Энергетические ресурсы

Энергетика определяет темпы научно-технического прогресса, интенсификацию производства, повышение его технического уровня и улучшение условий труда.

На протяжении своего развития энергетика эволюционировала в зависимости от видов использования энергоресурсов.

Под энергетическими ресурсами (другое часто используемое название – источники энергии) понимаются материальные объекты, часть энергии которых может быть использована человеком для получения необходимых ему энергетических эффектов – для получения механической и электрической энергии, а также теплоты. Все энергетические ресурсы можно разделить на два основных вида: возобновляемые, которые природа непрерывно восстанавливает (энергия рек, морей, солнца, ветра и геотермальных вод), и невозобновляемые, ранее накопленные в природе (органическое топливо, урановая руда). В свою очередь невозобновляемые ресурсы представляют два типа – традиционные и нетрадиционные. К первому типу относятся жидкие и газообразные углеводороды, угли и высококачественные урановые руды.

К нетрадиционным природным источникам энергии относятся те, освоение которых перспективно в XXI или следующем веке: тяжелые высоковязкие нефти, природные битумы, природный газ угольных месторождений, низкокалорийные высокозольные угли, торфы, рассеянные урановые бедные руды и т. д.

Одной из ключевых глобальных проблем является ресурсное обеспечение энергетического сектора современной экономики.

Основными источниками энергии на Земле являются:

– солнечное излучение, попадающее на Землю;

– движение и притяжение Солнца, а также химические реакции и радиоактивный распад;

– внешняя энергия некоторых тел на Земле (потоки воды и воздуха), обладающие запасом механической энергии;

– вещества, носители высококонцентрированной внутренней энергии, которая может освобождаться в химических и ядерных реакциях. Эти вещества носят название топлива (органического и ядерного).

Примерные запасы различных источников энергии на Земле таковы:

1) ядерная энергия (деления) 1970∙10²¹ Дж;

2) хмическая энергия горючих веществ 198∙10²¹ Дж;

3) внутреннее тепло Земли 0,482∙10²¹ Дж;

4) энергия приливов 252∙10²¹ Дж;

5) энергия ветра 6,12∙10²¹ Дж;

6) энергия рек 0,065∙10²¹ Дж.

Принято считать, что в настоящее время человечество потребляет на промышленные, транспортные, бытовые и другие нужды от 10²⁰ до 10²² джоулей в год. Нужно при этом учитывать, что население земного шара продолжает увеличиваться, в 2000 году оно составило более 6,5 млрд. человек, а к концу ХХІ столетия может достигнуть 20 млрд. человек, и потребление энергии будет сопровождать этот рост.

Согласно прогнозам (рис. 1.3.1), в 2020 году энергопотребление на земном шаре составит 22 млрд. т у. т (1 т. у. т. = 7·10⁶ ккал).

Рис. 1.3.1. Прогноз потребления энергии на земном шаре

В настоящее время для энергетических целей используется в основном органическое топливо. За время своего существования до 2000 г. человечество израсходовало (16…18) Q (Q = 3,6∙10¹⁰) т у. т. Половина использованной энергии приходится на последнюю четверть века.

Потребление первичных энергоресурсов на Земле к началу ХХІ века превысило 15 млрд. т у. т. При этом с 1975 по 2005 гг. оно превысило объем их использования за весь предшествующий период развития человеческой цивилизации.

В суммарном энергопотреблении к началу ХХІ века в мире доля нефти составляла 40 %, углей – 27 %, газа – 23 %, атомной электроэнергии – 7 %, гидроэнергии, солнечной и ветровой – 3 %.

В балансе энергоисточников России ведущую роль играл природный газ – 52 %, нефть – 23 %, а уголь лишь 19 %. На атомную энергетику приходилось 4 %, а доля гидроресурсов, ветровой и солнечной энергии в сумме составляла лишь 3 %.

Основными потребителями энергоресурсов (более 40 %) являются США, Китай, Россия. США при 5 % мирового населения потребляют 50 % мировых энергоресурсов.

За прошедшие 100 лет количество основных источников энергии возросло с двух до шести. В настоящее время к ним относятся: уголь, горючие сланцы, торф, дрова; нефть и нефтепродукты; газ; гидроэнергия; атомная энергия; биомасса, ветровая, геотермальная и др. виды энергии.

Для всех этих видов энергоносителей характерен рост их производства в физических объемах, хотя в балансе они играют разную роль.

