Энергетические ресурсы и их использование

ТЕМА: ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ РЕСУРСЫ

И ИХ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ

 

Ульянкин Петр Николаевич

 к.э.н., доцент

Кафедра экономики и предпринимательства КГТУ

 

 

e-mail: upn@cdo-kgtu.ru

тел: (4012) 44-19-10

 

Калининградский государственный технический университет

 

Институт экономики и менеджмента   Центр дистанционного образования по экономическим специальностям

• Энергетическими ресурсами называют выявленные природные запасы различных видов энергии, пригодные для использования в широких масштабах для народного хозяйства.

 

Общие положения

 

Основные виды  энергетических ресурсов

• уголь

• газ

• нефть

• торф

• сланцы

• гидроэнергия

• атомная энергия

• Количественная оценка энергетических ресурсов

 

Первичные невозобновляемые ресурсы мира
Вид ресурсов		Достоверно извлекаемые запасы 10 9 т.у.т	Потенциально извлекаемые запасы 10 9 т.у.т
Природные уран и торий	С использованием реакторов на: - тепловых нейтронах: - быстрых нейтронах:	1200 325000	1800 590000
Каменный уголь:		3000	11200
Природный газ:		500	740
Нефть:		400	630

 

Первичные возобновляемые энергоресурсы мира
Виды возобновляемых источников	Потенциальные мировые запасы 1012     кВт·ч
Энергия солнца	665000
Энергия океанов	350218
Энергия ветра	17360
Геотермальная энергия (глубина до 3 км)	25
Гидроэнергия	33

Развитие производства и потребление первичной энергии в мире

 

В настоящее время в качестве основных факторов, определяющих потребление энергии рассматриваются численность населения и производство, характеризуемое валовым национальным продуктом.

 

 

Статистические данные, отражающие рост энергопотребления по годам и связь его с численностью населения показывают, что средние годовые темпы роста потребления энергоресурсов и особенно производства электроэнергии значительно опережают темпы роста численности населения. Так, численность с 1950 по 1981 гг. возросла в 1,9 раза, а потребление энергетических ресурсов — больше, чем в 4,3 раза. По производству и потреблению электроэнергии на душу населения: в 1954 г. при численности населения 2,5 млрд.чел. оно составило 0,385 тыс. кВт • ч/чел, а в 1985 г. при населении 4,9 млрд.чел. — 1,9 тыс. кВт • ч/чел. Ожидается, что к 2000 г. удельное производство электроэнергии достигнет 4,5—5,0 тыс. кВт • ч/чел.

 

Увеличение мирового производства энергии происходит при понижении удельного веса органического топлива в его структуре с 92 % в 1980 г. до 78 % в 2000 г. Вместе с тем, в абсолютном значении использование органического топлива за тот же период, как ожидается, возрастет с 11,5 до 13,5 млрд. т.у.т, т.е. приблизительно на 20 %.

Прогнозы развития в будущем потребностей в первичной энергии достаточно сложны. Это обусловлено, с одной стороны, тем, что развитие определяющих факторов, таких как численность населения и объем национального валового продукта, устанавливаются с трудом. С другой — изменяются, в особенности при длительном рассмотрении, в связи между показателями и потреблением энергии.

 

Прогнозы мировой конференции по энергии 1989 г. исходили из того, что потребности энергии в мире в будущем значительно возрастут. При среднем росте 1,4 % в год население к 2020 г. увеличится до 7 млрд. чел. Мировая конференция по энергии разработала два сценария: сценарий «М» с умеренным и сценарий «L» с ограниченным экономическим развитием. Согласно сценарию «М», исходят из среднего темпа роста мирового социального продукта 2,8 % в год и потребностей энергии в мире 1,6 % в год, в то время как по сценарию «L» ежегодный рост социального продукта составит 1,8 % и потребление энергии 1,25 % в год.

 

 

• Ожидается, что покрытие потребностей в энергии будет происходить при следующем изменении  спроса на энергоресурсы к 2020 г.:

• 1

• доля угля повысится до 28—30 %

• доля минеральных масел в расходе первичной энергии уменьшится с 33 % до 26—28 %

• 3

• доля природного газа понизится с 18,1 до 17,4 %

• 4

• доля ядерной энергии в известной мере зависит от ее приемлемости в обществе

• 5

• доля атомной энергии определена в 7—8 %, что означает приблизительно удвоение ее доли по сравнению с 1985 г.

