Классификация энергетических ресурсов кратко
Обновлено: 07.07.2024
Для современной цивилизации в наступившем XXI в. характерно возрастание роли мировой политики и международных отношений, взаимосвязанность и масштабность мировых процессов в экономической, политической, социальной и культурной жизни планеты, включение в международную жизнь и общение всё больших масс населения Земли. Всё это свидетельствует о наличии объективных предпосылок для появления в современном мире таких проблем, которые имеют глобальный, планетарный характер.
Содержание
2.Классификация и экономическая оценка энергетических ресурсов
3.Запасы и разработка энергоресурсов, электроэнергетика
4.Решение проблемы энергоресурсов
5.Альтернативные источники энергии
7.Список использованной литературы
Вложенные файлы: 1 файл
katya.doc
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ
УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИАНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАИЯ
Казанский государственный энергетический университет
Реферат на тему:
Студентка группы ЭПТ-1-11
2.Классификация и экономическая оценка энергетических ресурсов
3.Запасы и разработка энергоресурсов, электроэнергетика
4.Решение проблемы энергоресурсов
5.Альтернативные источники энергии
7.Список использованной литературы
Для современной цивилизации в наступившем XXI в. характерно возрастание роли мировой политики и международных отношений, взаимосвязанность и масштабность мировых процессов в экономической, политической, социальной и культурной жизни планеты, включение в международную жизнь и общение всё больших масс населения Земли. Всё это свидетельствует о наличии объективных предпосылок для появления в современном мире таких проблем, которые имеют глобальный, планетарный характер. Они затрагивают интересы всего человечества. К таким проблемам относятся: предотвращение мирового ядерного конфликта, мировых и локальных войн, сохранение природной среды, надёжное обеспечение человечества энергией, сырьём, продовольствием, пресной водой, управление демографическими процессами, хозяйственное освоение Мирового океана и космического пространства.
При изучении глобальных проблем необходимо учитывать как общие закономерности и общие тенденции развития производительных сил, в том числе под воздействием научно- технической революции, так и действие социальных факторов развития: быстрого роста населения планеты, увеличение межгосударственного взаимовлияния. Произошёл крупный качественный скачок во всех сферах человеческой деятельности. Крупные масштабы и динамизм экономической деятельности в современных условиях повлекли за собой не только положительные, но и отрицательные последствия: резкое и не всегда оправданное увеличение расходования природных ресурсов, отрицательное воздействие производственной сферы на природную среду, ухудшение экологии, усиление неравномерности в уровне социально-экономического развития между развитыми и развивающимися странами и др.
Все эти факторы в немалой степени способствовали появлению и обострению глобальных проблем. Уже сейчас существуют: угроза необратимых изменений экологических свойств среды обитания, угроза нарушения формирующейся целостности мирового сообщества, угроза самоуничтожения цивилизации.
В последнее время также всё острее встаёт проблема нехватки природных ресурсов, в особенности, энергетических. Хотя в настоящее время нехватка энергетических ресурсов почти не ощутима, данная проблема требует немедленного рассмотрения и решения, так как большинство таких ресурсов не возобновляемы, а запасы их весьма невелики. От того, насколько быстро и качественно будет решена данная проблема, зависит, сможет ли человечество в ближайшие 100 –150 лет стабильно получать тепло и свет, то есть те минимальные удобства, без которых современные люди попросту не смогут выжить. Таким образом, решение ресурсной проблемы для энергетики – вопрос жизни и смерти для человечества.
2.Классификация и экономическая оценка энергетических ресурсов.
Природная среда является местом обитания человека и источником всех благ. Развитие человеческого общества во все века было связано с использованием разнообразных ресурсов. Степень использования ресурсов определяется социально – экономическими потребностями.
За XX в. из недр Земли извлечено полезных ископаемых больше, чем за всю историю цивилизации. За последнее столетие потребление ископаемого топлива возросло почти в 30 раз. Объём мирового промышленного производства вырос в 50 раз. Причём ¾ роста потребления топлива и 4/5 увеличения объёма промышленного производства произошло за период с начала 1950-х годов. Для удовлетворения своих потребностей современный человек нуждается в значительно большем количестве ресурсов, чем раньше. Наиболее необходимыми, а, следовательно, и наиболее ценными, для человечества являются так называемые энергетические ресурсы.
Существуют несколько классификаций энергоресурсов по разным направления:
1. Первичными, т. е. теми, которые человек использует в большей степени, энергетическими ресурсами признаются – нефть, природный газ, каменный и бурый угли, горючие сланцы торф, древесина, гидроэнергия, а также энергия атомного распада и ядерного синтеза. Вторичными, соответственно, называют все прочие ресурсы, такие как: солнечная, ветровая, геотермальная энергия и др.
2. Возобновляемым или восполняемым ресурсом, т. е. ресурсом, количество которого возможно увеличить естественным или искусственным путём за достаточно краткосрочный период времени, является древесина. К не возобновляемым ресурсам относятся нефть, природный газ, уголь, сланцы и торф.
3. Неисчерпаемыми ресурсами, т. е. ресурсами, запас которых практически и физически не ограничен, принято считать гидроэнергию, атомную энергию, энергию ветра, солнца, а также геотермальную энергию. Все прочие энергетические ресурсы – исчерпаемы.
