Энергоресурсы. Энергетические ресурсы и их использование

МИНОБРНАУКИ РОССИИ

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«Вологодский государственный университет»

Инженерно-строительный факультет

Кафедра теплогазоснабжения и вентиляции

Контрольная работа

Дисциплина

«Внутренние энергетические ресурсы промышленных производств»

«Классификация топливно-энергетических ресурсов. Виды возобновляемых энергоресурсов»

Выполнил

студент группы ЗСТ-32

Юрецкая Е.А.

Проверил, принял

Сыцянко Е.В.

Вологда - 2015

ВВЕДЕНИЕ

В настоящее время вопрос экономного использования ресурсов является одним из ключевых как в деятельности отдельных предприятий, так и в функционировании всего государства в целом.

В широком смысле ресурсы можно определить как совокупность средств труда, которые предприятие использует для достижения собственных целей и удовлетворения потребностей. Одной из ключевых статей в структуре себестоимости являются материальные ресурсы.

Все многообразие материальных ресурсов, обозначенных в экономике народного хозяйства как предметы труда, условно можно подразделить на сырьё и материалы и топливо и энергию. В энергетическом секторе мирового хозяйства ведущую роль играют топливно-энергетические ресурсы - нефть, нефтепродукты, природный газ, каменный уголь, энергия (ядерная, гидроэнергия). Среди топливно-энергетических ресурсов особое место занимают нефть и природный газ. Эта группа товаров сохраняют роль лидеров среди прочих товарных групп в международной торговле, уступая только продукции машиностроения.

1. КЛАССИФИКАЦИЯ ТОПЛИВНО-ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ РЕСУРСОВ

топливный энергетический горючий тепловой

Топливно-энергетические ресурсы (ТЭР) - совокупность всех природных и преобразованных видов топлива и энергии, используемых в республике.

Топливно-энергетические ресурсы - 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 относят те ресурсы, которые люди получают непосредственно из природных источников для последующего преобразования в другие виды энергии, либо для непосредственного использования. Часто первичные ресурсы должны быть извлечены и подготовлены к дальнейшему использованию. Первичные ресурсы подразделяют на возобновляемые и невозобновляемые.

Вторичные энергетические ресурсы - энергетические ресурсы, получаемые в виде побочных продуктов основного производства или являющиеся такими продуктами.

Топливно-энергетические ресурсы включают не только источники энергии, но и произведенные энергетические ресурсы: тепловую энергию (в первую очередь энергию горячей воды и водяного пара) и электрический ток.

Произведенные энергетические ресурсы получают, используя энергию первичных и вторичных энергоресурсов. Электрическая энергия впоследствии может быть снова преобразована в другие виды энергии.

Основные виды энергетических ресурсов представлены схеме, изображенной на рис. 1.

Вторичные топливно-энергетические ресурсы делятся на три основные группы:

Рис. 1 - Виды топливно-энергетических ресурсов

горючие (топливные), которые включают в себя энергию технологических процессов химической и термохимической переработки сырья, а именно горючие газы, твёрдые и жидкие топливные ресурсы, которые не пригодны для дальнейших технологических преобразований;

тепловые - это тепло отходящих газов при сжигании топлива, тепло воды или воздуха, использованных для охлаждения технологических агрегатов и установок, теплоотходов производств;

энергоресурсы избыточного давления (напора) - это энергия газов, жидкостей и сыпучих тел, покидающих технологические агрегаты с избыточным давлением (напором), которое необходимо снижать перед следующей ступенью использования этих жидкостей, газов, сыпучих тел или при выбросе их в атмосферу, водоёмы, ёмкости и другие приёмники. Энергетические ресурсы избыточного давления преобразуются в механическую энергию, которая либо непосредственно используется для привода механизмов и машин, либо преобразуется в электрическую энергию.

Невозобновляемые это естественно образовавшиеся и накопившиеся в недрах планеты запасы веществ, способные при определенных условиях высвобождать заключенную в них энергию. Но образование новых веществ и накопление в них энергии происходит значительно медленнее, чем их использование. К ним относятся ископаемые виды топлива и продукты их переработки: каменный и бурый уголь, сланцы, торф, нефть, природный и попутный газ. Особыми видами невозобновляемых энергетических ресурсов являются расщепляющиеся (радиоактивные) вещества, находящиеся в недрах нашей планеты.

Из двух возможных природных источников ядерной энергетики - урана и тория, пока в практическом использовании находится лишь уран. В будущем возможно потребуется и торий

Суммарные ресурсы урана, использованные в атомной энергетике, не могут оцениваться по количеству его добычи из недр. Как известно, некоторая его часть была использована и для других целей, в частности для производства оружия. Однако основная часть добытого урана сегодня находится в хранилищах облученного ядерного топлива (ОЯТ), т.к. КПД использования энергии заключенной в уране, к сожалению не превышает 1%. В мире пока используются в основном легководные реакторы на тепловых нейтронах в открытом топливном цикле, без использования технологий рециклинга ОЯТ.

ВИДЫ ВОЗОБНОВЛЯЕМЫХ ЭНЕРГОРЕСУРСОВ

Согласно Энергетической стратегии России до 2020 г. экономический обоснованный потенциал возобновляемых источников энергии составляет 270 млн т у.т. В то же время без учета большой гидроэнергетики использование ВЭР в России составляет 32 кг у.т. на 1 чел. в год, что в 10 раз меньше, чем в США и в 70 меньше, чем в Финляндии.

Латвия увеличила долю ВЭР в топливном балансе страны до 36%. Лучше из европейских стран только Швейцария, где этот показатель достиг 41%. Согласно предложению Еврокомиссии доля ВЭР к 2020 г. должна быть доведена до 20% у каждого члена ЕС. В электроэнергетике России этот показатель не превышает 1%, а по тепловой энергии составляет менее 5%.

Причины необходимости использования ВЭР:

запасы других энергоресурсов не безграничны;

при сжигании органического топлива оно превращается в отходы, по массе превышающие первичное топливо;

при массовой добыче изменяются ландшафты (карьеры, перемещенный грунт, золоотвалы и т.д.), изменяется уровень грунтовых вод;

добыча нефти и газа может приводить к необратимой деформации земной коры;

негативное воздействие на растительный и животный мир;

глобальное потепление.

Использование возобновляемых энергоресурсов даже без сокращения объемов потребления тепловой и электрической энергии позволит снизить потребление первичного топлива.

В повседневной жизни мы редко задумываемся о гигантских термических процессах внутри земли, о ее вращении, притяжении к другим планетам и звездам, о гигантских космических энергетических потоках, не поддающихся простому обывательскому осмыслению. В то же время даже привычных возобновляемых энергоресурсов, которые можно использовать с поверхности земли, хватит для развития человечества еще на много поколений.

В традиционном понимании к ВЭР относятся:

энергия солнца;

энергия ветра;

энергия водных потоков;

энергия морских приливов и волн;

высокопотенциальная геотермальная энергия;

низкопотенциальная энергия земли, воздуха и воды;

биомасса;

биогаз, свалочный и шахтный газ,

а также промышленные и бытовые отходы, образующиеся в результате деятельности главного загрязнителя планеты - человека.

Коллекторы солнечных батарей

Ресурсы: солнечное излучение. Месторасположение: повсюду. Сфера использования: отопление, обеспечение горячей водой. Диапазон мощности: от 1,5 до 200 МВт.ч/в год, причем в долгосрочной перспективе верхнего предела мощности не существует. Расходы на производство тепловой энергии составляют сегодня: 20 - 50 пфеннигов/кВт.ч.