• 6

• доля гидроэнергии увеличится в будущем в особенности в странах третьего мира с 5,8 % (1985 г.) до 7,8 %

• 7

• доля прочих регенеративных энергоносителей сохранится

• 2

Прогнозы и ведущиеся исследования показывают, что наиболее важным видом энергоресурсов следует считать энергосбережение, которое, по данным экспертов, позволит снизить масштабы потребления в мире уже в 2020 г. не менее, чем на 20—25 %.

 

Эксперты подчеркивают, что реализация энергосбережения должна идти не за счет снижения употребления энергии, а за счет рационального ее использования.

 

Внедрение топливосберегающих технологий влечет за собой снижение расхода высококачественных видов топлива во многих энергоемких отраслях промышленности. Наравне с экономией первичной энергии в процессе ее трансформации в электрическую и тепловую, немаловажной задачей остается минимизация конечного энергопотребления, т.е. экономия энергии в промышленности, на транспорте и в бытовом секторе.

 

Эти вопросы актуальны для всех стран мира, поскольку главные цели и задачи энергосбережения — это, в конечном счете, экономия топлива, снижение его расходования.

Необходимость совершенствования структуры энергопотребления

 

Прогнозируемая на ближайшую перспективу структура потребления предполагает, что общие потребности в энергии будут в значительной мере (на 90 %) удовлетворяться за счет ресурсов традиционной энергетики. В более дальней перспективе появится энергия, получаемая в результате термоядерного синтеза, т.е. в принципе, энергии может хватить на долгие годы. Вместе с тем, существует другая опасность — рост производства энергии. Эта опасность связана с большими потерями энергии при ее производстве.

 

Технологические процессы преобразования всех применяемых в настоящее время видов органического топлива в потребляемую энергию позволяют полезно использовать 1/3 от подводимой, а 2/3 рассеиваются в окружающей среде в виде тепла. Это тепло — добавочная энергия к солнечной энергии, падающей на Землю, т.е., с возрастанием производства и потребления энергии идет процесс все возрастающего дополнительного подогрева поверхности Земли. Со временем это возрастание добавочной энергии может вызвать непредсказуемые изменения процессов, происходящих на Земле, пагубных для всего живого.

 

 

Кроме того, органическое топливо, запасы которого не беспредельны, являются первичным сырьем для ряда отраслей промышленности и при его исчерпании нужно будет искать ему замену. Использование в качестве альтернативы органическому топливу атомной энергии влечет за собой еще более сильное тепловое загрязнение, чем при сжигании топлива. Также, немаловажным обстоятельством являются трудности удовлетворения требований, предъявляемых к размещению атомных энергетических установок — вблизи мощных водных источников и в некотором удалении (30— 40 км) от крупных населенных пунктов.

 

Ожидаемые последствия существующего преобразования энергии заставляют искать и применять как новые источники энергии, свободные от недостатков, присущих топливным и атомным ресурсам, так и искать технологии, позволяющие использовать топливные и прочие энергоресурсы при значительно меньших потерях, исключающих дополнительный нагрев Земли.

 

Всеобщее стремление перейти в этих условиях к потреблению энергии, которая дополнительно не нагревала бы планету, вполне оправдано. К таким видам энергии относятся все возобновляемые источники энергии (кроме термоядерной), т.е. гидроэнергия, ветровая, океаническая (термальная, приливная и волновая), геотермальная (за счет естественных выходов) и солнечная (если при ее использовании она изымается из потока падающей на Землю солнечной радиации).

 

Обладая запасами, многократно превышающими все перспективные потребности человечества, возобновляемые источники теоретически способны удовлетворить все потребности в энергии и все требования, предъявляемые к энергетике будущего, В этом случае непременное условие —  равномерное распределение их по планете. Невыполнение этого условия приведет к нарушению сложившихся веками климатических условий, особенно густонаселенных регионов. Вместе с тем, нетрадиционные возобновляемые источники энергии пока что имеют сравнительно высокие удельные затраты на 1 кВт установленной мощности. Важно также и то обстоятельство, что все эти источники непостоянны во времени. Их отдача является функцией многих случайных факторов, в основном метеорологического характера. Это влечет за собой необходимость резервирования вырабатываемой ими энергии другими источниками и (или) аккумулирования энергии.

Одно из перспективных направлений использования органических ресурсов для получения энергии — непосредственное преобразование энергии энергоносителя в электроэнергию в электрохимических установках.

Устройства для прямого преобразования химической энергии заключенных в них реагентов в электрическую называют первичными гальваническими элементами. Реагенты (окислитель и восстановитель) входят непосредственно в состав гальванического элемента и расходуются в процессе его работы. После расхода реагентов элемент не может больше работать — это источник тока одноразового действия. Если окислитель и восстановитель хранятся вне элемента и в процессе работы подаются к электродам, которые не расходуются, то элемент может работать длительное время. Такие элементы называют топливными.

 

В топливных элементах химическая энергия восстановителя (топлива) и окислителя, непрерывно и раздельно подаваемых к электродам, непосредственно превращается в электрическую. Топливные элементы разделяют на низкотемпературные (работающие при температурах 25—100 °С) и высокотемпературные (работающие при температурах 500 °С и выше). В низкотемпературных используют жидкие и газообразные восстановители (водород, дидразин), а в качестве окислителя кислород и перексид водорода. Природные виды топлива (нефть, природный газ, уголь) могут окисляться только в высокотемпературных топливных элементах.

Обычно, для получения электрохимически активных веществ, их предварительно обрабатывают. Например, природный газ обрабатывают водяным паром в присутствии катализаторов (паровая конверсия). В результате конверсии метана получают газы, содержащие водород, который затем направляется в топливный элемент.

 

В таком элементе происходит превращение химической энергии реакции окисления водорода Н2 + 1/2 02 = Н20 в электрическую. Напряжение топливного элемента может достигать 1,5—2 В. Удельная энергия всех установок составляет до 0,8 кВт • ч/кг.

 

Чтобы увеличить напряжение и ток (мощность) элементы объединяют в батареи. Для обеспечения непрерывной работы батареи топливных элементов необходимы устройства, подводящие реагенты, отвода продуктов реакции и теплоты и др.

 

Установка, состоящая из батарей топливных элементов, систем хранения, обработки и подвода топлива и окислителя, отвода из элементов продуктов реакции, поддержания и регулирования температуры в элементах, а также преобразования тока и напряжения, получила название электрохимической установки.

Уже созданы электрохимические установки мощностью от десятков ватт до нескольких тысяч киловатт. Электрохимические установки имеют значительные преимущества по сравнению с тепловыми машинами:

обеспечивают прямое преобразование химической энергии в электрическую; имеют значительно более высокий КПД (60—70 %); меньше загрязняют окружающую среду.

 

В наибольшей мере разработаны кислородно-водородные энергоустановки, которые уже применяются на космических кораблях. Они обеспечивают космический корабль и космонавтов не только энергией, но и водой, являющейся продуктом реакции в топливном элементе. Построены первые элетрохимические электростанции мощностью до 5 МВт, работающие на природном топливе и используемые в настоящее время для выравнивания графика нагрузки в электросетях. Для крупномасштабного применения электрохимических энергоустановок необходимо снижение их стоимости и увеличение срока службы. В перспективе несомненно широкое использование, но это также энергия будущего.

 

Таким образом, названные традиционные возобновляемые и невозобнов-ляемые источники энергии при использовании существующих достижений науки и техники в перспективе не могут удовлетворить мировые потребности в энергии в связи с чем необходимы новые ее формы при дальнейшем внедрении энергосберегающих технологий, способствующих снижению потребности в энергии и сохранению состояния окружающей среды.

Количественная характеристика топливно –энергетических ресурсов России.

 

Российская Федерация — ведущая энергетическая держава мира, являющаяся одной из немногих стран способной полностью обеспечить свои внутренние потребности и необходимый экспорт как в настоящее время, так и на обозримую перспективу.