Полное название этих ресурсов – топливно-энергетические (по направлению их использования), горючие (по составу и особенностям использования) природные ресурсы. Кроме подразделения энергетических ресурсов на исчерпаемые и неисчерпаемые, они также подвергаются экономической оценке – установлению возможности и целесообразности их вовлечения в производство при современном уровне развития науки и техники. При этом оцениваются размеры запасов (объёмы ресурсов) в целом и концентрацию их на единицу площади (например, газовое месторождение); качественный состав (например, для нефти – качественный состав, степень вязкости, сернистости и т. д.); условия эксплуатации (глубина залегания, трудность разведки, освоения месторождений и разработки); степень освоенности и заселённости территории, на которой имеется месторождение (уровень обеспеченности региона трудовыми ресурсами); условия транспортировки, к местам сбыта и использования (наличие необходимой транспортной и иной инфраструктуры); расходы производства или добычи на единицу продукции (себестоимость); наличие других природных ресурсов и полезных ископаемых, их сочетание; требования по охране окружающей среды и рекультивации территории.
Экономическая оценка энергетических природных ресурсов позволят производить их добычу по минимальной цене, таким образом добиваясь рационального использования, что является основой для их полного или частичного сохранения. Грамотная экономическая оценка – основа максимального показателя ресурсообеспеченности территории, то есть отношения между величиной разведанных запасов ресурсов и масштабами их использования.
3. Запасы и разработка энергоресурсов, электроэнергетика.
В мире действительно существует ряд природных ограничений. Так, если брать оценку количества топлива по трем категориям: разведанные, возможные, вероятные, то угля хватит на 600 лет, нефти – на 90, природного газа – на 50 урана – на 27 лет. Иными словами, все виды топлива по всем категориям будут сожжены за 800 лет. Предполагается, что к 2010 г. спрос на минеральное сырье в мире увеличится в 3 раза. Сейчас в ряде стран богатые месторождения выработаны до конца или близки к истощению. Аналогичное положение наблюдается и по другим полезным ископаемым. Если энергопроизводство будет расти сегодняшними темпами, то все виды используемого сейчас топлива будут истрачены через 130 лет, то есть в начале ХХII в.
И все же вряд ли правомерно говорить о дефиците природных ресурсов на нашей планете. Человечество вовлекло в хозяйственный оборот меньшую часть ресурсов Земли: глубина разрезов не превышает 700 м, шахт – 2,5 км, скважин – 10 тыс. м. Наконец, основные резервы сбережения ресурсов содержатся в отсталой технологии, из-за которой не используется значительная часть природных ресурсов. Так, используемая ныне технология извлекает не более 30 – 40% потенциальных запасов нефти, а коэффициент полезного использования добытых энергетических ресурсов ограничен 30 – 35%.
Нефтяная промышленность сегодня - это крупный хозяйственный комплекс, который живет и развивается по своим закономерностям.
Что значит нефть сегодня для хозяйства любой страны?
Это: сырье для нефтехимии в производстве синтетического каучука, спиртов, полиэтилена, полипропилена, широкой гаммы различных пластмасс и готовых изделий из них, искусственных тканей; источник для выработки моторных топлив (бензина, керосина, дизельного и реактивных топлив), масел и смазок, а также котельно-печного топлива (мазут), строительных материалов (битумы, гудрон, асфальт); сырье для получения ряда белковых препаратов, используемых в качестве добавок в корм скоту для стимуляции его роста. Нефть - национальное богатство, источник могущества страны, фундамент ее экономики.
Доказанные запасы нефти в мире оцениваются в 140 млрд. т, а ежегодная добыча составляет около 3.5 млрд. т. Однако вряд ли стоит предрекать наступление через 40 лет глобального кризиса в связи с исчерпанием нефти в недрах земли, ведь экономическая статистика оперирует цифрами доказанных запасов, то есть запасов, которые полностью разведаны, описаны и исчислены. А это далеко не все запасы планеты. Даже в пределах многих разведанных месторождений сохраняются неучтённые или не вполне учтенные нефтеносные секторы, а сколько месторождений еще ждет своих открывателей
За последние два десятилетия человечество вычерпало из недр более 60 млрд. т нефти. Казалось бы, доказанные запасы при этом сократились на такую же величину? Ничуть не бывало. Если в 1977 году запасы оценивались в 90 млрд. т, то в 1987 г. уже в 120 млрд., а к 1997 году увеличились еще на два десятка миллиардов. Ситуация парадоксальна: чем больше добываешь, тем больше остается. Между тем этот геологический парадокс вовсе не кажется парадоксом экономическим. Ведь чем выше спрос на нефть, чем больше ее добывают, тем большие капиталы вливаются в отрасль, тем активнее идет разведка на нефть, тем больше людей, техники, мозгов вовлекается в разведку и тем быстрее открываются и описываются новые месторождения. Кроме того, совершенствование техники добычи нефти позволяет включать в состав запасов ту нефть, наличие (и количество) которой было ранее известно, но достать которую было нельзя при техническом уровне прошлых лет. Конечно, это не означает, что запасы нефти безграничны, но очевидно, что у человечества есть еще не одно десятилетие, чтобы совершенствовать энергосберегающие технологии и вводить в оборот альтернативные источники энергии.
При существующих способах добычи нефти коэффициент её извлечения колеблется в пределах 0.25 – 0.45, что явно недостаточно и означает, что большая часть её геологических запасов остаётся в земных недрах.
Энергетика — это основа промышленности всего мирового хозяйства. Приблизительно 1/4 всех потребляемых энергоресурсов приходится на долю электроэнергетики. Остальные 3/4 приходятся на промышленное и бытовое тепло, на транспорт, металлургические и химические процессы.
Теплоэнергетика в основном твердое топливо. Самое распространенное твердое топливо нашей планеты — уголь. И с экологической и с экономической точки зрения метод прямого сжигания угля для получения электроэнергии не лучший способ использования твердого топлива.
Энергетика является основой развития производственных сил в любом государстве. Энергетика обеспечивает бесперебойную работу промышленности, сельского хозяйства, транспорта, коммунальных хозяйств. Стабильное развитие экономики невозможно без постоянно развивающейся энергетики.
Энергетическая промышленность является частью топливно-энергетической промышленности и неразрывно связана с другой составляющей этого гигантского хозяйственного комплекса - топливной промышленностью
Из написанного ясно, что существуют разные факторы, ограничивающие мощность солнечной энергетики.
Одним из самых перспективных, на данный момент, методов решения энергетической проблемы - это использование альтернативных видов электроэнергии.
ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ РЕСУРСЫ. На протяжении тысячелетий основными видами используемой человеком энергии были химическая энергия древесины, потенциальная энергия воды на плотинах, кинетическая энергия ветра и лучистая энергия солнечного света. Но в 19 в. главными источниками энергии стали ископаемые топлива: каменный уголь, нефть и природный газ.
В связи с быстрым ростом потребления энергии возникли многочисленные проблемы и встал вопрос о будущих источниках энергии. Достигнуты успехи в области энергосбережения. В последнее время ведутся поиски более чистых видов энергии, таких, как солнечная, геотермальная, энергия ветра и энергия термоядерного синтеза.
Потребление энергии всегда было прямо связано с состоянием экономики. Увеличение валового национального продукта (ВНП) сопровождалось увеличением потребления энергии. Однако энергоемкость ВНП (отношение использованной энергии к ВНП) в промышленно развитых странах постоянно снижается, а в развивающихся – возрастает.
ИСКОПАЕМЫЕ ТОПЛИВА
Существуют три основных вида ископаемых энергоносителей: уголь, нефть и природный газ. Примерные значения теплоты сгорания этих видов топлива, а также разведанные и промышленные (т.е. допускающие экономически рентабельную разработку при данном уровне техники) запасы нефти представлены в табл. 1 и 2.
| Таблица 1. ТЕПЛОТВОРНАЯ СПОСОБНОСТЬ ИСКОПАЕМЫХ ТОПЛИВ | |
| Топливо | Теплотворная способность, ГДж |
| 1 т каменного угля | 30,5 |
| 1 т нефти | 46,6 |
| 1000 м 3 (н.) природного газа | 38,5 |
| 1 т бензина | 47,0 |
| Таблица 2. МИРОВЫЕ ЗАПАСЫ НЕФТИ (ОРИЕНТИРОВОЧНЫЕ ДАННЫЕ), МЛРД. Т | ||
| Регион | Разведанные запасы | Промышленные запасы |
| Ближний Восток | 82 | 50 |
| Страны СНГ | 51 | 10 |
| Африка | 34 | 7,5 |
| Латинская Америка | 31 | 9,5 |
| Дальний Восток и Океания | 27 | 3 |
| США | 27 | 4 |
| Китай | 17 | 3 |
| Канада | 13 | 1 |
| Западная Европа | 3 | 3 |
| Всего: | 285 | 91 |
Запасы нефти и природного газа.
Трудно точно рассчитать, на сколько лет еще хватит запасов нефти. Если существующие тенденции сохранятся, то годовое потребление нефти в мире к 2018 достигнет 3 млрд. т. Даже допуская, что промышленные запасы существенно возрастут, геологи приходят к выводу, что к 2030 будет исчерпано 80% разведанных мировых запасов нефти.
Запасы угля.
Запасы угля оценить легче (см. табл. 3). Три четверти мировых его запасов, составляющих по приближенной оценке 10 трлн. т, приходятся на страны бывшего СССР, США и КНР.
Хотя угля на Земле гораздо больше, чем нефти и природного газа, его запасы не безграничны. В 1990-х годах мировое потребление угля составляло более 2,3 млрд. т в год. В отличие от потребления нефти, потребление угля существенно увеличилось не только в развивающихся, но и в промышленно развитых странах. По существующим прогнозам, запасов угля должно хватить еще на 420 лет. Но если потребление будет расти нынешними темпами, то его запасов не хватит и на 200 лет.
ЯДЕРНАЯ ЭНЕРГИЯ
Запасы урана.
В 1995 более или менее достоверные мировые запасы урана оценивались в 1,5 млн. т. Дополнительные ресурсы оценивались в 0,9 млн. т. Крупнейшие из известных источников урана находятся в Северной Америке, Австралии, Бразилии и Южной Африке. Считается, что большими количествами урана обладают страны бывшего Советского Союза.
В 1995 число действующих ядерных реакторов во всем мире достигло 400 (в 1970 – только 66) и их полная мощность составила около 300 000 МВт. В США планируется и ведется строительство лишь 55 новых АЭС, а проекты 113 других аннулированы.
Реактор-размножитель.
Ядерный реактор-размножитель обладает чудесной способностью, вырабатывая энергию, в то же время производить еще и новое ядерное топливо. К тому же он работает на более распространенном изотопе урана 238 U (преобразуя его в делящийся материал плутоний). Считается, что при использовании реакторов-размножителей запасов урана хватит не менее чем на 6000 лет. По-видимому, это ценная альтернатива ядерным реакторам нынешнего поколения.
Безопасность ядерных реакторов.
Однако действие такой системы исследовалось в основном путем компьютерного моделирования. Обстоятельная проверка некоторых результатов моделирования проводилась на небольших опытных реакторах в Японии, Германии и США. Самым слабым местом используемых компьютерных программ являются, по-видимому, предположения о том, что отказать может не более одного узла сразу и что ситуацию не усложнит ошибка оператора. Оба эти предположения оказались неверными в самой серьезной из аварий, происшедших на АЭС в США.
28 мая 1979 в Три-Майл-Айленде близ Гаррисберга (шт. Пенсильвания) отказ оборудования и ошибка оператора привели к выходу из строя реактора с частичным расплавлением его активной зоны. Небольшое количество радиоактивных веществ было выброшено в атмосферу. Через семь лет после аварии Министерству энергетики США удалось извлечь разрушенную сборку активной зоны для обследования. Ущерб, нанесенный жизням людей и их собственности за пределами территории АЭС, был незначителен, но из-за этой аварии у общественности сложилось неблагоприятное мнение о безопасности реактора.
Деление ядер – не идеальное решение проблемы энергоресурсов. Более перспективной в экологическом плане представляется энергия термоядерного синтеза.
Энергия термоядерного синтеза.
Такую энергию можно получать за счет образования тяжелых ядер из более легких. Этот процесс называется реакцией ядерного синтеза. Как и при делении ядер, небольшая доля массы преобразуется в большое количество энергии. Энергия, излучаемая Солнцем, возникает в результате образования ядер гелия из сливающихся ядер водорода. На Земле ученые ищут способ осуществления управляемого ядерного синтеза с использованием небольших, поддающихся контролю масс ядерного материала.
Исследования в области управляемого термоядерного синтеза ведутся в двух основных направлениях. Одно из них – удержание плазмы магнитным полем, как бы в магнитной бутылке. Второе (метод инерционного удержания плазмы) – очень быстрое нагревание лучом мощного лазера (см. ЛАЗЕР) дейтерий-тритиевой крупинки (таблетки), вызывающее реакцию термоядерного синтеза в форме управляемого взрыва.
Энергия ядер дейтерия, содержащихся в 1 м 3 воды, равна примерно 3 ґ 10 12 Дж. Иначе говоря, 1 м 3 морской воды в принципе может дать столько же энергии, как и 200 т нефти-сырца. Таким образом, мировой океан представляет собой практически неограниченный источник энергии.
В настоящее время ни методом магнитного, ни методом инерционного удержания плазмы еще не удалось создать условия, необходимые для термоядерного синтеза. Хотя наука неуклонно движется по пути все более глубокого понимания основных принципов реализации обоих методов, пока нет оснований полагать, что термоядерный синтез начнет давать реальный вклад в энергетику ранее 2010.
АЛЬТЕРНАТИВНЫЕ ИСТОЧНИКИ ЭНЕРГИИ
В последнее время исследуется ряд альтернативных источников энергии. Наиболее перспективным из них представляется солнечная энергия.
Солнечная энергия.
У солнечной энергии два основных преимущества. Во-первых, ее много и она относится к возобновляемым энергоресурсам: длительность существования Солнца оценивается приблизительно в 5 млрд. лет. Во-вторых, ее использование не влечет за собой нежелательных экологических последствий.
Однако использованию солнечной энергии мешает ряд трудностей. Хотя полное количество этой энергии огромно, она неконтролируемо рассеивается. Чтобы получать большие количества энергии, требуются коллекторные поверхности большой площади. Кроме того, возникает проблема нестабильности энергоснабжения: солнце не всегда светит. Даже в пустынях, где преобладает безоблачная погода, день сменяется ночью. Следовательно, необходимы накопители солнечной энергии. И наконец, многие виды применения солнечной энергии еще как следует не апробированы, и их экономическая рентабельность не доказана.
Можно указать три основных направления использования солнечной энергии: для отопления (в том числе горячего водоснабжения) и кондиционирования воздуха, для прямого преобразования в электроэнергию посредством солнечных фотоэлектрических преобразователей и для крупномасштабного производства электроэнергии на основе теплового цикла.
Геотермальная энергия.
Основным недостатком геотермальной энергии является то, что ее ресурсы локализованы и ограничены, если изыскания не показывают наличия значительных залежей горячей породы или возможности бурения скважин до мантии. Существенного вклада этого ресурса в энергетику можно ожидать только в локальных географических зонах.
Гидроэнергия.
Гидроэнергетика дает почти треть электроэнергии, используемой во всем мире. Норвегия, где электроэнергии на душу населения больше, чем где-либо еще, живет почти исключительно гидроэнергией.
На гидроэлектростанциях (ГЭС) и гидроаккумулирующих электростанциях (ГАЭС) используется потенциальная энергия воды, накапливаемой с помощью плотин. У основания плотины расположены гидротурбины, приводимые во вращение водой (которая подводится к ним под нормальным давлением) и вращающие роторы генераторов электрического тока.
Существуют очень крупные ГЭС. Широко известны две большие ГЭС в России: Красноярская (6000 МВт) и Братская (4100 МВт). Самая крупная ГЭС в США – Грэнд-Кули полной мощностью 6480 МВт. В 1995 на гидроэнергетику приходилось около 7% электроэнергии, вырабатываемой в мире.
Гидроэнергия – один из самых дешевых и самых чистых энергоресурсов. Он возобновляем в том смысле, что водохранилища пополняются приточной речной и дождевой водой. Остается под вопросом целесообразность строительства ГЭС на равнинах.
Приливная энергетика.
Существуют приливные электростанции, в которых используется перепад уровней воды, образующийся во время прилива и отлива. Для этого отделяют прибрежный бассейн невысокой плотиной, которая задерживает приливную воду при отливе. Затем воду выпускают, и она вращает гидротурбины.
Приливные электростанции могут быть ценным энергетическим подспорьем местного характера, но на Земле не так много подходящих мест для их строительства, чтобы они могли изменить общую энергетическую ситуацию.
Ветроэнергетика.
Исследования, проведенные Национальной научной организацией США и НАСА, показали, что в США значительные количества ветроэнергии можно получать в районе Великих озер, на Восточном побережье и особенно на цепочке Алеутских островов. Максимальная расчетная мощность ветровых электростанций в этих областях может обеспечить 12% потребности США в электроэнергии в 2000. Крупнейшие ветроэлектростанции США расположены под Голдендейлом в штате Вашингтон, где каждый из трех генераторов (установленных на башнях высотой 60 м, с диаметром ветрового колеса, равным 90 м) дает 2,5 МВт электроэнергии. Проектируются системы на 4,0 МВт.
Твердые отходы и биомасса.
Примерно половину твердых отходов составляет вода. Легко собрать можно лишь 15% мусора. Самое большее, что могут дать твердые отходы, – это энергию, соответствующую примерно 3% потребляемой нефти и 6% природного газа. Следовательно, без радикальных улучшений в организации сбора твердых отходов они вряд ли дадут большой вклад в производство электроэнергии.
На биомассу – древесину и органические отходы – приходится около 14% полного потребления энергии в мире. Биомасса – обычное бытовое топливо во многих развивающихся странах.
Были предложения выращивать растения (в том числе и лес) как источник энергии. Быстрорастущие водяные растения способны давать до 190 т сухого продукта с гектара в год. Такие продукты можно сжигать в качестве топлива или пускать на перегонку для получения жидких или газообразных углеводородов. В Бразилии сахарный тростник был применен для производства спиртовых топлив, заменяющих бензин. Их стоимость ненамного превышает стоимость обычных ископаемых энергоносителей. При правильном ведении хозяйства такой энергоресурс может быть восполняемым. Необходимы дополнительные исследования, особенно быстрорастущих культур и их рентабельности с учетом затрат на сбор, транспортировку и размельчение.
Топливные элементы.
Топливные элементы как преобразователи химической энергии топлива в электроэнергию характеризуются более высоким КПД, нежели теплоэнергетические устройства, основанные на сжигании. Если КПД типичной электростанции, сжигающей топливо, не превышает примерно 40%, то КПД топливного элемента может достигать 85%. Правда, пока что топливные элементы относятся к дорогостоящим источникам электроэнергии.
РАЦИОНАЛЬНОЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ЭНЕРГИИ
Хотя в мире пока еще не ощущается нехватки энергоресурсов, в предстоящие два-три десятилетия возможны серьезные трудности, если не появятся альтернативные источники энергии или не будет ограничен рост ее потребления. Очевидна необходимость более рационального использования энергии. Имеется ряд предложений по повышению эффективности аккумулирования и транспортирования энергии, а также по более эффективному ее использованию в различных отраслях промышленности, на транспорте и в быту.
Аккумулирование энергии.
Нагрузка электростанций изменяется на протяжении суток; происходят также ее сезонные изменения. Эффективность работы электростанций можно повысить, если в периоды провала графиков энергетической нагрузки затрачивать излишек мощности на перекачку воды в большой резервуар. Затем в периоды пиковой нагрузки можно выпускать воду, заставляя ее вырабатывать на ГАЭС дополнительную электроэнергию.
Более широкое применение могло бы найти использование мощности базового режима электростанции для накачки сжатого воздуха в подземные полости. Турбины, работающие на сжатом воздухе, позволили бы экономить первичные энергоресурсы в периоды повышенной нагрузки.
Передача электроэнергии.
Большие энергетические потери связаны с передачей электроэнергии. Для их снижения расширяется использование линий передачи и распределительных сетей с повышенным уровнем напряжения. Альтернативное направление – сверхпроводящие линии электропередачи. Электросопротивление некоторых металлов падает до нуля при охлаждении до температур, близких к абсолютному нулю. По сверхпроводящим кабелям можно было бы передавать мощности до 10 000 МВт, так что для обеспечения электроэнергией всего Нью-Йорка было бы достаточно одного кабеля диаметром 60 см. Установлено, что некоторые керамические материалы становятся сверхпроводящими при не очень низких температурах, достижимых с помощью обычной холодильной техники. Это удивительное открытие могло бы привести к важным новациям не только в области передачи электроэнергии, но и в области наземного транспорта, компьютерной техники и техники ядерных реакторов. См. также СВЕРХПРОВОДИМОСТЬ.
Водород как теплоноситель.
Водород – это легкий газ, но он превращается в жидкость при - 253 ° C. Теплотворная способность жидкого водорода в 2,75 раза больше, чем природного газа. У водорода имеется и экологическое преимущество перед природным газом: при сжигании в воздухе он дает в основном лишь пары воды.
Водород можно было бы без особых трудностей транспортировать по трубопроводам для природного газа. Можно также хранить его в жидком виде в криогенных резервуарах. Водород легко диффундирует в некоторые металлы, например титан. Его можно накапливать в таких металлах, а затем выделять, нагревая металл.
Магнитогидродинамика (МГД).
Это метод, позволяющий более эффективно использовать ископаемые энергоносители. Идея состоит в том, чтобы заменить медные токовые обмотки обычного машинного электрогенератора потоком ионизованного (проводящего) газа. Наибольший экономический эффект МГД-генераторы могут давать, вероятно, при сжигании угля. Поскольку в них нет движущихся механических частей, они могут работать при очень высоких температурах, а это обеспечивает высокий КПД. Теоретически КПД таких генераторов может достигать 50–60%, что означало бы до 20% экономии по сравнению с современными электростанциями на ископаемых энергоносителях. Кроме того, МГД-генераторы дают меньше сбросной теплоты.
Дополнительное их преимущество состоит в том, что они в меньшей степени загрязняли бы атмосферу выбросами газообразных оксидов азота и соединений серы. Поэтому МГД-электростанции могли бы, не загрязняя окружающей среды, работать на углях с повышенным содержанием серы.
Пределы потребления энергии.
Непрерывный рост потребления энергии не только ведет к истощению запасов энергоресурсов и загрязнению среды обитания, но и в конце концов может вызвать значительные изменения температуры и климата на Земле.
Энергия химических, ядерных и даже геотермальных источников в конечном счете превращается в тепло. Оно передается земной атмосфере и сдвигает равновесие в сторону более высокой температуры. При нынешних темпах роста численности населения и душевого потребления энергии к 2060 повышение температуры может составить 1 ° C. Это заметно скажется на климате.
Еще раньше климат может измениться из-за повышения содержания в атмосфере углекислого газа, образующегося при сгорании ископаемых топлив. См. также УГОЛЬ ИСКОПАЕМЫЙ; ТОПЛИВО; ЯДЕР ДЕЛЕНИЕ; ЯДЕРНЫЙ СИНТЕЗ; НЕФТЬ И ГАЗ; ГИДРОЭНЕРГЕТИКА.
Энергетические ресурсы СССР, тт. 1–2. М., 1968
Антропов П.Я. Топливно-энергетический потенциал Земли. М., 1974
Одум Г., Одум Е. Энергетический базис человека и природы. М., 1978
Топливно-энергетические ресурсы — это совокупность природных и произведенных энергоносителей, запасенная энергия которых при существующем уровне развития техники и технологии доступна для использования в хозяйственной деятельности. Топливно-энергетические ресурсы делятся на первичные и вторичные.
К первичным энергетическим ресурсам относятся ресурсы, получаемые непосредственно из природных источников для последующего преобразования в другие виды энергии либо для непосредственного применения. Часто первичные ресурсы не могут быть использованы непосредственно и должны быть извлечены и подготовлены к дальнейшему потреблению.
Первичные ресурсы подразделяют на возобновляемые и невозобновляемые.
Вторичные энергетические ресурсы — это энергетические ресурсы, получаемые в виде побочных продуктов основного и вспомогательного производства в различных технологиях.
Топливно-энергетические ресурсы включают в себя не только источники получения энергии, но и произведенные энергетические ресурсы, к которым относят, в первую очередь, тепловую энергию (чаще всего передаваемую в виде горячей воды и водяного пара) и электрическую энергию и которые получают, используя энергию первичных и вторичных энергоресурсов. Электрическая энергия впоследствии может быть снова преобразована в другие виды энергии.
Основные виды топливно-энергетических ресурсов представлены на схеме, изображенной на рис. 1.1.
Невозобновляемые энергетические ресурсы
К невозобновляемым источникам энергии относят большинство видов природного органического топлива, а также ядерное топливо. В настоящее время более 90 % тепловой и электрической энергии производится при использовании невозобновляемых энергетических ресурсов.
Органическое топливо. Природное органическое топливо по агрегатному состоянию делят на твердое, жидкое и газообразное, по происхождению — на естественное и искусственное. Кроме того, по способу использования органическое топливо подразделяют на котельно-печное и моторное.
Твердое топливо. К твердому топливу относятся каменный и бурый угли, сланцы, торф. По составу твердое топливо включает в себя горючую и негорючую (влага, зола) массы. В состав природного твердого топлива кроме углерода и водорода практически всегда входит сера.
Рис. 1.1. Основные виды топливно-энергетических ресурсов
Уголь — наиболее потребляемое твердое топливо. Его запасы на Земле по сравнению с другими видами топлива наиболее значительны. Угли различаются по своему составу, а значит, и по теплоте сгорания. Плотность угля колеблется в пределах 1100—1500 кг/м , а низшая теплота сгорания — от 9,0—16,0 (бурые угли) до 16,0—29,0 МДж/кг (каменные угли). Содержание серы в углях может доходить до 7 %.
Сланцы — ископаемое топливо с высокими зольностью (до 60 %) и влажностью. Низшая теплота сгорания сланцев составляет 6—10 МДж/кг. Они характеризуются высоким содержанием водорода и летучих веществ, поэтому легко воспламеняются.
Торф имеет высокую влажность (до 50 %) и низкую теплоту сгорания (8,4—10,5 МДж/кг). Поскольку период образования торфа в природных условиях гораздо меньше, чем период образования угля или нефти, его иногда относят к возобновляемым энергетическим ресурсам.
Сланцы и торф относятся к местным видам топлива. i
К искусственному твердому топливу относится кокс, получаемый при нагревании естественного твердого топлива без доступа воздуха. Кокс содержит 96 — 98 % углерода. Каменноугольный кокс используется в качестве топлива при плавке чугуна в доменных печах, являясь одновременно восстановителем железа из его оксидов.
При переработке твердого топлива (газификации) может быть получено газообразное и жидкое топливо.
Различные марки сырой нефти имеют разный состав, а следовательно, и разные плотность и теплоту сгорания, что во многом определяет их цену на мировом рынке энергоносителей. Плотность нефти является одной из основных ее характеристик. В зависимости от плотности нефть делится на легкую (р = 650-870 кг/м ), среднюю (р = 871-910 кг/м) и тяжелую (р = = 911-1050 кг/м 3 ).
В качестве энергетического топлива используется тяжелый продукт переработки нефти — мазут (р = 890-1000 кг/м ). В России марки мазута различаются по уровню содержания серы и по вязкости. Мазут также может быть использован для получения светлых нефтепродуктов при глубокой переработке (крекинге, реформинге).
Более легкие продукты переработки нефти — бензин, керосин и дизельное топливо используются в качестве моторного топлива.
Газообразное топливо. Природный газ, основу которого составляет метан, является наиболее экологически чистым видом топлива. При добыче и переработке природного газа производятся его осушка, очистка от сероводорода и отделение наиболее тяжелых фракций.
К природному газообразному топливу относится также попутный нефтяной газ, залегающий вместе с нефтью в нефтяных пластах, а также образующийся при переработке нефти. Кроме метана он содержит этан, пропан, бутан и пары более тяжелых углеводородов. На газоперерабатывающих заводах из попутного газа отделяют бензиновые фракции.
Топливо транспортируется по трубопроводам, перевозится морским и железнодорожным транспортом. Оно используется для выработки тепловой и электрической энергии, непосредственно сжигается в печах при осуществлении высокотемпературных технологических процессов (черная металлургия, получение стекла, цемента и др.).
Более 50 % всего органического топлива, используемого в России, сжигается на тепловых электростанциях (рис. 1.2) и в котельных.
Рис. 1.2. Использование различных видов органического топлива при получении электроэнергии на тепловых электростанциях России (данные 2006 г.):1 — природный газ; 2 — уголь; 3 — мазут
Ккотельно-печному топливу относятся, в первую очередь, природный газ, мазут и каменный уголь, т.е. те виды топлива, которые сжигаются в котлах электростанций, отопительных и производственно-отопительных котельных, промышленных печах. Часто эти виды топлива также называют энергетическими.
В котлах электростанций и особенно в отопительных котельных нередко сжигается торф, древесные отходы и другие виды местного топлива. В масштабах страны и региона эти виды топлива редко относят к котельно-печному, хотя это часто делают при энергетическом обследовании предприятия, сопровождающемся заполнением энергетического паспорта.
Моторное топливо — это топливо, используемое в двигателях внутреннего сгорания, а также в реактивных и газотурбинных двигателях для привода машин и механизмов.
К моторному топливу относятся прежде всего бензин и дизельное топливо. Керосин используется как топливо для авиационных двигателей. Как бензин, так и дизельное топливо представляют собой смесь легких углеводородов различного состава и различной плотности. Теплота сгорания этих видов топлива меняется в зависимости от их марки. Например, низшая теплота сгорания бензина марки АИ-93 составляет 44 МДж/кг, а дизельного топлива марки JI — 42,6 МДж/кг [ 1 ].
В качестве моторного топлива все шире используется сжиженный газ.
Органическое топливо дорожает, поскольку его запасы постепенно сокращаются и растет сложность добычи за счет освоения труднодоступных месторождений. Удорожание органического топлива связано также и с тем, что оно служит в качестве ценного сырья для целого ряда химических производств.
Ядерное горючее — это природный изотоп урана U и получаемые искусственным путем в процессе ядерных реакций изотопы плутония Pu . Ядерное топливо, как правило, содержит не только изотопы вещества, поддерживающие цепную ядерную реакцию, но и изотопы (ядерное сырье), которые в процессе реакции превращаются в искусственно получаемое ядерное горючее.
На атомных электростанциях ядерное топливо используется в составе тепловыделяющих элементов (твэлов), состоящих из сердечника, выполненного из делящегося вещества, и оболочки.
Природная урановая руда содержит мало изотопов урана и требует предварительного обогащения.
Суммарная мощность работающих в мире атомных электростанций составляет примерно 300 ГВт. Выработка электроэнергии на АЭС крупнейших стран — производителей атомной энергии приведена в табл. 1.1 [2].
Энергоресурсы – это материальные объекты, в которых сконцентрирована возможная для использования энергия. Под энергией понимают количественную оценку разных форм движения материи, способных преобразовываться друг в друга. Энергия подразделяется на механическую, химическую, ядерную, электрическую и др.
К энергоресурсам относятся:
- органические топливные ресурсы (нефть, природный газ, уголь);
- энергия рек и водопадов;
- ядерное топливо (торий и уран).
Все энергоресурсы подразделяют на возобновляемые и невозобновляемые.
Возобновляемые энергоресурсы природная среда непрерывно восстанавливает: ветер, вода и др. Невозобновляемые энергоресурсы – ресурсы, накопленные в окружающей среде, но в новых геологических условиях не образующиеся (например, нефть, каменный уголь, природный газ).
В настоящее время широко используется энергия химических горючих веществ органического происхождения. Разведанные мировые запасы основных органических горючих составляют около 13 млрд. тонн, при этом извлекается ныне всего 3800 млрд. тонн.
Критерием целесообразности извлечения энергоресурсов является отношение энергоемкости извлекаемого источника энергии к объему затраченной на это энергии (в том числе овеществленную в амортизирующей части оборудования, в расходуемых материалах). Такое отношение должно быть больше единицы.
Сложно оценить ресурсы делящегося ядерного топлива. Залежи тория и урана в земной коре не до конца разведаны, а содержание их в Мировом океане сильно рассредоточено.
Классификация энергоресурсов
К невозобновляемым традиционным источникам энергии относятся органическое топливо и ядерное топливо.
Органическое топливо. Его практическая целесообразность определяется количественными запасами, скоростью горения, удобствами добычи, возможность долгого хранения, теплотворной способностью, безвредностью продуктов сгорания для живых организмов и оборудования. Все виды органического топлива – это углеводородные соединения, включающие небольшие количества других соединений.
Готовые работы на аналогичную тему
Органическое топливо может быть трех видов:
- Твердое топливо: бурый и каменный уголь, торф, сланцы, дрова, отходы деревообделочных цехов и лесопильных заводов, растительные отходы сельского хозяйства.
- Жидкое топливо: нефть т продукты ее переработки – керосин, бензин, масло, мазут. Искусственное жидкое топливо, масла, горючие смолы получают в процессе переработки твердых топлив.
- Газообразное топливо: природный газ, попутный нефтяной газ, крекинговый газ, доменный и коксовый газ – газообразные отходы металлургического производства, генераторный газ. Газообразное топливо делится на нефтепромысловое и природное.
По сравнению с остальными видами топлива газообразное топливо обладает некоторыми преимуществами: сгорает при незначительном количестве воздуха, образует продукты полного горения без копоти и дыма, не создает твердых остатков, удобно для транспортировки на большие расстояния по газопроводам.
Ядерная энергия освобождается в результате синтеза атомных ядер тория или урана, или в процессе торможения продуктов ядерного деления в виде тепловой энергии.
К возобновляемым традиционным источникам энергии относится энергия движения вод в реках и воздуха в атмосфере. Запасы ветра в сотни раз превышают запасы гидроэнергии речных потоков. Энергетические ресурсы воздушных масс содержаться в постоянных воздушных течениях со стороны северного и южного полушарий к экватору, в бризах и муссонах.
Общие гидроэнергетические ресурсы на Земле оцениваются в 33 тыс. ТВтч/год. По экономическим и техническим соображениям на сегодняшний день доступно от 4 до 25%.
Ископаемые ресурсы
К ископаемым ресурсам относятся энергетические ресурсы и рудные и нерудные полезные ископаемые, строительное сырье. Залежи полезных ископаемых обладают разной степенью изученности и точности оценки.
По степени разведанности и количественной определенности в России выделяют четыре категории месторождений ископаемых ресурсов:
- детально разведанные с точно обозначенными границами залегания;
- разведанные с примерно определенными границами залегания;
- разведанные залежи с запасами, подсчитанными с помощью экстраполяции;
- предварительно оцененные месторождения, качество которых определено по единичным образцам и пробам.
В зарубежных странах используется классификация, согласно которой разведанные запасы делят на достоверные и вероятные (по степени изученности). В Соединенных Штатах и некоторых других странах выделяют: измеренные запасы; запасы, определенные на основе сведений, полученных за пределами измеренных залежей по данным горногеологических работ; запасы предполагаемые и выведенные на основе геологических данных.
В мировой экономике огромное значение играют залежи железной руды. Промышленные виды железных руд представлены железистыми кварцитами, титаномагнетитами, магнетитами, сидеритами и гематитами. Потенциальные геологические запасы железных руд оцениваются в триллионы тонн. Достоверные и вероятные запасы железных руд составляют 260 млрд. тонн.
Наиболее крупные залежи железных руд находятся в Австралии, Бразилии, США, Канаде, ЮАР, Франции, Швеции, Великобритании, Норвегии, Китае и странах СНГ. Ежегодная добыча железной руды в мире составляет примерно 870 млн. тонн. По прогнозам запасов руды должно хватить на 250 лет.
В производстве черных металлов большую роль играют легирующие добавки для выплавки сталей: никель, марганец, хром, кобальт. Значительная доля залежей руд различных металлов находится в Азии, Африке, Америке и Австралии; никеля – в Канаде, Новой Каледонии, на Филиппинах и в Индонезии; марганцевых руд – в ЮАР, Индии, Габоне; кобальта – в Новой Каледонии, Заире, Индонезии и Австралии; хрома – в Зимбабве и ЮАР; вольфрама – в Австралии и Южной Корее. На дне Мирового океана содержится до 1,5 трлн. тонн железомарганцевых конкреций.
Добыча бокситов ведется главным образом в Гвинее, Австралии и на Ямайке и составляет 80 млн. тонн. Значительны запасы глиноземного сырья – алунитов, сиенитов, нефелинов.
Общие запасы медных руд оцениваются в 860 млн. тонн. Основные залежи находятся в Канаде, США, Заире, Чили, Замбии, Перу, Панаме.
Запасы олова, цинка и свинца ограничены. Большая часть запасов свинца находится в Австралии, США и Канаде, олова – в Индии, Таиланде, Боливии, цинка – в США, Австралии, Канаде, Мексике и Перу.
Мировые запасы агрохимического сырья составляют фосфориты и калийные соли. Наибольшие залежи находятся в Израиле, Канаде, Германии. Фосфоритами богаты США и Марокко.
Читайте также: