Гпп энергетика это: Выбор местоположения ГПП или ГРП и цеховых трансформаторных подстанций

Выбор местоположения ГПП или ГРП и цеховых трансформаторных подстанций

Дата 10.02.201603.04.2020 Автор ElectricianКомментироватьПросмотров: 13 872

Главный распределительный пункт ГРП или главную понизительную подстанцию ГПП (ее иногда называют главной питающей подстанцией) строят в центре электрических нагрузок предприятия, исходя из технико-экономических расчетов. Для того, чтоб определить центр этих самых электрических нагрузок, выполняют построение картограммы электрических нагрузок, которая представляет из себя генеральный план предприятия с показанными на нем осветительными и силовыми нагрузками каждого здания.

Центр нагрузок может быть найден методами построения равнодействующих нагрузок, которые аналогичны методам теоретической механики. Однако далеко не всегда удается разместить ГПП или ГРП в рассчитанном месте, поскольку необходимо учитывать еще и противопожарные, транспортные, архитектурно-строительные и прочие факторы. Поэтому местоположение главной понизительной подстанции ГПП и главного распределительного пункта следует находить с учетом вышеперечисленных факторов.

А вот выбор числа и местоположения цеховых трансформаторных подстанций ЦТП, а также мощности и количество силовых трансформаторов задача не из легких. В этом случае необходимо сопоставить минимум несколько вариантов электроснабжения, выбирая при этом вариант наименее затратный по капитальным затратам и эксплуатационным расходам, наиболее экономный с точки зрения расхода цветных металлов (алюминий и медь) и при этом соответствующий необходимому уровню надежности электроснабжения. Есть несколько методик определения оптимального мощностей подстанций, однако они не получили распространения.

Наиболее часто в практике применяют систему дробления цеховых подстанций ЦТП, при которой ЦТП располагают внутри цехов или вблизи их. Как правило, мощность таких подстанций не превышает 1000 кВА при вторичном напряжении (напряжение цеховой сети) 380/220 В. Использование такой системы позволяет довольно ощутимо снизить затраты как капитальные расходы, так и эксплуатационные на сеть низкого напряжения (в основном за счет снижения потерь в сетях 380/220 В). Однако при этом автоматически повышаются затраты на аппаратуру в сетях высокого напряжения, но несмотря на это система с мелкими подстанциями, приближенными к цехам, оказываются экономически обоснованными и применяются практически во всех крупных предприятиях.

Как и место главного распределительного пункта ГРП, места расположения цеховых трансформаторных подстанций ЦТП определяют с помощью картограмм электрических нагрузок. Во всех случаях необходимо стремится к тому, что бы ЦТП применились пристроенного или встроенного типа, что значительно снизит затраты на строительную часть и устройство сетей низкого напряжения.

В настоящее время довольно большое количество предприятий, специализирующихся на выпуске электротехнической продукции, выполняет выпуск комплектных малогабаритных трансформаторных подстанций (КТП), которые вполне пригодны для размещения внутри цехов, имеют простые схемы электрических соединений не имеющие сборных шин и выключателей на стороне высокого напряжения. К тому же они довольно дешевы и просты, поэтому получили довольно широкое применение.

Для цехов с химически активной средой, пожароопасных и взрывоопасных цехов, среды которых могут воздействовать на оборудование подстанции, а также в случаи питания групп мелких разбросанных цехов с общей нагрузкой до 1000 кВА, запитывают от отдельно стоящих подстанций.

Также при проектировании необходимо и учитывать возможность расширения производственных мощностей предприятия и отдельных цехов. Для этого необходимо предусмотреть возможность установки на ЦТП трансформатора большей мощности. Например, при установке трансформатора с мощностью 400 кВА предусматривают габаритные камеры и под трансформатор с мощностью 630 кВА и так далее.

Более того, если предприятие или цех имеют потребителей первой категории, то установка двух трансформаторов, выполняющих резервирование электропитания обязательна, при этом резерв должен вводится автоматически.

Для ЦТП с наличием потребителей второй категории возможна установка одного трансформатора. Резервная линия может заводится от другой, смежной подстанции, путем прокладывания перемычки на стороне низкого напряжения. Но в большинстве случаев применяют двух трансформаторные подстанции. Для потребителей третьей категории применяют одно трансформаторные подстанции.

На ЦТП не рекомендуется установка более двух трансформаторов, поскольку это ведет к усложнению электрических схем и увеличению капитальных затрат. Самыми дешевыми являются одно трансформаторные станции, однако если график нагрузки предприятия резко меняется в течении суток, то в целях экономии электрической энергии применяют двух трансформаторный вариант. Иногда встречаются варианты с тремя и более трансформаторами, но они очень редки и применяются в особых случаях. Также при выборе трансформаторов ЦТП необходимо стремится к тому, что бы все они имели одинаковую мощность.

Posted in Электроснабжение

энергетики «Нижнекамскнефтехима» планируют ввод новых мощностей

22 декабря 2021  11:50

В России 22 декабря ежегодно отмечают День энергетика. В Татарстане одним из крупнейших потребителей тепло- и энергоресурсов, который использует все лучшие доступные технологии, является «Нижнекамскнефтехим», входящий в объединенную компанию СИБУР. Что представляет собой энергетическое хозяйство предприятия – в обзоре ИА «Татар-информ».

Генерация и энергоэффективность – способы повышения конкурентоспособности

«Нижнекамскнефтехим» всегда ориентировался на развитие. Здесь ежегодно обновляют и расширяют производственные цеха, вводят новые производства с увеличением потребляемой мощности. Не так давно здесь запустили производства изопрена и изобутилена. Успешно реализуется проект по строительству этиленового комплекса, в планах на ближайшее будущее – строительство производства полипропилена. Расширение производств и новое строительство требуют все больше энергии. Сегодня подразделения компании ежегодно потребляют до 3 млрд кВт∙ч электроэнергии и 14 млн Гкал тепловой энергии. Энергетическое хозяйство компании потребляет 660 млн кубометров природного газа в год. Для обеспечения электроэнергией будущего олефинового комплекса ЭП-600 в апреле 2021 года была введена в эксплуатацию главная понизительная подстанция ГПП-5 суммарной мощностью трансформаторов 240 мегавольт-ампер (МВА).

Развитие собственных энергетических мощностей «Нижнекамскнефтехиму» важно еще по одной причине.   Сочетание собственной генерации и проектов повышения энергоэффективности – один из способов снижения операционных издержек и повышения конкурентоспособности конечной продукции. В условиях глобального рынка, на котором СИБУР стремится занять лидирующие позиции, это сегодня так же важно, как вопросы бережного   отношения к используемым ресурсам.

Хочется отметить, что программы «Нижнекамскнефтехима», входящего в объединенную компанию СИБУР, по совершенствованию энергообеспечения производств имеют сильную экологическую составляющую и позволяют решать также вопросы охраны окружающей среды.

Покрыть потребность в энергоресурсах с заделом на перспективу

Сегодня подразделения «Нижнекамскнефтехима» потребляют ежегодно до 3 млрд кВт∙ч электроэнергии и 14 млн Гкал тепловой энергии, 660 млн кубометров природного газа. До настоящего времени 6,9% потребности предприятия в собственной тепловой и 18% электрической энергии обеспечивала газотурбинная установка ГТУ-75, работающая с 2007 года. В период 2007-2020 годов на установке было выработано 7,14 млрд кВт∙ч электрической энергии и 11,8 млн Гкал тепловой энергии.

Сейчас «Нижнекамскнефтехим» завершает масштабный проект по строительству еще одной собственной электростанции ПГУ-ТЭС мощностью 495 МВт. Она позволит покрыть текущую потребность компании в электроэнергии, с заделом на перспективу.

Вкратце напомним историю проекта. В конце 2016 года компанией «Нижнекамскнефтехим» был объявлен тендер на поиски подрядчика для строительства собственной станции, а в декабре 2017 года в Мюнхене был подписан контракт с немецким концерном Siemens на условиях строительства под ключ электростанции ПГУ-ТЭС. Уже в январе 2018 года на второй промышленной зоне начались подготовительные работы для реализации проекта, к непосредственному осуществлению которых подключилась субподрядная турецкая компания Enka, обязательства которой распространяются от проектирования и поставок вспомогательного оборудования до строительно-монтажных и пусконаладочных работ.

Завершающийся год стал самым продуктивным в реализации проекта по строительству ПГУ-ТЭС. В июне здесь состоялось первое в череде наиболее ключевых событий в ходе пусконаладочных работ – розжиг первой газотурбинной установки. Этому предшествовала большая работа – была произведена гидроопрессовка и водная промывка котлов-утилизаторов, химпромывка котлов, пройдены гидравлические и пневматические испытания трубопроводов различных систем, а также проверка систем АСУТП.

В июле сотрудники станции осуществили розжиг на второй газотурбинной установке. Параллельно с этим продолжался целый комплекс пусконаладочных работ основного и вспомогательного оборудования.

Август ознаменовался еще одной вехой – была проведена первая синхронизация с электрической сетью газотурбинной установки №1. В сентябре аналогичное событие ждало газотурбинную установку №2.

Сейчас на ПГУ-ТЭС завершаются пусконаладочные работы, при этом станция уже выработала 57,6 млн кВт∙ч. По плану, выход на номинальную мощность станции ожидается в начале 2022 года.

Пуск ПГУ-ТЭС также решает еще одну глобальную задачу – экологическую. Проект позволяет утилизировать продукты переработки попутных нефтяных газов, которые ранее шли на факел. 

Также завершено строительство подстанции 110 кВ «РП-Жарков», после чего в условиях действующих производств осуществлен перезавод семи воздушных линий 110 кВ с подстанции «Нижнекамская». Тем самым создан собственный внутренний сетевой контур по поставке электроэнергии. А ранее для надежного газоснабжения как промузла, так и ПГУ реализован проект строительства газопровода, позволивший получить новое плечо газоснабжения от Северного газового коридора, что вкупе со строительством нового газораспределительного пункта ГРПБ-2а позволяет достичь высокой степени надежности по газоснабжению.

Сбережение тепла, воды и электричества

В ПАО «Нижнекамскнефтехим» очень серьезно относятся к энергосбережению и повышению энергоэффективности. В течение последних 20 лет в подразделениях предприятия постоянно проходили мероприятия по данному направлению.

За время реализации четырех программ энергосбережения с 2000 по 2020 год внедрено 1445 энергосберегающих мероприятий. За это время было сэкономлено 397 млн кВт∙ч электрической энергии, 6 млн 473 тыс. Гкал тепловой энергии, 198 тыс. тонн условного топлива. В 2020 году на «Нижнекамскнефтехиме» была разработана и принята пятая программа энергосбережения до 2025 года.

Еще одним важным направлением в работе компании является ресурсосбережение. Так, совместный проект «Нижнекамскнефтехима» и Нижнекамской ТЭЦ-1 по возврату конденсата, который образуется после использования пара, направлен на экономию водных ресурсов. Система возврата конденсата, которая ранее действовала на предприятии до 1986 года, не позволяла обеспечить качественный контроль за параметрами возвращаемой воды, что приводило к нештатным ситуациям на станции.

«Сегодня, с развитием технологий, мы можем обеспечивать надежный контроль за качеством и оперативное сопровождение с достаточным уровнем автоматизации. Поэтому было принято решение возобновить поставку конденсата. Начиная с 2013 года возвращено уже более 19 млн тонн конденсата, таким образом, на этот же объем снизилось потребление воды из реки Камы», – отмечает генеральный директор ПАО «Нижнекамскнефтехим» Айрат Сафин.

Повысить надежность и бесперебойного энергоснабжения

Электрохозяйство ПАО «Нижнекамскнефтехим» очень большое. Для примера: внешний периметр электроснабжения обеспечивают 17 главных понизительных подстанций (ГПП) с классом напряжения 110 кВ. С 2006 года на подстанциях ведется работа по замене оборудования на более современное в плане эффективности и безопасности.

В частности, уже завершены работы по замене оборудования открытых распределительных устройств (ОРУ) 110 кВ, вместо ранее действующей системы «отделитель – короткозамыкатель» (ОДКЗ) были установлены элегазовые выключатели 110 кВ, внедряются микропроцессорные защиты подстанционного оборудования.

Продолжаются работы по замене оборудования распределительных устройств 6 кВ и внедрение быстродействующих устройств автоматического ввода резервного питания (БАВР), что в совокупности позволит значительно повысить надежность электроснабжения производств ПАО «Нижнекамскнефтехим».

Положительно отразятся на качестве и надежности электроснабжения предприятия обновление более 80 трансформаторных подстанций, вынос кабельных сетей из земли на эстакады, замена кабельных линий и другие работы.

Развитие производства и расширение видов продукции сопровождается на «Нижнекамскнефтехиме» внедрением новых технологий и модернизацией оборудования на энергообъектах. Энергетики продолжают совершенствовать систему энергообеспечения и повышать ее надежность.

В 2021 году было заменено более 16 км кабельных линий напряжением 6 кВ, проведена реконструкция распределительных устройств 6кВ с заменой масляных выключателей на вакуумные и заменой релейной схемы защит на микропроцессорные блоки защит, замена трансформаторной подстанции ТП-32 на заводе Этилен с увеличением мощности до 1600 кВА. Также на главной понизительной подстанции ГПП-7 произведена замена силового трансформатора 110/6 кВ мощностью 63 МВА.

Все эти меры направлены на обеспечение надежного и бесперебойного энергоснабжения производств «Нижнекамскнефтехима», работающего в непрерывном цикле.

Стоит отметить, что сегодня перед энергетиками предприятия стоят вызовы по глобальной цифровой трансформации. Решение этих задач позволит предприятию в составе объединенной компании СИБУР повысить конкурентоспособность и безопасность оборудования, минимизировать влияние человеческого фактора, а также сделать более эффективным управления энергоактивами.

Зачем получать сертификат Green Power Pass (GPP) для возобновляемых источников энергии

Содержание

Известные операторы облачных служб и фермы гипермасштабируемых серверов, включая Google Cloud, Microsoft Azure и Amazon Web Services (AWS), уже много лет могут приобретать возобновляемую энергию и заявлять о соответствующих преимуществах. Но клиентам колокейшн-центров, мультитенантных центров обработки данных и облачного хостинга подобный вариант не предлагался. У этих клиентов не было четкого способа сообщить о кредитах за их долю приобретенной возобновляемой энергии. Вместо этого оператор объекта часто был единственным субъектом, который претендовал на эти льготы, чтобы избежать проблемы с отчетностью о двойном учете.

Теперь есть способ. Green Power Pass (GPP) был разработан специально для решения этой проблемы. Сертификация GPP позволяет организациям заявлять о возобновляемой энергии, которую они потребляют через центры обработки данных. Это означает, что клиенты центров обработки данных могут претендовать на финансовые и отчетные преимущества, связанные с уменьшением выбросов парниковых газов и CO2.

Как была разработана карта Green Power Pass

Программа Green Power Pass была запущена в 2019 году компанией Iron Mountain, лидером в области управления корпоративной информацией. В этих усилиях помогала BSR (Business for Social Responsibility), некоммерческая организация, которая также отвечает за Принципы корпоративного колокейшна и облачных покупателей, которые помогают крупным покупателям побуждать свои центры обработки данных переключаться на более экологичные источники энергии.

Решение GPP для отчетности по возобновляемым источникам энергии основано на добровольном стандарте, установленном Future of Internet Power (FOIP), рабочей группой, связанной с Альянсом покупателей возобновляемой энергии (REBA). Это позволяет клиентам центра обработки данных — предприятиям разного размера — сообщать и получать кредит на зеленую энергию, приобретенную поставщиком и используемую для питания их вычислительного оборудования.

«По мере роста нашего бизнеса центров обработки данных мы рано осознали важность возможности измерять и сообщать об энергопотреблении и воздействии на климат. Благодаря этим знаниям мы поняли, что у нас есть возможность помочь нашим клиентам применить тот же уровень понимания и извлечь выгоду из преимуществ источников возобновляемой энергии для их собственных измерений и отчетности. А поскольку мы разработали Green Power Pass в соответствии с отраслевыми стандартами, наши клиенты могут быть уверены, что у них есть заслуживающий доверия, надежный и полностью прозрачный ресурс, который соответствует их собственным стандартам отчетности и использования возобновляемых источников энергии в операциях их центров обработки данных». – Марк Кидд, исполнительный вице-президент и генеральный менеджер Iron Mountain Data Centers.

Для колокейшн-центров, облачных провайдеров и многопользовательских центров обработки данных этот тип бонуса за устойчивость теперь является преимуществом, которое они могут передать своим клиентам. Действительно, впервые компании могут учитывать энергию с точки зрения использования, а не зачислять ее только покупателю.

Почему Green Power?

За последние несколько лет центры обработки данных стали играть растущую роль на рынке электроэнергии, и ожидается, что к 2025 году они будут стоить почти 11 миллиардов долларов. В общей сложности центры обработки данных в настоящее время потребляют около 3% вырабатываемой энергии. Ожидается, что в связи с резким ростом числа центров обработки данных спрос на электроэнергию также возрастет. Таким образом, потребность в решениях по энергоэффективности и управлению питанием становится неотъемлемым фактором при проектировании и эксплуатации объектов такого типа.

Для крупных центров обработки данных растущий рыночный спрос на энергию, зависимость от нее для работы собственных объектов и рост цен представляют собой корпоративный риск. Так что теперь они больше обращаются к возобновляемым источникам, чтобы снизить риск ценообразования на свою энергию. Повышение экологической ответственности их деятельности является дополнительным ценным преимуществом.

В более широком масштабе мы можем ожидать, что по мере того, как все больше клиентов осознают, что у них есть доступ к кредитам на возобновляемые источники энергии, спрос на экологически чистую энергию будет расти. В отличие от традиционных источников электроэнергии, возобновляемые источники энергии не выделяют углекислый газ, не загрязняют воздух и другие парниковые газы, способствующие глобальному потеплению. Кроме того, переход на зеленое питание помогает:

• Поддержка дальнейшего развития технологии возобновляемых источников энергии,
• Уменьшите углеродный след и усилия по обеспечению устойчивого развития вашего бизнеса,
• Снижение спроса на ископаемое топливо и зависимость от него,
• Повысить репутацию организации,
• Улучшить имидж компании, не наносящей ущерба окружающей среде, среди клиентов, инвесторов, заинтересованных сторон и сотрудников.

В частности, для крупных корпоративных клиентов центров обработки данных возможность заявить о своих преимуществах за использование экологически чистой энергии может существенно изменить их учет и отчетность.

Какие варианты зеленого питания?

Большая часть электроэнергии, учитываемой с помощью кредита на возобновляемую энергию (REC), поступает от солнечных и ветряных электростанций.

Какие организации используют преимущества GPP?

Среди первых, кто принял участие в программе GPP Iron Mountain, было несколько громких имен. В их число входят компания Boeing, Бостонский медицинский центр, Credit Suisse и Goldman Sachs. Среди других клиентов, воспользовавшихся преимуществами программы Green Power Pass, были Akamai Technologies, WeWork и Университет штата Аризона.

Как работает Green Power Pass?

Решение GPP описывает цепочку хранения полученной энергии по мере ее прохождения по пути распределения электроэнергии. В зависимости от того, кто контролирует энергопотребление, либо провайдер, либо арендатор. В конце концов, кредиты распределяются между поставщиком центра обработки данных и заказчиком. Хотя использование кредитов на возобновляемые источники энергии требует дополнительной документации и отчетности со стороны организации.

Расскажите своим клиентам о преимуществах возобновляемой энергии

И.С. Партнеры готовы помочь вашему центру обработки данных передать преимущества экологически чистой энергии вашим клиентам. Наши аудиторы могут предоставить вашим клиентам ежегодную сертификацию GPP для целей отчетности. Документация предоставляется в соответствии с практикой FoIP и охватывает все соответствующие аспекты энергопотребления. Свяжитесь с нашей командой сегодня для получения дополнительной информации.

1.8 Чтение — AP ENVIRONMENTAL

Все живые организмы на Земле состоят из одной или нескольких клеток. Каждая клетка использует химическую энергию, содержащуюся в основном в молекулах углеводов (пища), и большинство этих молекул производятся одним процессом: фотосинтезом. С помощью фотосинтеза некоторые организмы преобразуют солнечную энергию (солнечный свет) в химическую энергию, которая затем используется для создания молекул углеводов. Энергия, используемая для удержания этих молекул вместе, высвобождается, когда организм расщепляет пищу. Затем клетки используют эту энергию для выполнения работы, такой как клеточное дыхание. Энергия, полученная в результате фотосинтеза, непрерывно поступает в экосистемы нашей планеты и передается от одного организма к другому. Поэтому прямо или косвенно процесс фотосинтеза обеспечивает большую часть энергии, необходимой для живых существ на Земле. Фотосинтез также приводит к выделению кислорода в атмосферу. Короче говоря, чтобы есть и дышать, люди почти полностью зависят от организмов, осуществляющих фотосинтез.

Зависимость от солнца и производство продуктов питания

Некоторые организмы могут осуществлять фотосинтез, тогда как другие не могут. Автотроф — это организм, который может производить себе пищу. Греческие корни слова автотроф означают «сам» (авто), «кормящий» (троф). Растения являются наиболее известными автотрофами, но существуют и другие, в том числе определенные виды бактерий и водорослей. Океанические водоросли вносят огромное количество пищи и кислорода в глобальные пищевые цепи. Растения также являются фотоавтотрофами , тип автотрофа, который использует солнечный свет и углерод из углекислого газа для синтеза химической энергии в виде углеводов. Все организмы, осуществляющие фотосинтез, нуждаются в солнечном свете.

Гетеротрофы – это организмы, неспособные к фотосинтезу, поэтому они должны получать энергию и углерод из пищи, потребляя другие организмы. Греческие корни слова гетеротроф означают «другой» ( гетеротроф ) «кормящий» ( троф ), что означает, что их пища поступает от других организмов. Даже если пищевым организмом является другое животное, эта пища ведет свое происхождение от автотрофов и процесса фотосинтеза. Люди гетеротрофы, как и все животные. Гетеротрофы зависят от автотрофов прямо или косвенно. Олени и волки — гетеротрофы. Олень получает энергию, поедая растения. Волк, поедающий оленя, получает энергию, которая исходила от растений, съеденных этим оленем. Энергия в растении исходила от фотосинтеза, поэтому в данном примере это единственный автотроф. Используя это рассуждение, вся пища, которую едят люди, также связана с автотрофами, осуществляющими фотосинтез.

Основные структуры и краткое изложение фотосинтеза

Почти вся энергия, питающая экосистемы, исходит от Солнца в виде солнечной энергии, которая является формой кинетической энергии. Фотосинтез требует солнечного света, углекислого газа (CO2) и воды (h3O) в качестве исходных реагентов (рисунок ниже). После завершения процесса фотосинтез высвобождает кислород (O2) и производит молекулы углеводов, чаще всего глюкозу (C6h22O6). Глюкоза представляет собой форму потенциальной энергии, которая может использоваться широким кругом организмов. Эти молекулы сахара содержат энергию, необходимую живым существам для выживания.

Гетеротрофы — это организмы, неспособные к фотосинтезу, поэтому они должны получать энергию и углерод из пищи, потребляя другие организмы. Люди гетеротрофы, как и все животные. Гетеротрофы зависят от автотрофов прямо или косвенно. Используя это рассуждение, вся пища, которую едят люди, также связана с автотрофами, осуществляющими фотосинтез.

Клеточное дыхание и энергетический цикл

Продуценты используют глюкозу, которую они производят в результате фотосинтеза, для хранения энергии и создания таких структур, как листья, стебли и корни. другие организмы, такие как травоядные, поедают ткани производителей и получают энергию за счет химической энергии, содержащейся в этих тканях. Они делают это через клеточное дыхание, процесс, посредством которого клетки высвобождают энергию химических соединений. Аэробное дыхание противоположно фотосинтезу; клетки превращают глюкозу и кислород в энергию, углекислый газ и воду. По сути, организмы запускают фотосинтез в обратном направлении, чтобы восстановить солнечную энергию, запасенную в глюкозе. Некоторые организмы, такие как бактерии, живущие в иле под болотом, где кислород недоступен, осуществляют анаэробное дыхание , процесс, посредством которого клетки превращают глюкозу в энергию в отсутствие кислорода.

Фотосинтез производит кислорода  в качестве побочного продукта, а дыхание производит углекислого газа  в качестве побочного продукта. В природе не существует такого понятия, как отходы. Каждый отдельный атом материи сохраняется, перерабатываясь бесконечно. Вещества меняют форму или переходят из одного типа молекулы в другой, но никогда не исчезают. CO2 является формой отходов, образующихся при дыхании, не больше, чем кислород является отходом фотосинтеза. Оба являются побочными продуктами реакций, которые переходят в другие реакции. Фотосинтез поглощает энергию для создания углеводов в хлоропластах, а аэробное клеточное дыхание высвобождает энергию, используя кислород для расщепления углеводов. Фотосинтез и клеточное дыхание функционируют в биологическом цикле, позволяя организмам получать доступ к поддерживающей жизнь энергии, которая берет свое начало в звезде за миллионы километров.

Продуктивность

Фотоавтотрофы, такие как растения, водоросли и фотосинтезирующие бактерии, являются источником энергии для большинства мировых экосистем. Некоторые экосистемы более продуктивны, чем другие. Количество энергии, доступной в экосистеме, определяет, сколько жизни экосистема может поддерживать. Например, количество солнечного света, достигающего поверхности озера, определяет, сколько водорослей может жить в озере. В свою очередь, количество водорослей определяет количество зоопланктона, которое может поддерживать озеро, а размер популяции зоопланктона определяет количество рыбы, которое может поддерживать это озеро.

 Чтобы понять, откуда берется энергия в экосистеме и как она передается по пищевым цепям, ученые-экологи измеряют продуктивность экосистемы. Первичная продуктивность — это скорость, с которой солнечная энергия (солнечный свет) преобразуется в органические соединения посредством фотосинтеза в единицу времени.  

валовая первичная продуктивность (GPP) экосистемы является мерой общего количества солнечной энергии, которую производители в экосистеме улавливают посредством фотосинтеза в течение заданного периода времени. Однако не вся энергия, затрачиваемая продуцентами, доступна другим организмам в пищевой цепи, потому что продуценты также должны расти и размножаться, что требует энергии. Чистая первичная продуктивность (ЧПП) — это энергия, полученная производителями от Солнца, за вычетом энергии, выдыхаемой производителями

Вы можете думать о GPP и NPP с точки зрения зарплаты: GPP – это общая сумма, которую платит вам ваш работодатель, тогда как NPP – это фактическая сумма, которую вы забираете домой после вычета налогов.

Кратко:
GPP — это общая скорость фотосинтеза в данной области, а NPP — это скорость накопления энергии фотосинтезаторами в данной области после вычета энергии, потерянной на дыхание.

Определение GPP и NPP

GPP, по сути, является мерой того, сколько фотосинтеза происходит в течение определенного периода времени. Определение GPP является сложной задачей, поскольку растение редко фотосинтезирует без одновременного дыхания. Однако, если мы можем определить скорость фотосинтеза и скорость дыхания, мы можем использовать эту информацию для расчета GPP.

Обычный подход к измерению GPP – это первое измерение производства CO2 в темноте. Поскольку в темноте фотосинтез не происходит, эта мера устраняет поглощение CO2 фотосинтезом. Затем мы измеряем поглощение CO2 солнечным светом. Эта мера дает нам чистое движение CO2, когда одновременно происходят дыхание и фотосинтез. Добавляя количество СО2, произведенное в темноте, к количеству СО2, поглощаемому на солнце, мы можем определить общее количество СО2, которое поглощается в процессе фотосинтеза.
 
CO2, поглощенный в процессе фотосинтеза = CO2, поглощенный при солнечном свете + CO2, произведенный в темноте

GPP = NPP + R

Таким образом, мы можем получить GPP экосистемы за день в пределах заданной области. Мы можем дать ответ в единицах килограммов углерода, поглощаемого на квадратный метр в день (кг C/м2/день), или в единицах энергии в единицу времени (ккал/м2/год).

Сравнение продуктивности экосистем

Преобразование солнечного света в химическую энергию не является эффективным процессом. Как показано на рисунке ниже, только около 1% от общего количества солнечной энергии достигает производителей в экосистеме. Большая часть этой солнечной энергии теряется из экосистемы при возврате тепла в атмосферу. Часть потерянной энергии состоит из длин волн света, которые производители не могут поглотить. Эти длины волн либо отражаются от поверхностей продуцентов, либо проходят через их ткани. NPP экосистем колеблется в пределах 25-50% от GPP. Это означает, что всего 0,25% солнечной энергии, попадающей на планету, представлено АЭС.

​ В водных экосистемах большая часть красного света (с большей длиной волны) поглощается в верхней части 1 м воды, а синий свет (с более короткой длиной волны) проникает глубже 100 м только в самой чистой воде.