференции "Сжатый природный газ как топливо, снижающее загрязнение атмосферы", г. Сан Хуан, Аргентина, сентябрь 1998 г.; на семинаре кафедр: "Тепловые двигатели", "Автомобильные моторы", университет г. Сан Хуан, Аргентина, август 1998 г.; на семинаре кафедр: "Теплотехника и теплосиловые установки", "Охрана труда и окружающей среды", ПГУПС, Санкт-Петербург, Россия, октябрь 1998 г.

Публикации.

По результатам исследований, выполненных в диссертации, опубликовано 14 работ, из которых два учебника.

ГЛАВА 1. АРГЕНТИНА И СИТУАЦИЯ В ЕЕ ЭНЕРГЕТИКЕ.

1.1. Общие сведения.

Аргентина занимает юго-восточную часть Южной Америки (рис. 1.1). Площадь ее территории составляет 2780400 кв.км. Население - 33507000 чел. (1993 г.). Аргентина граничит с Чили, Боливией, Парагваем, Бразилией и Уругваем. Общая длина границ - 9376 км. [ 14, 15].

Большая протяженность с севера на юг - главная территориальная характеристика Аргентины. Вдоль границы с Чили тянутся громадные Анды с самыми высокими вершинами Южной Америки: Аконкагуа (6959 м) и Тупунгато (6800 м). В районе городов Сан Хуана и Сан Луиса встречаются специфические формы рельефа -медонос и ареналес - образования движущихся песков.

Северо-восток страны занимает Лаплатская низменность. К востоку от Анд лежит Патагония. Аргентине принадлежит также восточная часть острова Огненная Земля и остров Эстадос. Фольклендские (Мальвинские) острова - спорная территория между Аргентиной и Великобританией. Климат Аргентины формируется под воздействием морских воздушных масс с Атлантического океана.

1.2. Основные черты хозяйства.

Аргентина - индустриально-аграрная страна, одна из наиболее развитых экономических стран Латинской Америки. Структура валового внутреннего продукта (в % от общей стоимости на 1991 г.) [ 1 ]:

• финансовая деятельность и обслуживание - 27,2;

Республика Аргентина

• обрабатывающая промышленность - 20,7

• сельское хозяйство -16,7

• торговля - 13,0

• транспорт и связь -12,2

• коммунальное хозяйство - 5,4

• добывающая промышленность - 2,9

• строительство - 1,9.

В обрабатывающей промышленности Аргентины важное значение имеют пищевая, нефтеперерабатывающая,

машиностроительная и др. отрасли. Структура обрабатывающей промышленности ( в % от стоимости произведенной продукции в 1990 г.) [ 16]:

• пищевая и табачная - 19,5;

• нефтеперерабатывающая - 19,2;

• машиностроение - 18,7;

• химическая - 14,9;

• текстильная, швейная и кожевенно-обувная - 9,8;

• деревообрабатывающая и целлюлозно-бумажная - 6,6;

• черная металлургия - 5,5;

• производство стройматериалов - 4,5;

• цветная металлургия - 1,0;

• прочие - 0,3.

Сельское хозяйство страны имеет довольно высокий уровень развития. Аргентина полностью удовлетворяет свои потребности в продовольствии и является крупнейшим экспортером сельскохозяйственной продукции на мировом рынке.

Ведущие отрасли сельского хозяйства - производство зерновых культур и животноводство, где преобладает его главная отрасль -

Ю

разведение крупного рогатого скота. По его поголовью Аргентина занимает одно из первых мест в мире.

Сельскохозяйственные угодья занимают 61,8% всей площади страны. Из них луга, пастбища - 51,9%, а пашня - 9,9%.

Зерновые культуры занимают половину посевных площадей. Выращивают пшеницу, кукурузу, рожь и рис.

По сбору винограда Аргентина также занимает одно из первых мест в мире. Выращивается он, в основном, в провинциях Мендоса и Сан Хуан.

В внутренних перевозках пассажиров и грузов ведущее место занимает железнодорожный и автомобильный транспорт. Длина железных дорог составляет 34115 км (1989 г.), автомобильных - 211369 км, из них 27% имеют твердое покрытие.

Внешние перевозки, в основном, обеспечивает морской и воздушный транспорт.

Аргентина экспортирует ( в % от общей стоимости экспорта на 1991 г.):

• химическая продукция Основной импорт:

• машиностроение

• продукты питания и живои скот

• нефть и нефтепродукты

• растительное и животное масло

• готовые изделия

-39,1; -21,2;

- 16,3;

- Ю,6;

- 6,0; - 5,3.

• машиностроение и транспортное оборудование

-•34,4; - 22,1;

- 24,4;

- 13,5.

• химическая промышленность

• готовые изделия

• нефть и нефтепродукты

1.3. Топливно-энергетические проблемы в Аргентине.

Аргентина обладает разнообразной минерально-сырьевой базой, однако, большая часть полезных ископаемых находится в отдаленных, малонаселенных регионах.

В стране имеются запасы угля, газа, нефти и урановых руд. Уголь не получил широкого применения в энергетике и в промышленности из-за низкой калорийности. Тепловые электростанции работают на мазуте и газе.

Некоторые сведения о топливно-энергетическом комплексе страны представлены в таблице 1.1.

Таблица 1.1.

Характеристика топливно-энергетического комплекса Аргентины.

ПРОДУКЦИЯ ГОДЫ

1982 1992 1996

Нефть, тыс.м3 28444 32246 45549

Природный газ, млн.м3 11750 25043 34650

Сжатый природный газ, млн.м3 1092

Бензин, тыс.м3 7023 7924 7021

Дизельное топливо, тыс.м3 7758 10497 10966

Уголь, тыс. т 515 - -

Электроэнергия, млн. кВт- ч 36223 54521 64601

(-) - данные отсутствуют.

Урановые руды добывают в провинциях Мендоса и Чубут, а география мест добычи газа и нефти более широкая (рис. 1.2) и (рис. 1.3). По данным [3, 14 ] на 1996 г. разведанные запасы газа составляют 688333 млн. м3, а нефти - 411491 тыс. м3.

Расчеты, результаты которых приведены в таблице 1.2. показывают, что разведанных запасов нефти и газа (по данным на 1996 г.) стране хватит соответственно на 9 и 20 лет.

Таблица 1.2

Продолжительность использования разведанных запасов нефти и газа

в Аргентине.

Запасы топлива, лет

Годы Нефть Газ

1980 14 49

1996 9 20

Этот факт существенно повлиял на структуры распределения производства электрической энергии (рис. 1.4). Если в 1980 году на тепловых электростанциях было произведено 90% электрической энергии, а к 2000 году эта цифра должна составить 75%, то уже в 1995 году в стране таким способом получено только 46% электрической энергии. В то же время реально производство электрической энергии на гидравлических электростанциях резко возросло и достигло 44%.

На реке Парана по проекту "Парана медио" создается каскад ГЭС. Гидроэлектростанция Ясирета имеет проектную мощность 4,0 ГВт. Построенная на реке Уругвай, электростанция Салито-Гранде имеет мощность 2,5 ГВт, а станция Аликура на реке Лимай - 1 ГВт.

Регион добычи газа

Рис. 1.2

Регион добычи нефти.

Рис. 1.3

а) Производство электроэнергии на тепловых станциях.

б) Производство электроэнергии на гидравлических станциях.

план;----реально.

Рис. 1.4

Аргентина - первая страна Латинской Америки, в которой начались строиться атомные электростанции. Близ Буэнос-Айроса, работает АЭС Атуча мощностью 340 тыс. кВт. АЭС Эмбальса имеет мощность 600 тыс. кВт. Республика Аргентина изготавливает и поставляет атомные реакторы в другие страны Южной Америки.

В Аргентине проводятся научные изыскания в области ядерной энергетики и работают квалифицированные кадры. Разработана программа строительства новых атомных электростанций. Однако, настоящее время процент выработки электроэнергии на атомных станциях несколько снизился (рис. 1.5).

1.4. Выводы.

1. Республика Аргентина является страной относительно мало заселенной. Благодаря своему географическому положению и климату она имеет возможность получать и использовать различные виды топлива и энергии. Проблема лишь заключается в транспортировке ее от места производства или добычи к месту потребления.

2. В XXI веке сохранится тенденция снижения производства электрической энергии на тепловых электрических станциях и увеличение ее производства на гидроэлектростанциях. Дальнейшее сооружение атомных электростанций будет зависеть от потребностей и общественного мнения.

Тепловые

Гидравлические

о

ЛЗ

о

о

Тепловые

53 Гидравлические

СП

Ядерные

о -и—

00 о

Ю

О

н-)

со

«А

О

О

м о

о

Тепловые

1идравличеекие Ядерные

сг> о

-А—

СО

о

ю о ел

о

¡—4 >в

со

ГЛАВА 2. ПЕРСПЕКТИВЫ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ НЕТРАДИЦИОННЫХ ИСТОЧНИКОВ ЭНЕРГИИ.

2.1. Общие вопросы.

Промышленные центры и крупные города Аргентины находятся далеко от мест производства электроэнергии и источников топлива. По этой причине в стране ведется интенсивное строительство линий электропередач, нефте- и газопроводов. Это требует больших материальных затрат. Кроме этого следует отметить и другое. Массовое строительство гидроэлектростанций привело к затоплению больших территорий. В отдельных районах страны (например, провинция Сан Хуан), происходит интенсивное засоление и заболачивание почв. Это приводит к возникновению проблем экологического характера. Естественно, возникает вопрос, что делать? И здесь следует выдвинуть на передний план идею интенсивного использования альтернативных источников энергии, применение которых целесообразно в различных районах. Речь идет прежде всего об энергии ветра, геотермальных водах, использовании для сжигания биогаза, водорода. Особенно перспективными являются солнечные установки, так как значительная часть территории Аргентины находится в тропическом и субтропическом климате. Вообще к числу новых и возобновляемых источников энергии эксперты ООН относят гидроэнергию, солнечную, геотермальную, ветровую, приливную, волновую, температурный градиент Мирового океана, нелесную биомассу, древесину, древесный уголь, торф, энергию животных, горючие сланцы, битуминозные песчаники [3, 44 ]. Опыт показывает, что из всего многообразия этих источников энергии на сегодня в промышленной форме можно использовать лишь источники,

указанные ранее. В диссертации гидравлическая энергия не относится к числу новых. Их освоение капиталоемко и сферу их применения снижает низкая степень концентрации в них энергии и эффективности ее преобразования. Экономически это означает, что возобновляемые источники энергии в обозримой перспективе могут быть лишь локальной заменой традиционным.

Особенно следует отметить, что добыча трад