Энергия ветра

Ресурсы: кинетическая энергия ветра. Месторасположение: по всему миру, главным образом, на побережье и вершинах гор. Сфера использования: производство электроэнергии. Диапазон мощности: от 0,05 кВт до 2,5 МВт на одну установку, ветряные фермы на 100 МВт и более. Расходы на производство электроэнергии составляют сегодня: 8 - 30 пфеннигов/кВт.ч.

Все ветряные мельницы работают по так называемому принципу сопротивления: оказывая своими крыльями сопротивление ветру, они могут преобразовывать максимум 15 процентов силы ветра. Современные ветроэнергетические установки работают по принципу подъемной силы, когда, как у самолета, используется подъемная сила встречного ветра.

Энергия воды

Ресурсы: энергия воды при её движении и падении с высоты. Месторасположение: горы, реки. Сфера использования: производство электроэнергии, аккумулирование энергии. Диапазон мощности: гидроаккумулирующие гидроэлектростанции и ГЭС на не зарегулированном стоке до 5 000 МВт. Расходы на производство электроэнергии составляют сегодня: 5 - 10 пфеннигов/кВт.ч.

Гидроресурсы обеспечивают около 4% производимой в Германии электроэнергии. Сегодня в эксплуатации находится около 5 500 ГЭС общей мощностью 3 500 МВт.

Биомасса

Ресурсы: древесина, зерновые культуры, сахаро- и крахмалосодержащие растения, масличные растения. Месторасположение: по всему миру при наличии биомассы. Сфера использования: производство тепла, комбинированная выработка тепла и электроэнергии, в виде топлива. Диапазон мощности: от 1 кВт до 30 МВт. Расходы: при выработке тепла 4 - 20 пфеннигов/кВт.ч; при получении тока 12 - 20 пфеннигов/кВт.ч.

Существует множество вариантов использования биомассы для выработки энергии. При этом первостепенное значение имеют, прежде всего, растения с высоким содержанием обменной энергии и древесина.

Ресурсы: органические отходы. Месторасположение: по всему миру в зависимости от наличия отходов. Сфера использования: производство тепла, комбинированная выработка тепла и электроэнергии. Диапазон мощности: 20 кВт - 10 МВт. Расходы на сегодня: при выработке тепла 5 - 15 пфеннигов/кВт.ч; при получении электроэнергии 12 - 30 пфеннигов/кВт.ч.

Биогаз возникает при разложении органических веществ специальными метановыми бактериями.

Геотермальная энергия

Ресурсы: тепло земных недр. Месторасположение: повсюду. Сфера использования: отопление и охлаждение, сезонное аккумулирование холода и тепла, технологическое тепло, выработка электроэнергии. Диапазон мощности: вблизи поверхности: 6 - 8 кВт; на углубленных пластах: до 30 МВт. Издержки производства: при выработке тепла 4 - 12 пфеннигов/кВт.ч; при получении тока 15 - 20 пфеннигов/кВт.ч.

Геотермальная энергия представляет собой тепло, пробивающееся из недр Земли на её поверхность. Пригодное для использования тепло зависит от глубины, на которой производится отбор геотермальной энергии. Через каждые 100 метров становится теплее на приблизительно 3° по Цельсию. Принцип использования тепла недр Земли довольно прост: под Землю закачивается вода, там она нагревается и затем подается наверх. Частично используются также природные термальные воды. Из-за высоких расходов на установку оборудования геотермальная энергия пока используется довольно редко.

Все вышеперечисленные виды энергии потенциально не принадлежат никому на территории страны. Поэтому их может использовать в личных целях любой гражданин или предприятие. На данном этапе развития общество еще не задумывается всерьез о применении всех этих видов энергии. Тем не менее, определенные разработки в этом направлении уже ведутся. Так, в настоящее время начато производство автомобилей с гибридными двигателями, которые имеют возможность работать на водороде. Это первый шаг к тому, чтобы начать перестраивать производственные циклы по получению энергии.

Особенность возобновляемых ресурсов в том, что они образуются вне зависимости от деятельности человека. Не зависимо от того, найдет ли человек применение всему этому потенциалу или нет, независимые источники энергии будут существовать и увеличиваться. Это преимущество подталкивает человечество к тому, чтобы начать масштабные разработки в плане применения этих видов энергии в хозяйственных и промышленных целях.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Развиваясь, человечество начинает использовать все новые виды ресурсов (атомную и геотермальную энергию, солнечную, гидроэнергию приливов и отливов, ветряную и другие нетрадиционные источники). Однако, главную роль в обеспечении энергией всех отраслей Экономики сегодня играют топливные ресурсы. Это четко отражает «приходная часть» топливно-энергетического баланса. Топливно-энергетический комплекс тесно связан со всей промышленностью страны. На его развитие расходуется более 20% денежных средств. На ТЭК приходиться 30% основных фондов и 30% стоимости промышленной продукции России. Он использует 10% продукции машиностроительного комплекса, 12% продукции металлургии, потребляет 2/3 труб в стране, дает больше половины экспорта РФ и Значительное количество сырья для химической промышленности. Его доля в перевозках составляют 1/3 всех грузов по железным дорогам, половину перевозок морского транспорта и всю транспортировку по трубопроводам.

Топливно-энергетический комплекс имеет большую районо образовательную функцию. С ним напрямую связано благосостояние всех граждан России, такие проблемы, как безработица и инфляция. Наибольшее значение в топливной промышленности страны принадлежит трем отраслям: нефтяной, газовой и угольной, из которых особо выделяется нефтяная.

Роль топливно-энергетических ресурсов состоит в том, что они необходимы для производственного цикла и выпуска продукции предприятия. Энергоресурсы напрямую влияют на себестоимость и конкурентоспособность выпускаемой и реализованной продукции.

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ

1.Арнов Р.И. Состав и структура топливно-энергетических ресурсов промышленного предприятия. - М: Информ, 2007.

Априжевский А.А. Энергосбережение и энергетический менеджмент. - Минск: Высш. шк., 2005.

Зайцев Н.Л. Экономика промышленного предприятия. - М.: ИНФРА-М, 2005.

Петронев С.И. Использование топливно-энергетических ресурсов в промышленности.- СПб: Пресс, 2008

Репетиторство

Нужна помощь по изучению какой-либы темы?

Наши специалисты проконсультируют или окажут репетиторские услуги по интересующей вас тематике.
Отправь заявку с указанием темы прямо сейчас, чтобы узнать о возможности получения консультации.

ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ РЕСУРСЫ

Энергия - всеобщая основа природных явлений, ба­зис культуры и всей деятельности человека. В то же вре­мя энергия понимается как количественная оценка раз­личных форм движения материи, которые могут превра­щаться одна в другую. По видам энергия подразделяется на химическую, механическую, электрическую, ядерную и т. д. Возможная для практического использования че­ловеком энергия сосредоточена в материальных объек­тах, называемых энергетическими ресурсами.

Из многообразия энергоресурсов, встречающихся в природе, выделяют основные, используемые в боль­ших количествах для практических нужд. К ним отно­сят органические топлива, такие, как уголь, нефть, газ, а также энергию рек, морей и океанов, солнца, ветра, тепловую энергию земных недр (геотермальную) и т. д.

Энергоресурсы разделяют на возобновляемые и невозобновляемые. К первым относят энерго­ресурсы непрерывно восстанавливаемые природой (вода, ветер и т. д.), а ко вторым - энергоресурсы, ранее на­копленные в природе, но в новых геологических условиях практически не образующиеся (например, каменный уголь).

Энергия, непосредственно извлекаемая в природе (энергия топлива, воды, ветра, тепловая энергия Земли, ядерная), называется первичной. Энергия, получаемая человеком после преобразования первичной энергии на специальных установках - станциях, называется вторич­ной (энергия электрическая, пара, горячей воды и т. д.). В своем названии станции содержат указание на то, какой вид первичной энергии на них преобразуется. На­пример, тепловая электрическая станция (сокращенно ТЭС) преобразует тепловую энергию (первичную) в эле­ктрическую энергию (вторичную), гидроэлектростанция (ГЭС) -энергию воды в электрическую, атомные элект­рические станции (АЭС) -атомную энергию в электри­ческую; кроме того, первичную энергию приливов преобразуют в электрическую на приливных электростанциях (ПЭС), аккумулируют энергию воды - на гидроаккумулирующих станциях (ГАЭС) и т. д.

Получение энергии необходимого вида и снабжение ею потребителей происходит в процессе энергетиче­ского производства, в котором можно выделить пять стадий.

1. Получение и концентрация энергетических ресур­сов: добыча и обогащение топлива, концентрация напо­ра с помощью гидротехнических сооружений и т. д.

2. Передача энергетических ресурсов к установкам, преобразующим энергию; она осуществляется перевозка­ми по суше и воде или перекачкой по трубопроводам во­ды, газа и т. д.

3. Преобразование первичной энергии во вторичную, имеющую наиболее удобную для распределения и по­требления в данных условиях форму (обычно в элект­рическую энергию и тепловую).

4. Передача и распределение преобразованной энер­гии.

5. Потребление энергии, осуществляемое как в той форме, в которой она доставлена потребителю, так и в преобразованной.

Если общую энергию применяемых первичных энер­горесурсов принять за 100%, то полезно используемая энергия составит только 35-40%; остальная часть теря­ется, причем большая часть - в виде теплоты (рис. 1.1).

Потери энергии определяются существующими в на­стоящее время техническими характеристиками энерге­тических машин.

Различные виды энергоресурсов неравномерно рас­пределены по районам Земли, по странам, а также внут­ри стран. Места их наибольшего сосредоточения обычно не совпадают с местами потребления, что наиболее за­метно для нефти. Больше половины всех мировых запа­сов нефти сосредоточено в районах Среднего и Ближнего Востока, а потребление энергоресурсов в этих районах в 4-5 раз ниже среднемирового. В этой ситуации важно создать оп­тимальные межгосударственные потоки энергоресурсов и продуктов их переработки и максимально использовать запасы энергоресурсов, расположенные вблизи от основ­ных потребляющих районов.

Концентрация потребления энергоресурсов в наибо­лее развитых странах привела к такому положению (рис. 1.2), когда 30% населения в мире потребляет 90% всей вырабатываемой энергии, а 70% населения - только 10% энергии. При этом примерно 3 / 4 установленной мощности электростанций и мирового производства электроэнергии приходится всего на 10 наиболее промышленно развитых стран.

Рис. 1.1. Схемы использования энергии:

а - механической энергии и теплоты, доставленных потребителям; б - энер­гетических ресурсов

Наблюдается тенденция увеличения неравномер­ности потребления энергетических ресурсов. Так, свыше половины населения земного шара, проживающего в раз­вивающихся странах, потребляют менее 100 кВт*ч элект­роэнергии, приходящейся на одного человека при средне­мировом показателе, близком к 1500 кВт*ч.

Рис. 1.2. Характеристики мирового потребления энергоре­сурсов:

максимальное и минимальное потребление энергии на душу населения

Эти цифры характеризуют социальное неравенство, отраженное в неравномерности потребления энергоресурсов. Тенденция к увеличению неравномерности общего потребления энергии в капиталистических странах иллюстрируется.

Несовпадения мест сосредоточения и потребления энергоресурсов вызывают необходимость их транспорти­ровки. Энергия может передаваться в различной форме (рис 1.3). Например, можно перевозить нефть и уголь от месторождений до крупных промышленных центров и городов и затем сжигать их на электростанциях, пре­вращая электрическую энергию в тепловую. Возможен и другой вариант, когда электростанция сооружается вблизи месторождений топлива, а электрическая энергия передается по проводам к удаленным промышленным предприятиям и городам.

Целесообразность передачи на расстояние тех или иных носителей энергии определяется их энергоемкостью, под которой понимается количество энергии приходя­щееся на единицу массы физического тела. Среди при­меняемых энергоносителей наибольшей энергоемкостью обладают радиоактивные изотопы урана и тория: 2 22 ГВт-ч/кг (8-Ю 12 Дж/кг). Вследствие огромной энергоемкости атомного топлива практически не сущест­вует проблемы транспорта его на расстояние, так как для работы мощных электрических установок требуются сравнительно малые его количества. Энергоемкость при­меняемого топлива в среднем по всем видам составляет 0,834 кВт*ч/кг (3*10 6 Дж/кг).

Таблица 1.1

Органическое топливо вследствие его специфических свойств и исторически сложившихся условий пока остается основным источником используемой человечеством энергии. Мировые запасы органического топлива приве­дены в табл. 1.1. Запасы топлива, имеющего различную энергоемкость, удобно выражать в условном топливе.

Топливо по своей природе относится к невозобновляемым источникам энергии, так как оно запасено в далекие доисторические эпохи и практически не восполня­ется.

Оценки запасов орга­нического топлива колеб­лются в широких преде­лах в зависимости от учи­тываемых условий его за­легания и возможностей добычи. Прогнозные, или геологические, запасы топ­лива, получаемые на ос­нове теоретического предсказания, существенно больше. В табл. 1.1 при­ведены округленные оцен­ки запасов топлива на планете и соответствующие им периоды времени, в течение которых топливо может быть использовано полностью. При этом, если геологические запасы топлива принять за единицу, то достоверные за­пасы оказываются в 2 раза меньше, а запасы, которые можно извлечь с учетом современных технических и эко­номических возможностей,- в 4 раза меньше.

Рис. 1.4. Графики роста мирового продукта и энергопотребления

Потребление энергоресурсов быстро растет, что вы­зывается непрерывным увеличением мирового промыш­ленного производства (рис. 1.4). Предполагается, что к 2000 г. потребление энергоресурсов составит 160-240 тыс. ТВт-ч (что соответствует условному топливу массой 20-30 млрд. т). Оставшихся после 2000 г.

Рис. 1.5. Графики изменения во времени мирово­го потребления различных энергетических ресур­сов, выраженных в условном топливе (фактиче­ское и ожидаемое)

Мировых запасов энергоресурсов без учета возможностей ядерной и термоядерной энергетики, видимо, хватит еще на 100- 250 лет. Эти данные, конечно, ориентировочны, однако все же они дают некоторую картину будущего. На рис. 1.5 приведены данные о мировом потреблении важ­нейших энергоносителей.

Общее мировое производство энергоресурсов, приве­денных к условному топливу, в 2000 г. составило около 20 млрд. т. В его структуре ведущее значение имеют нефть и газ, доля которых составляет 3 / 5 всего про­изводства энергоресурсов; 1/5 приходится на ядер­ное горючее; оставшуюся часть составляют твердые топли­ва (рис. 1.6).

Рис. 1.6. Структура мирового потребления топливно-энерге­тических ресурсов

Значительные изменения в структуре мирового топ­ливно-энергетического баланса произошли в 60-е годы.

Увеличилось относительное потребление жидкого и газо­образного топлива. Так, в 1970 г. доля нефти в общем мировом потреблении энер­гии составила 46%, а при­родного газа - 20 %.

До конца текущего сто­летия основной прирост энергопотребления будет обеспечиваться за счет при­родного газа, угля и ядерной энергии. В начале XXI в. ожидается увеличение доли возобновляемых источников энергии, таких, как энергия солнца, ветра, тепловая энергия земных недр и др. По предварительным оценкам, на долю таких источников энергии, включая ядерную, будет приходиться около 40% суммарного производства первичных энергоресурсов в СССР. Поэтому уже сейчас в нашей стране ведутся интенсивные теоретические и экспериментальные иссле­дования по эффективному освоению практически неис­черпаемых возобновляемых источников энергии.

Данные, оценивающие технические и экономические возможности использования энергии, меняются со вре­менем. Поэтому прогнозы, построенные на основе этих данных, следует рассматривать как ориентировочные, которые должны периодически корректироваться.

Интересно проследить эволюцию потребления раз­личных видов энергии начиная с доисторических времен (рис. 1.7, а). Мускульная энергия человека и животных, иногда называемая «биологической» энергией, некогда была единственным источником энергии. В настоящее время она составляет величину, меньшую 1% от общего потребления энергии (на рис. 1.7 не показана). Доля мускульной энергии будет уменьшаться и в дальнейшем. Это свидетельствует о том, что высокий уровень разви­тия производительных сил позволил человеку почти пол­ностью переложить на машины усилия по изготовлению необходимой продукции. Для того чтобы машины могли выполнять такую работу, человек на основе познанных им и практически используемых законов природы дол­жен был привести в действие огромные мощности, при­ложив их к средствам труда. Эти мощности современных орудий труда стали неизмеримо превышать ту макси­мальную мощность, кото­рая могла быть получена за счет биологических ис­точников.

Рис. 1.7. Характеристики энергетических ре­сурсов Земли и их использование:

а - схема исторического изменения различных ви­дов энергии, потребляемой человеком; б - диаграммы потребления различных источников первичной энергии в США; в - структура потребления энерго­ресурсов в СССР; г - структура использования в народном хозяйстве СССР органического топлива и ядерной энергии; д-прогноз мирового потребления горючих полезных ископаемых

Рис. 1.7. Продолжение

Первыми источниками теплоты были различные органические остатки и древесина. Древесина на протяжении длительного периода, вплоть до XVI в., была основным энергоно­сителем. Впоследствии, по мере относительно быстрого освоения других, более энер­гоемких источников энергии (угля, нефти), сокращалось потребление древесины, использование которой в каче­стве энергоносителя до 2000 г. практически полностью прекращено.

Среди доступных энергоресурсов наибольшая доля приходится на уголь (75-85%); значительны запасы нефти (10-15%) и газа (5-10%); все остальные энер­горесурсы в совокупности составляют менее 2%.

В начале XX в. уголь занимал наибольшую долю от всех используемых энергоресурсов. По мере увеличе­ния потребности в нефти, газе доля угля в выработке электроэнергии уменьшалась. На рис. 1.7,6 показана динамика потребления различных энергоресурсов в США, а на рис. 1.7, в - в СССР. Использование энер­гетических ресурсов для различных технических и тех­нологических нужд в СССР иллюстрируется рис. 1.7, г.

Начало 70-х годов характеризуется выравниванием потребления таких энергоресурсов, как уголь, нефть и газ, а в некоторых странах даже уменьшением (в аб­солютных цифрах) добычи угля.

Прогноз расходования мировых запасов органическо­го топлива (рис. 1.7, д) неоднократно служил поводом

Рис. 1.7. Продолжение

для высказываемых в западных странах опасениях об «энергетическом голоде», «тепловой смерти» и т. д., якобы ожидающих человечество. Однако для таких мрачных предсказаний нет оснований. Напротив, можно полагать, что на смену органическому топливу, запасы которого действительно уменьшаются, придут новые эф­фективные источники энергии и в первую очередь ядер­ная энергия, получаемая при делении тяжелых и синте­зе легких элементов. Органическое топливо будет приме­няться как ценное сырье для химической и фармацев­тической промышленности.

Разумное сочетание различных энергоресурсов и пла­новое развитие энергетики несомненно позволили бы избежать тех трудностей, приобретающих иногда катастрофический характер, которые возникли в начале 70-х годов в ряде капиталистических стран. Эти трудности, получившие в западных капиталистических странах и в США название энергетического кризиса, были вызваны многолетним хищническим использованием международ­ными монополиями сырьевых ресурсов стран и континен­тов. Так, международный нефтяной картель, состоящий из семи монополий (пять из которых американские), практически полностью контролировал добычу нефти в странах Арабского Востока и прочно захватил домини­рующие позиции на рынках государств - потребителей нефти. Этот картель в целях извлечения максимальных прибылей тормозил работы по использованию других видов энергии. В странах Западной Европы сокращалась добыча каменного угля, закрывались шахты, часто не­оправданно придерживалось развитие атомной энерге­тики.

Монополии, картели не останавливались ни перед какими средствами, чтобы сохранить свои позиции. В ряде стран, например, они давали огромные взятки, чтобы провалить законы о национализации энергетики (США) или дискредитировать и затормозить программу строительства атомных станций (Италия) и т. д.

Ориентация энергетики на нефть, дававшая монопо­лиям огромные прибыли, требует в перспективе значи­тельного увеличения ее добычи. В то же время, начиная с 1973 г., страны - производители нефтистали требо­вать все большую долю прибылей: они повысили на нее закупочные цены и заявили о намерении держать при­рост добычи нефти в определенных пределах, поставив тем самым развитые капиталистическиестраны перед необходимостью пересмотра их энергетической полити­ки. При этом в некоторых планах предусматривалось развитие атомной энергетики. Однако такого рода пере­ориентация энергетической политики сопряжена с мно­гими трудностями, такими, как необходимость получе­ния ядерного топлива, потребность в дополнительных капиталовложениях (которые трудно изыскать в услови­ях перенапряженных бюджетов развитых стран), недоверие общественного мнения по обеспечению безопасности атомных электростанций, сти­мулируемое конкурирующими фирмами. Между тем, раздуваемая печатью (особенно США) тема энергетиче­ского кризиса явно преувеличена. Все соображения и данные о мировых запасах энергоресурсов следует рас­сматривать как приближенные, так как пока еще недо­статочно изучены земные недра (обследована небольшая часть залежей на суше и практически не изучены ресур­сы топлива под дном Мирового океана), имеется не­удовлетворительного качества статистический материал о залегании энергоресурсов, в различных странах суще­ствуют разные методики учета запасов. В одних случаях исходят из общегеологических запасов, в других - из достоверных, подтвержденных геологической разведкой, в третьих-из запасов, которые могут быть извлечены исходя из экономических, географических, технологиче­ских и прочих условий. Общегеологические запасы топлива планеты оценивались специалистами примерно в 200 млн. ТВт*ч, а далее было показано, что с помощью современных технологических методов можно добыть при оправданных экономических затратах более 28 000 млн. ТВт*ч, что в 380 000 раз превышает современный уро­вень годовой добычи в мире всех видов топлива. Харак­терно то обстоятельство, что, несмотря на быстрое расхо­дование энергоресурсов, их потенциальные запасы по мере проведения разведки не уменьшаются, а увеличи­ваются.

Значительная доля энергетических ресурсов расхо­дуется на электростанциях для выработки электрической энергии, получившей в настоящее время широкое приме­нение.

Суммарная мощность электростанций в мире в на­стоящее время составляет примерно 2 млрд. кВт. На долю СССР приходилось более 300 млн. кВт, что состав­ляет 15% от мощностей электростанций мира или 16% от производства электроэнергии.

В результате технического прогресса, совершенство­вания орудий труда, средств транспорта, использования научных достижений в практических целях человечество освоило огромные электрические мощности, составляю­щие примерно 8-10 млрд. кВт. Если считать, что энер­гетические установки в среднем работают с КПД, равным 0,2, то для полу­чения освоенной полезной мощности требуется из­влекать природные энер­гетические ресурсы с мощ­ностью, равной 40- 50 млрд. кВт (8/0,2 = 40 и 10/0,2=50). Потребляемая

мощность в течение суток и года изменяется. Использование мощности характеризуется графи­ком, показанным на рис.

Рис. 1.8. График использования суммарной мощности энергетиче­ских установок

Заменяя реальный график условным прямоугольни­ком равновеликой площади, получим расчетный пара­метр - продолжительность (время) использования мак­симальной мощности Т м и определим используемую в мире энергию. Ориентируясь на меньший показатель, по­лучим

Э=40 млрд. кВт*5000 ч = 200*10 3 млрд. кВт*ч.

Выразим эту энергию в массе условного топлива.

Так как 1 т такого топлива содержит энергию, рав­ную 8000 кВт*ч, то, следовательно, для приведения в действие энергетических установок в течение года потре­буется

200*10 3 млрд. кВт*ч/8*10 3 кВт*ч/т = 25 млрд. т.

Полагая, что нашу планету населяют 5 млрд. чело­век, получим, что средний расход энергетических ресур­сов, приходящийся на долю каждого человека в течение года:

25 млрд. т/5 млрд. чел. = 5 т.

Инженеру-энергетику необходимо иметь хотя бы общее представление о мировых запасах топлива. Раз­личные виды топлива имеют существенно разные энерго­емкости, величины которых приведены в табл. 1.2.

Таблица 1.2

Рис. 1.9. Оценки мировых запасов угля:

а - на различных континентах; б - перспектива использования

Уголь. Мировые геологические запасы угля, выражен­ные в условном топливе, оцениваются в 12 000 млрд. т, из которых 6000 млрд. т относятся к достоверным. Наглядное представление о мировых запасах угля и перспективах их использования дает рис. 1.9. Наиболь­шими достоверными запасами располагают СССР и США. Значительные достоверные запасы имеются в ФРГ, Англии, КНР и ряде других стран. Современная техника и технология позволяют экономически оправданно добывать лишь 50% от всех достоверных запасов угля.

В энергобалансе СССР в начале 70-х годов произо­шли существенные изменения: ископаемые угли времен­но уступили занимаемое ими ранее первое место нефти и газу. Однако роль угля в снабжении народного хозяй­ства нашей страны источниками энергии в перспективе исключительно велика. Углепромышленные бассейны имеются в пределах РФ (Печорский, Кузнецкий, Канско-Ачинский, Иркутский, Подмосковный. Запасы угля мирового масштаба находятся в Во­сточной и Западной Сибири. Среди подсчитанных общих геологических запасов углей в СССР более 90% состав­ляют энергетические угли и менее 10%-дефицитные коксующиеся угли, необходимые для металлургии. Энер­гетические угли большой массы (202 млрд. т) имеются на площадях, пригодных для открытой разработки. Это, например, Канско-Ачинский бассейн в Восточной Сиби­ри, где имеются запасы бурых углей в мощных (от 20 до 40 м) пластах, залегающих на глубине менее 200 м от поверхности, и многие другие.

Более 90% общесоюзных запасов углей находится на территории, расположенной к востоку от Урала, а 60% добываемого в СССР угля потреблялось на Урале и в западных районах. Между тем, добыча угля в европей­ской части нашей страны достигает 50% от общей добы­чи. Перспективно использование запасов угля, располо­женных за Уралом. Особенно богато угольными бассей­нами пространство между Тургайской низменностью и озером Байкал до 60° с. ш., прилегающее к Сибирской и Южно-Сибирской магистралям.,это Кузнецкий, Минусинский, Кан­ско-Ачинский, Иркутский, Нерюнгринский и многие другие бассейны. В местах разработок полезных иско­паемых создаются новые промышленно-экономические районы и центры.

Дальность перевозки каменных углей из Казахстана на Урал и в Поволжье и полная нерентабельность транспортировки на значительное расстояние рыхлых и высокозольных сибирских бурых углей, а также нере­шенность задачи сверхдальней передачи электроэнергии заставляют обратить особое внимание на расширение площадей с энергетическими углями в старых углепро­мышленных районах и поиски новых месторождений на западе РФ. В этом отношении перспективны Донецкий и Печорский бассейны, обладающие реальными для ос­воения запасами энергетических углей.

Каменный уголь состоит из остатков флоры, существовавшей на Земле в геологические эпохи задолго на нашего времени. В ка­менноугольный период жизни поверхность планеты была обильно покрыта растениями. Многие из современных растений, такие, на­пример, как папоротники, в ту эпоху имели намного большие раз­меры. Каменный уголь образовался после отмирания растений и покрытия их осадочными породами.

Растения в период жизни запасают химическую энергию, пре­вращая за счет энергии солнечных лучей углекислоту и воду в ра­створимые углеводы, откладывая их в виде клетчатки в стволах и ветках. Белковые вещества в растениях получаются синтезом неор­ганических азотсодержащих веществ, поступающих из почвы, и органических веществ, выработанных за счет энергии Солнца. По выражению акад. П. П. Лазарева «...химическая энергия, запасен­ная в древесных породах, есть превращенная энергия Солнца» .

Если дерево сжечь в присутствии кислорода с образозанием углекислоты, воды и первоначальных азотистых соединений, то полученная при этом теплота будет отвечать энергии, доставленной растению Солнцем.

При сгорании каменного угля выделяется примерно 8,14 кВт*ч/кг (29,3 МДж/ /кг) энергии.

Нефть. Оценка миро­вых запасов нефти в на­стоящее время представ­ляет особый интерес. Это вызвано быстрым ростом ее потребления и тем, что во многих странах (Япо­нии, Швеции к др.) нефть при производстве электроэнергии вытеснила уголь (в последнее время этот процесс приостановился). На транспорте за счет нефти в настоящее время удовлетво­ряется свыше 90% мирового потребления энергии.

Рис. 1.10. Примерный состав каменного угля

Мировые геологические запасы нефти оцениваются в 200 млрд. т, из которых 53 млрд. т составляют достовер­ные запасы. Более половины всех достоверных запасов нефти расположено в странах Среднего и Ближнего Во­стока. В странах Западной Европы, где имеются высоко­развитые производительные силы, сосредоточены отно­сительно небольшие запасы нефти.

Оценки достоверных запасов нефти по своей природе динамичны. Их величина изменяется по мере проведения разведок новых месторождений. Геологические разведки, осуществляемые в широких масштабах, приводят, как правило, к увеличению достоверных запасов нефти. Все имеющиеся в литературе оценки запасов являются ус­ловными и характеризуют только порядок величин.

Быстрый рост потребления нефти определяется в ос­новном четырьмя причинами:

1) развитием транспорта всех видов и в первую оче­редь автомобильного и авиационного, для которых жид­кое топливо пока незаменимо;

2) улучшением показателей добычи, транспортировки и использования (по сравнению с твердым топливом);

3) стремлением в кратчайшие сроки и с минималь­ными затратами перейти к использованию природных энергетических ресурсов;

4) стремлением в промышленно развитых странах получить возможно большие прибыли за счет эксплуата­ции нефтяных месторождений развивающихся стран.

Несоответствие между расположением нефтяных ресурсов и местами их потребления или центрами про­изводительных сил привело к бурному прогрессу в раз­витии средств транспортировки нефти, в частности к созданию трубопроводов большого диаметра (больше 1м) и танкеров большой грузоподъемности.

Нефть была известна еще древним грекам и римлянам, которые называли ее питтолиумом. В VI в. до н. э. горючие газы, выделяю­щиеся из нефтяных источников на Апшеронском полуострове, дали повод к обожествлению вечного огня, в честь которого сооружа­лись храмы. Примерно в то же время жидкую нефть, разлитую по берегам Каспийского моря, использовали для освещения и лечения кожных болезней. В древности нефть, вытекающую из трещин в земле и нефтяных скважин, собирали в специальные ямы, из кото­рых она впоследствии забиралась для хозяйственных нужд.

По мере увеличения потребности в нефти, примерно с XVI в., стали вырывать специальные глубокие колодцы, откуда черпали нефть. Месторождения нефти представляют собой пористые пласты песчаника или известняка, пропитанные жидкостью. Сооружение колодцев в те времена было делом опасным. Колодец необходимо было рыть до пропитанного нефтью пласта, по мере приближения к которому нефтяные газы просачивались в колодец и делали не­возможным дыхание. Один из таких колодцев на Апшеронском полуострове сохранил надпись о том, что он сооружен в 1594 г.

С помощью колодцев нефть добывали до XIX в. Первая в мире нефтяная скважина пробурена в 1848 г. Ф. А. Семеновым в урочи­ще Биби-Эйбат на берегу Каспийского моря.

Нефть представляет собой бурую жидкость, содержащую в растворе газообразные и легколетучие углеводороды. Она имеет своеобразный смоляной запах. При перегонке нефти получают ряд продуктов, имеющих важное техническое значение: бензин, керосин и смазочные масла, а также вазелин, применяемый в медицине и парфюмерии.

Чтобы объяснить происхождение нефти, ученые пользовались результатами опытов, при которых производилось нагревание до высоких температур растений и остатков животных без доступа воздуха. В результате такого нагревания, называемого сухой пере­гонкой, образовывались углеводороды, сходные с углеводородами, заключающимися в нефти.

Предполагалось, что в древние времена существовавшие и умершие флора и фауна были покрыты осадочными породами на дне морей и океанов, которые образовались при опускании земной поверхности. Можно допустить, что опускание земной поверхности происходило до больших глубин, где органические остатки под дей­ствием теплоты Земли превращались в нефть. Такое воззрение со­ставляет основу биолого-геологической теории образования нефти, подтвержденной многочисленными исследованиями.

Природный газ. Мировые геологические запасы газа оцениваются в 140-170 трлн. м 3 . Распределение запа­сов газа по странам и районам приведено в табл. 1.4. Эти цифры следует рассматривать как весьма прибли­женные, изменяющиеся по мере проведения разведок.

Нефть и газ нужны не столько как энергетическое сырье, сколько как сырье для химической промышлен­ности. В настоящее время известно более 5000 синтети­ческих полезных продуктов, получаемых из нефти и газа, и число их ежегодно увеличивается. Однако пока только 3-5% от добытых запасов перерабатывается как химическое сырье. Нефтяные и газовые месторождения открываются на глубине и оцениваются только бурением глубоких скважин. Затраты на бурение составляют более 70% от затрат, расходуемых на проведение геоло­горазведочных работ.

Гидроэнергетические ресурсы. Гидроэнергия на Зем­ле оценивается величиной 32 900 ТВт*ч в год. Около 25% этой энергии по техническим и экономическим ус­ловиям может использоваться для практических нужд. Эта величина примерно в 2 раза превышает современ­ный уровень ежегодной выработки электроэнергии всеми электростанциями мира. В табл. 1.5 содержатся данные о гидроэнергетических ресурсах в различных странах. В большинстве развитых капиталистических стран доля гидроэлектростанций в выработке электроэнергии сни­жается, что обусловлено освоением других наиболее эко­номичных энергоресурсов и использованием гидростан­ций преимущественно в пиковых режимах.

Гидроэнергетический потенциал рек Советского Союза велик-4000 млрд. кВт*ч (среднего­довая мощность рек равна 450 млн. кВт), что составляет 12% от потенциала рек земного шара. В нашей стране широкое использование гидроэнергетических ресурсов впервые было предусмотрено в 1920 г. Ленинским пла­ном электрификации России (ГОЭЛРО). По этому пла­ну намечалось строительство 10 крупных по тому време­ни гидроэлектростанций (Волховская, Днепровская, Свирская и др.) с установленной мощностью 640 МВт. К 1941 г. мощность всех гидроэлектростанций составила 1,4 ГВт. В военные годы широко развернулось строи­тельство ГЭС в Средней Азии, а в послевоенные (до 1966 г.)- в северо-западных районах (Кольский полу­остров, Карелия, Ленинградская область и Эстонская ССР), в Закавказье, а также на Волге, Каме и Днепре.

В конце этого периода было начато строительство круп­нейших гидростанций в Сибири (Братской, Краснояр­ской, Усть-Илимской, Саяно-Шушенской).

В соответствии с основными направлениями разви­тия электроэнергетики нашей страны в 1986 г. выработ­ка электроэнергии на гидроэлектростанциях составила 230-235 млрд. кВт-ч при установленной мощности гид­роэлектростанций 65 млн. кВт.

Уникальные запасы гидроэнергии сосредоточены на реках Ангаре и Енисее; на них будет построено более 10 крупнейших ГЭС общей установленной мощностью 60 млн. кВт, среди которых предполагается сооружение Среднеенисейской и Туруханской станций с агрегатами до 1 млн. кВт установленной мощности.

Вода океанов и морей, испаряясь под действием солнечной ра­диации, конденсируется в высоких слоях атмосферы в виде капе­лек, собирающихся в облака. Вода облаков падает в виде дождя в моря, океаны и на сушу или образует мощный снеговой покров гор. Дождевая вода дает начало рекам, питающимся подземными источниками. Круговорот воды в природе происходит под влиянием солнечной радиации, благодаря которой появляются на­чальные процессы круговорот испарение воды и движение обла­ков. Таким образом, кинетическая энергия движущейся в реках воды есть, образно говоря, освобожденная энергия Солнца.

В отличие от невозобновляемой химической энергии, запасенной в органическом топливе, кинетическая энергия движущейся в реках воды возобновляема - на гидроэлектростанциях она превращается в электрическую энергию.

Энергия приливов и отливов. В последние годы повысился интерес научной и инженерной общест­венности к проблемам широкого использования энергии солнечной радиации, ветра, геотермальной энергии, а также приливной и термальной энергии Мирового океа­на. Явления приливов и отливов связаны главным обра­зом с положением Луны на небосклоне. Солнце также влияет на приливы и отливы, однако эффект его влияния примерно в 2,6 раза меньше. В течение лунных суток, т. е. за 24 ч 50 мин, дваж­ды наблюдается повышение и понижение уровня воды в морях и океанах. Амплиту­да колебаний уровня воды в различных точках земного шара зависит от широты и характера берега континента. Ее вели­чина может быть значительной: так, око­ло Магеланова пролива зарегистрирова­на амплитуда колебаний уровня воды 18 м, а около берегов Америки - 21 м. Приливы и отливы могут на многие ки­лометры, как, например, во Франции, ме­нять границу воды и суши.

В закрытых морях (Каспийском, Чер­ном) эффекты приливов и отливов прак­тически незаметны. Максимального уров­ня приливная волна достигает в тех слу­чаях, когда Земля, Луна и Солнце находятся на одной прямой (рис. 1.11).

Рис. 1.11. По­ложения Солн­ца, Луны и Земли, влияю­щие на прили­вы

Приведенные рассуждения следуют из тех пояснений, которые дал на основе гравитационной теории Ньютон. Вкратце они сводят­ся к следующему. Пусть на Землю в направлении ЬВ (рис. 1.12) действует сила притяжения Луны, которая создает ускорение Зем­ли из, направленное по прямой ЬВ. Ускорение воды, находящейся в зоне А, больше ускорения Земли, а ускорение воды, находящейся в зоне В, меньше ускорения Земли. Различие в ускорениях приво­дит к смещению массы воды, которое в преувеличенном виде пока­зано на рис. 1.12. При вращении Земли выпуклости воды переме­щаются относительно поверхности, создавая трение, называемое приливным и приводящее К замедлению вращения Земли. По отно­шению к атмосфере, окружающей Землю, также справедливы при­веденные рассуждения. Как показали исследования, в атмосфере действительно существуют прилив­ные волны. Энергия приливов по­стоянностью своего проявления выгодно отличается от энергии (стока) рек, существенно завися­щей от атмосферных факторов, носящих вероятностный характер. Об использовании энергии при­ливов еще издавна мечтал чело­век. Сотни лет назад на побережье Европы и Северной Америки со­оружались приливные мельницы. Некоторые из них и сейчас рабо­тают в Англии и во Франции. Водяные колеса таких мельниц уста­навливались при входе в бассейн и приводились во вращение те­чением воды.

Рис. 1.12. Характер распреде­ления воды по поверхности Земли под действием Луны

В настоящее время сооружено несколько мощных электростанций, использующих энергию приливов. Одна­ко большая стоимость таких станций и трудности, свя­занные с неравноме

Ресурсов Солнца и космоса;

Минерального сырья, используемого в качестве топлива;

Атомно-энергегических источников;

Ресурсов движущейся воды и ветра;

Геотермальных источников энергии.

Потребление энергии постоянно растет. Уровень ее потребления признается важнейшим показателем развития экономики страны.

В настоящее время в мире существует и все более обостряется проблема дефицита энергетических ресурсов. Путями выхода из энергетического кризиса признаются использование альтернативной энергетики (возобновимых энергоресурсов) и снижение потребления энергии. Решение проблемы ученые и политики видят в пропаганде идей умеренного энергопотребления и во внедрении малоэнергоемких технологий. Но перспективным и кардинальным признается первый путь. Все без исключения возобновимые энергоресурсы оказывают минимальное негативное влияние на природу. Они доступны и почти всегда выгодны, экономят средства, затрачиваемые на то, чтобы передавать электроэнергию на большие расстояния и распределять ее. Использование возобновимых источников энергии уже получило признание в мире как одна из основ экологически ответственной мировой экономики.

Главным стимулом развития альтернативной энергетики является то, что легкодоступные запасы традиционных энергетических ресурсов (газ, нефть, уголь) уменьшаются год от года, а стоимость этих видов топлива на мировом рынке постоянно растет. Использование традиционных энергоресурсов всегда связано с загрязнением окружающей среды. На атомных электростанциях все еще недостаточен уровень надежности, при том, что тяжесть последствий от аварий на них очень высока. Остро стоят проблемы вторичной переработки и захоронения отработанного ядерного топлива.

Альтернативная энергетика основана на использовании возобновляемых источников энергии. Альтернативная энергетика, как правило, использует меньшие системы, которые менее сложны, и их можно строить без крупных капиталовложений. Это системы, использующие ветроэнергетические ресурсы, солнечную энергию, энергию морского прибоя и термальных вод.

Запасы солнечной энергии практически неисчерпаемы. Интенсивность солнечного света в южных широтах весьма высока. Во всем мире идет разработка эффективных методов преобразования солнечной энергии в электрическую или тепловую. Прогнозируется, что солнечная энергия сможет покрыть значительную долю быстро растущей потребности человечества в энергии. В последние годы стоимость наземных солнечных батарей снизилась во много раз.

Энергия ветра тоже является практически неисчерпаемым ресурсом и уже получила существенное распространение в энергетике. Ее целесообразно использовать в труднодоступных районах, удаленных от источников централизованного электроснабжения, а также для мелких, рассредоточенных потребителей энергии. Значительная часть ветроэнергетических установок уже сейчас находит применение в сельском хозяйстве (для подъема воды из скважин и подачи ее потребителям, для мелиорации земель). Но они требуют дорогостоящих аккумулирующих устройств для накопления электроэнергии, что значительно повышает стоимость ветровой энергии.

Гидроэнергия — энергия движущейся воды рек, энергия волн, океанических течений — относятся к возобновимым ресурсам. Она используется на электростанциях для приведения в движение турбин электрогенераторов. Их условно относят к экологически чистым источникам энергии, так как они не загрязняют окружающую среду, но при установке их на реках нарушаются условия существования водной флоры и фауны, затопляются пойменные земли. Тем не менее, гидроэлектростанции наиболее распространены в настоящее время.

Источниками геотермальной энергии служат химические реакции и радиоактивные процессы в земной коре. Температура на глубине 2—3 тыс. метров превышает 100 °С. Воды с таких глубин выводят на поверхность по пробуренным скважинам. Энергия термальных вод используется в основном для нужд населенных пунктов, расположенных вблизи источников. При этом по себестоимости тепловая энергия термальных вод примерно в 4 раза ниже, чем тепловая энергия, получаемая от обычных котельных.

ТЕМА 1. ВВЕДЕНИЕ

Предмет, основные понятия и определения

Энергия является важнейшим элементом устойчивого развития любого государства. Каждый виток вверх по спирали исторического развития человечества сопровождается более высоким уровнем потребления энергии. Подсчитано, что за 20-е столетие общее потребление первичных энергоресурсов в мире увеличилось в 13,5 раз, достигнув в 2000 году 13,5 млрд. т У.Т. Такие темпы расходования первичных энергоресурсов грозят быстрому истощению природных запасов

Энергосбережение - организационная, научная, практическая, информационная деятельность государственных органов, юридических и физических лиц, направленная на снижение расхода (потерь) топливно-энергетических ресурсов в процессе их добычи, транспортировки, хранения, производства, использования и утилизации.

В состав топливно-энергетического комплекса (ТЭК) входят пять систем энергетики:

· электроэнергетическая система (электроэнергетика), в состав которой в качестве подсистемы входит теплоснабжающая система (теплоэнергетика);

· система нефтеснабжения;

· система газоснабжения;

· система углеснабжения;

· система ядерной энергетики;

Производство электроэнергии обеспечивают электрические станции, преобразование – трансформаторы, транспортирование и распределение электрической энергии – линии электропередачи, потребление – различные приемники т.е. потребители энергии.

Под электроэнергетической системой , следует понимать совокупность взаимосвязанных электрических станций, подстанций, линий электропередач, электрических и тепловых сетей, а также потребителей электрической и тепловой энергии.

1.3. Эффективность использования и потребления энергии в мире и Беларуси

Эффективность использования и потребления энергии в любой стране оценивается энергообеспеченностью или удельными затратами условного топлива на 1-го жителя страны в год. Сравнительные данные по энергообеспеченности, валовому национальному продукту (ВНП) на душу населения и по энергоемкости ВНП по некоторым странам приведены в таблице 1.1.Таблица 1.1 Данные по ВНП, обеспеченности ТЭР и энергоемкости ВНП по некоторым странам.

№ п/п	Страна	ВНП на душу населения, дол. США	Потребление ТЭР на 1 чел. в год, т У.Т./чел.	Энергоем-кость ВНП, кг У.Т./дол.США	Сравнитель-ная оценка энергоемкости ВНП, %
	Республика Беларусь		3,8	1,76
	Украина		4,7	2,46
	Россия		5,8	2,19
	Германия		5,9	0,23	13,1
	США		11,3	0,44	25,0
	Финляндия		8,5	0,45	26,0
	Франция		5,5	0,23	13,1
	Швеция		8,0	0,34	19,3
	Япония		5,5	0,16	9,1

Анализируя данные, приведенные в таблице 1.1, необходимо отметить, что наибольшее потребление ТЭР среди приведенных стран имеют США – 11,3 т У.Т. на человека в год. В Республике Беларусь потребляется 3,6 т У.Т.. Здесь же приведено и сравнение энергоемкости ВНП стран по отношению к энергоемкости ВНП Беларуси.

Разразившийся в 1973-74 годах первый нефтяной кризис заставил индустриальные страны пойти на чрезвычайные меры, начать разрабатывать новые подходы к энергопотреблению. Для этого экономики этих стран подверглись коренной структурной, технологической и технической перестройке. Начиная с 1980-х годов, они начинают наращивать валовый национальный продукт, практически не увеличивая потребление энергоресурсов. Так, например, США за период с 1973 по 1987 годы увеличили ВНП на 40,2%, а энергопотребление увеличилось всего лишь на 3,2%. Аналогичная ситуация происходила и в промышленно развитых странах Европы. При росте ВНП на 13% потребление энергии в 1985 году оказалось даже на 6% ниже, чем в 1979году. За последние 20 лет энергоемкость ВНП в мире снизилась в среднем на 18%, а в индустриальных странах – на 21 – 27%.

Аналогичная ситуация происходит и Республике Беларусь (рисунок 1.1). За период времени с 1997 года по 2007 год ВВП страны вырос на 200,5%, а потребление ТЭР осталось практически на том же уровне – 104,5%. Это способствовало снижению энергоемкости ВВП, относительно данных за 1997г., на 47,9%. Показатели энергоемкости ВВП, исчисляемые по паритету покупательской способности, по различным странам мира в 2002 году приведены на рисунке 1.2. Как видно из этих данных энергоемкость ВВП в Беларуси составила 0,73 кг У.Т./доллар США. В России этот показатель оказался равным 0,84, а на Украине – 0,89 кг У.Т./доллар США. Это означает,

Еще одной проблемой экономики Республики Беларусь является энергоемкость продукции наших предприятий. По оценкам зарубежных специалистов энергоемкость продукции в среднем в 2 – 2,5 раза выше, чем в индустриально развитых странах. Так, например, при производстве химических удобрений у нас тратится электроэнергии в 2,3 раза, а тепловой энергии в 2,6 раза больше чем за рубежом. При переработке нефти на наших нефтеперерабатывающих заводах тратится энергии в 1,8 – 2,5 раза больше чем на аналогичных зарубежных заводах. Аналогичная ситуация наблюдается и в других секторах экономики, так энергоемкость сельхозпродукции в 3 – 4 раза выше, чем в развитых странах.

Все выше сказанное показывает, что мировой уровень технологий в сложившейся структуре энергопотребления позволяет в 1,5-2 раза снизить энергопотребление в энергоемких производствах.

ТЕМА 2. ВИДЫ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ РЕСУРСОВ

Энергетическим ресурсом называют любой источник энергии, естественный или искусственно активированный, в котором сосредоточена энергия, используемая человеком.

Энергоресурсы можно классифицировать по следующим признакам:

1. По источникам получения ресурсы бывают ─ первичные (природные) и вторичные.

Первичные энергетические ресурсыв свою очередь разделяются:

2.По способам использования на топливные и нетопливные;

3. по признаку сохранения запасов на возобновляемые и невозобновляемые.

К топливным ресурсам относятся горючие вещества, которые сжигаются для получения тепловой энергии, например, все природные запасы топлив (нефть, газ, уголь, торф и т. п.).

Топливно-энергетические ресурсы считаются основой современной хозяйственной деятельности в любой стране. Вместе с тем эта является основным загрязнителем В особенности сильное негативное воздействие на окружающую среду оказывает и угля открытым способом.

Энергетические ресурсы России считаются лидирующей в стране. Передовые технологии при добыче и переработке углеводородного сырья применялись на всех этапах развития этой отрасли. В современных условиях без них обойтись невозможно. Это связано с высоким уровнем конкуренции, из-за чего приходится все время искать и более эффективные формы самих производственных процессов, и методы их регулирования.

Энергетические ресурсы относятся к сложной межотраслевой системе производства и добычи сырья, его транспортировки, применения и распределения.

От развития этой отрасли зависят технико-экономические величины, масштабы, динамика общественного производства, промышленности в первую очередь. В соответствии с требованиями по территориальной организации рассматриваемой сферы, приближенное положение к источникам сырья является основным критерием, по которому осуществляется становление отрасли. Эффективные энергетические ресурсы считаются основой для образования различных производственных комплексов, определяя специализацию их на энергоемких производствах. Основные потребители находятся на европейских территориях России. При этом порядка восьмидесяти процентов геологических запасов расположено в восточных районах. Это обусловливает дальность транспортировки, что, в свою очередь, влияет на себестоимость продукции.

Энергетические ресурсы наделены существенной районообразующей функцией. Так, поблизости от их источников идет развитие мощной инфраструктуры, которая благотворно сказывается на промышленности, развитии поселков и городов. Вместе с тем порядка девяноста процентов выбросов парникового газа, треть вредных соединений, попадающих в воду, приходится именно на эту производственную отрасль.

Для энергетического комплекса характерна развитая представленная в форме магистральных трубопроводов. Они предназначены для транспортировки нефтепродуктов.

Энергетические ресурсы тесно связаны со многими сферами народного хозяйства. Их добыча, распределение осуществляется с использованием продукции металлургии, машиностроения. На развитие топливно-энергетического комплекса расходуется около тридцати процентов финансовых средств. Отрасли этой сферы хозяйствования дают, в свою очередь, около 30% промышленной продукции.

С связано напрямую и благосостояние граждан страны. Развитие этой отрасли позволяет справиться с такими проблемами, как безработица, инфляция. На сегодняшний день в России в ней задействовано более двухсот предприятий, на которых работает более двух миллионов человек.