Один из прогнозов изменения доли основных видов энергосырья заключается в увеличении доли углей, сокращении традиционных источников нефти. С 2050 г. существенно возрастёт потребление нетрадиционных, альтернативных источников энергии, доля которых к 2020 г. достигнет 50 %.

Наиболее быстро использование энергии будет расти в развивающихся странах, в том числе в Китае на 3,5 %, в Индии на 3,2 % в год.

В глобальной структуре потребления энергии к 2025 г. предполагается увеличение доли газа до 28,4 % при значительном сокращении доли атомной энергии до 4,5 %. Сокращение темпов производства энергии на АЭС вызвано серьезными проблемами в обращении с отработавшим ядерным топливом и высокоактивными отходами. Дальнейший рост использования атомной энергии намечается в 2040–2050-е годы и связывается с ее переводом на реакторы на быстрых нейтронах с замкнутым топливным циклом. Роль других энергоносителей в мировом топливно-энергетическом балансе до 2025 г. принципиально не изменится.

Основные проблемы обеспечения энергоресурсами России заключаются в следующем. Главная проблема состоит в резком отставании геологоразведочных работ, направленных на восполнение запасов энергетического сырья. Начиная с 1993 г. детальная разведка новых запасов нефти и газа не восполняла их добычу. С этой проблемой в свою очередь связано резкое сокращение научно-исследовательских, геофизических и геохимических работ.

Не удовлетворяет современным требованиям и технологический прогресс работ по добыче углеводородов в нашей стране.

Значительно снизился коэффициент нефтеотдачи пласта (с 0,51 в 1960 г. до 0,35 в 2001 г.) при росте безвозвратных потерь разведанных запасов нефти в недрах при ее добыче.

Проблема увеличения нефтеотдачи успешно решалась в 1986–1990 гг. за счет применения комплекса тепловых, газовых и физико-химических методов воздействия на пласт и приводила к росту добычи нефти с 5,5 до 12 млн. т в год. Вывод однозначен – эти работы должны быть продолжены.

Значительные потери ресурсов связаны с низкой глубиной переработки нефти. В России она не превышает 70 %, в развитых странах достигает 85–90 %.

Для России характерна расточительная структура использования энергоресурсов, где половина их приходится на природный газ.

Крайне недостаточными являются темпы увеличения потребления углей и развития атомной энергетики. В этом смысле показательна динамика изменения баланса используемых энергоисточников Японией и Францией. Япония с 1980 г. по 2000 г. уменьшила долю потребления углеводородов с 60 до 40 %, вдвое увеличив долю потребления углей и ядерного топлива. В энергетическом балансе Франции суммарная доля углеводородов и каменных углей в настоящее время составляет 8 % (против 19 % в 1980 г.). На ядерное топливо приходится 78 % и 13 % – на гидроэнергию. Франция является единственной страной, успешно решившей экологическую проблему в энергетике, сделавшей значительный шаг в ее ресурсообеспечении.

Успехи в рациональном, эффективном освоении и использовании топливно-энергетических ресурсов в значительной мере определяются инновационной деятельностью в той или иной стране. Об этом свидетельствует опыт лучших нефтедобывающих фирм, освоивших за последние 25 лет несколько поколений новых технологий, и коренная модернизация заводов по переработке углеводородного сырья.

Основные энергоносители – нефть и газ – будут израсходованы в ближайшие десятилетия. Под разными предлогами их остатки пытаются присвоить себе развитые страны, которые израсходовали свои энергоресурсы и поэтому попали в энергетическую зависимость от стран третьего мира, не относящихся к так называемому “золотому миллиарду”. Сегодня вся энергетика этих стран практически обеспечивается импортными нефтью и газом. Запасы урановой руды, пригодной для обработки и использования в атомных реакторах, тоже могут быть исчерпаны в недалеком будущем, после нефти и газа.

В связи с этим актуальной проблемой является изыскание таких источников энергии, которые принципиально неисчерпаемы и не вносят дестабилизирующих факторов в окружающую среду. Другой актуальной проблемой является разработка и создание установок, способных преобразовывать энергию, содержащуюся в окружающей среде, включая космос, в такие виды, которые были бы пригодны для использования человечеством. Такие попытки уже известны: это энергия потоков воды, воздуха, солнечная энергия, энергия воды, приливов и отливов океана, внутреннего тепла Земли и др.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском: