Топливно-энергетические ресурсы

1. Топливно-энергетические ресурсы

1.1 Роль энергетики в развитии человеческого общества

1.2 Эффективность использования и потребления энергии в различных странах и в Республике Беларусь

1.3 Сущность энергосбережения. Основные понятия в энергосбережении

1.4 Восполняемые и невосполняемые энергетические ресурсы

1.5 Виды топлива, их характеристика и запасы в Беларуси

1.6 Условное топливо. Единицы измерения

1. 1 Роль энергетики в развитии человеческого общества

Рост цен на энергоресурсы делает экономически целесообразной задачу энергосбережения. На сегодняшний день в любой отечественный продукт заложено в 3-5-10 раз большеэнергозатрат, чем в аналогичный западноевропейский. Радикальным решением является использование нового технологического оборудования и процессов с меньшим потреблением электроэнергии.

Источником всей энергии на Земле является Солнце. В процессе фотосинтеза, являющегося основой жизни многих видов растений, живая природа потребляет лишь незначительную часть (около 40 ТВт) от общего количества исходящей от Солнца энергии (около 200000 ТВт). Большее количество солнечной энергии расходуется на согревание атмосферы Земли (50 %), освещение планеты (30 %) и на осуществление процессов кругооборота веществ на Земле (20 %). Использование энергии человечеством растет в геометрической прогрессии. В 1990 году оно составило около 12 ТВт, т. е. 30 % от ее общего количества, поглощаемого в процессе фотосинтеза. Энергия является основой жизни на Земле. Растения поглощают солнечную энергию в процессе фотосинтеза; животные потребляют эту энергию косвенным путем, поедая растения и других животных. Человек потребляет солнечную энергию различными путями, в том числе и с пищей. Еще в глубокой древности человек научился перерабатывать энергию Солнца путем сжигания биологической материи (например, древесины или навоза). И в настоящее время миллионы людей используют эти важные источники энергии для приготовления пищи или обогрева жилища - первых жизненных потребностей человека. Современные энергосистемы являются неотъемлемым компонентом инфраструктуры общества, в особенности промышленно развитых стран, которые расходуют примерно 4/5 энергоносителей и в которых живет лишь 1/4 населения планеты. На страны третьего мира, где живет 3/4 населения Земли, приходится около 1/5 мирового потребления энергии.

Учитывая, что энергия является важнейшим элементом устойчивого развития любого государства, каждое из них стремится разработать такие способы энергоснабжения, которые наилучшим образом обеспечивали бы развитие и повышение качества жизни людей, особенно в развивающихся странах, при одновременном сведении к минимуму воздействия человеческой деятельности на здоровье людей и окружающую среду. В последние 25 лет все развитые страны мира перестали наращивать потребление первичной энергии на душу населения, обеспечив достаточно высокий уровень жизни своих граждан.

Электроэнергетика является важнейшей отраслью экономики любой страны, поскольку ее продукция (электрическая энергия) относится к универсальному виду энергии. Ее легко можно передавать на значительные расстояния, делить на большое количество потребителей. Без электрической энергии невозможно осуществить многие технологические процессы, как невозможно представить нашу повседневную жизнь без отопления, освещения, охлаждения, транспорта, телевизора, холодильника, стиральной машины, пылесоса, утюга, использования современных средств связи (телефон, телеграф, телефакс, ЭВМ), которые также потребляют электроэнергию. Одной из специфических особенностей электроэнергетики является то, что ее продукция в отличие от других отраслей промышленности не может накапливаться в запас на складе для последующего потребления. В каждый момент времени ее производство должно соответствовать ее потреблению. На долю электроэнергетики в Республике Беларусь приходится примерно 15,8 % валовой продукции промышленности страны. Доля группы "А" в объеме потребительской продукции составляет около 75 %, группы "Б" -25 %•

Хотя электрическая энергия широко используется в разных отраслях народного хозяйства, основное ее количество (60,0 %) в республике потребляется в промышленности. Особенностью электроэнергетики в Беларуси является то, что практически 100 % всей производимой электроэнергии дают тепловые электростанции, которые работают на привозном топливе (мазут, природный газ). Более 50 % электроэнергии вырабатывается в Минской и Гомельской областях. Но самой мощной тепловой электростанцией в Республике Беларусь является ЛукомльскаяГРЭС мощностью 2,4 млн кВт (2,4 ГВт), расположенная в Витебской области. Около 1 ГВт имеет мощность Березовская ГРЭС, меньшую - Смолевичская и Василевичская ГРЭС. Часть электроэнергии вырабатывается на ТЭЦ, которые размещены в крупных городах (Минск, Витебск, Гомель и др.), а также на ТЭЦ при некоторых предприятиях Беларуси: сахарных заводах, объединении "Беларускалий", Добрушской бумажной фабрике. В энергосистему страны входит и патриарх отечественной энергетики -БелГРЭС, которая была воздвигнута в 1930 г. в рекордно-короткие сроки -за три года и пять месяцев. Это была в то время крупнейшая гидроэлектростанция союзного значения - одна из 30 по плану ГОЭЛРО. Она разместилась в недрах торфяных болот в двух десятках километров от Орши в городском поселке Ореховск Оршанского района. Всего в 1913 году на территории республики действовало 11 электростанций общей мощностью 5,3 тыс. кВт. Протяженность электролиний была в пределах 200 километров. Поскольку при передаче электроэнергии на большие расстояния наблюдаются значительные ее потери, для рынка этого вида продукции характерным является использование электроэнергии из местных и ближайших районов. Поэтому наибольшее количество импортируемой в Беларусь электроэнергии приходится на долю наших соседей - России (70 %, Смоленская АЭС) и Литвы (30 %, Игналинская АЭС). Всего в 2000 году Беларусь импортировала 7,2 млрд кВт • ч электроэнергии. Небольшую часть вырабатываемой электроэнергии (128 млн кВт • ч) Беларусь экспортировала в Польшу и на Украину. С вводом в эксплуатацию в 2001 г. новой подстанции, линии электропередачи в 110 киловольт и новой 15-километровой высоковольтной линии в Бяло-Подляском воеводстве (Польша) будет осуществлено транспортирование электроэнергии из Беларуси на Запад.

1.2 Эффективность использования и потребления энергии в различных странах и в Республике Беларусь

Бурно развивающаяся экономика стран планеты Земля в XX веке требовали все больше затрат топливно-энергетических ресурсов. Добыча нефти, угля, газа с каждым годом возрастала. Эти источники казались неистощимыми. Разразившийся в 1973-1974 гг. нефтяной кризис заставил многие страны задуматься над использованием альтернативных источников энергии и экономным использованием топливно-энергетических ресурсов, что и обусловило повышение многими странами уровня самообеспечения энергоресурсами. Однако энергетическая проблема остается актуальной и в настоящее время практически для всех стран Европы, поскольку степень обеспеченности собственными ресурсами составляет в отдельных странах Европы 40-50 %.

Остро она ощутима и в Республике Беларусь, способной обеспечить себя примерно на 16 % собственными топливными ресурсами, остальное количество их приходится завозить из-за рубежа и платить большие деньги. Удельный вес ввоза топливно-энергетических сырьевых и материально-технических ресурсов в валовом внутреннем продукте составляет более 43 %. Республика импортирует (в основном из России) весь потребляемый каменный уголь, более 90 % нефти, 100 % природного и четверть сжиженного газа.

Если сравнивать энергоемкость продукции наших предприятий, то она значительно выше, чем в индустриально развитых странах2. Так, например, при получении 1 т извести у нас тратится электроэнергии в 5,5 раза больше, чем на Западе, серной кислоты - в 2,7, железобетона - в 1,7 раза. На каждый доллар США произведенной в республике продукции расходуется 1,4 кг условного топлива, тогда как в странах ЕС - 0,81 кг. Правда, следует учитывать, что климат в нашей стране более холодный, что обусловливает и больший расход ТЭР на обогрев производственных зданий и жилищно-бытового сектора. На состоявшемся в 1997 году республиканском семинаре, посвященном проблеме энергосбережения, было отмечено, что энергоемкость валового внутреннего продукта в нашей стране составляет 165 тонн условного топлива на 1 млрд руб., что в 4-5 раз выше, чем в странах ЕС.

Очевидно, что отечественная промышленность по удельным расходам топлива и электроэнергии пока весьма далека от европейских стандартов. Не лучшее положение с энергоемкостью и в агропромышленном комплексе. Энергоемкость нашей сельхозпродукции в 3-5 раз выше, чем в развитых странах. Так, на 1 т говядины тратится 550 кВт ч электроэнергии, на одну тонну свинины - в 2,5 раза больше. Совокупный расход энергоресурсов в производстве 1 тонны зерна составляет 28-30 кг условного топлива.

Такие высокие удельные расходы топлива и электроэнергии явились следствием существовавшей в условиях командно-административной системы практики разработки самими производителями (предприятиями) или отраслевыми организациями норм расхода топлива, тепла, электроэнергии и сырья на выпуск той или иной продукции. Затем эти нормы утверждались отраслевыми министерствами. Каждая отраслевая организация стремилась любым путем обеспечить своему ведомству режим "наибольшего благоприятствования", т. е. разработать такие нормы, которые при любой, даже самой чрезвычайной ситуации, исключали бы перерасход этих ресурсов. Иными словами, нормы расхода устанавливали не по действительному расходу ресурсов на единицу продукции, а по верхнему допускаемому пределу. К тому же, 1 кВт ч для села стоил 1 коп. Доходило дело до того, что колхозам и совхозам доводили план потребления энергии. Такая "практика" несла, помимо экономических, значительные социальные издержки, поскольку этот заведомый перерасход закладывался в цены на продукцию, выпускаемую предприятиями. В результате в стоимость товаров включались потери, которые оплачивали мы, потребители. И хотя удельный вес топливно-энергетических затрат в себестоимости иных видов продукции не самый высокий (менее 20 % у ряда отраслей), но он составляет, в зависимости от отрасли, 5-50 % (например, в машиностроении -5-8 %)• И каждый новый виток цен на энергоносители делал и делает эти товары все более дорогими.

Нельзя сбрасывать со счетов и технологическое отставание нашего производства от производства Запада. До самого недавнего времени приоритет отдавался дальнейшему наращиванию мощностей, хотя для того, чтобы сэкономить какое-то количество энергоресурсов, требуется затратить в 2-3 раза меньше средств на действующих мощностях путём их модернизации (реконструкции) по сравнению с созданием новых. И, несмотря на все вышеизложенное, в результате осуществляемых с 1993 года мер по энергосбережению, начиная с 1995 года, в Республике Беларусь обеспечено повышение валового внутреннего продукта (ВВП) на 36 % практически без прироста ТЭР. Энергоемкость ВВП за этот период снизилась на 28,2 %.

Однако следует отметить, что, например, в 1996 году энергоемкость ВВП в нашей стране меньше на 17 %, чем на Украине, и на 42 % меньше, чем в России, но в два с лишним раза больше, чем в Германии, и на 24 % больше, чем в США. Это означает, что потенциал экономии топливно- энергетических ресурсов (ТЭР) в Беларуси огромен и составляет от 8 до 10 млн т топлива в условном исчислении или более чем 1/5 часть их общего потребления в год, а вообще он составляет примерно 40-45 % от потребленных ныне ТЭР.

О значении этого резерва можно судить по следующему факту: если бы в Республике Беларусь удалось "ввести" его в действие или хотя бы мы могли сравняться по удельным энергозатратам с развитыми странами, то, как минимум 10 лет, мы могли бы не наращивать мощности наших электростанций и котельных.

Оплата в год за энергоносители нашей страной достигает 1,8 млрд долларов, а на закупку хлеба для всего населения при условии, если бы у нас его не выращивали вовсе, понадобилось бы 700млн долларов. Специалисты подсчитали, что при разумной организации энергопотребления страной энергоносителей, ввозимых извне, можно снизить расходы на закупку их на 40 % и сэкономить 700-800 тыс. долларов. Поэтому энергосбережение является приоритетом государственной политики, важным направлением в деятельности всех без исключения субъектов хозяйствования и самым дешевым, но не бесплатным, источником энергии! По мнению специалистов, только в сельском хозяйстве возможно сэкономить до 50 % от затрачиваемой энергии, а в некоторых производствах строительной индустрии - и того больше. При этом во многих случаях мероприятия по внедрению энергосберегающих технологий не требует больших финансовых затрат, так как расходы на производство 1 т у. т. первичной энергии в 3-4 раза больше, чем на ее сбережение.

1.3 Сущность энергосбережения. Основные понятия в энергосбережении

Энергетика - это топливно-энергетический комплекс страны, охватывающий получение, передачу, преобразование и использование различных видов энергии и энергетических ресурсов. Она является точкой пересечения энергетической, экономической и социальной составляющих общественного развития и регулирующим фактором в эколого-экономическом пространстве. Причем состояние отрасли и отдельных предприятий отражает, с одной стороны, состояние окружающей среды, с другой - уровень экономического развития и качества человеческого мышления.

Со второй половины XX века, в условиях научно-технической революции, потребности человеческого общества в различных видах энергии, главным образом электрической, быстро возрастают. Для получения ее во все более возрастающих масштабах используются не только уголь, нефть, природный газ, ядерное горючее. В последнее время все большее распространение получают такие нетрадиционные виды получения энергии, как ветровые электростанции, гидроэлектростанции на малых реках (ГЭС), солнечная энергия, биогазовые установки и др.

Энергосистема представляет собой совокупность энергетических ресурсов всех видов, методов их получения (добычи), преобразования, распределения и использования, а также технических средств и организационных комплексов, обеспечивающих снабжение потребителей всеми видами энергии.

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

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

Вторичные энергетические ресурсы - энергия, получаемая в ходе любого технологического процесса в результате недоиспользования первичной энергии в виде побочного продукта основного производства и не применяемая в этом технологическом процессе. Например, пар, который получается в технологических процессах после теплообменников, может быть использован для обогрева помещений.

Эффективное использование ТЭР - использование всех видов энергии экономически оправданными, прогрессивными способами при существующем уровне развития техники и технологий и соблюдении законодательства.

Показатель эффективности - научно обоснованная абсолютная или удельная величина потребления ТЭР (с учетом их нормативных потерь) на производство единицы продукции (работы, услуг) любого назначения, установленная нормативными документами.

Нетрадиционные и возобновляемые источники энергии - источники электрической и тепловой энергии, использующие энергетические ресурсы рек, водохранилищ и промышленных водостоков, энергию ветра, Солнца, редуцируемого природного газа, биомассы (включая древесные отходы), сточных вод и твердых бытовых отходов.

Пользователи ТЭР - субъекты хозяйствования независимо от форм собственности, зарегистрированные на территории Республики Беларусь в качестве юридических лиц или индивидуальных предпринимателей, осуществляющих свою деятельность без образования юридического лица, а также другие лица, которые в соответствии с законодательством Республики Беларусь имеют право заключать хозяйственные договоры, и граждане, использующие ТЭР.

Производители ТЭР - субъекты хозяйствования, независимо от формы собственности, зарегистрированные на территории Республики Беларусь в качестве юридических лиц, для которых любой из видов ТЭР, используемых в республике, является товарной продукцией.

Интенсификация энергосбережения является одним из узловых вопросов развития экономики, и суть её заключается в использовании всего комплекса эффективных мероприятий, направленных на снижение удельных энергозатрат на производство продукции, повышение производительности труда.

Основные направления и мероприятия по экономии энергоресурсов:

-переход на энергосберегающие технологии производства, повышение Уровня организации производства, сокращение материалоемкости выпускаемой продукции;

-совершенствование структуры энергетического оборудования, демонтаж и реконструкция устаревшего оборудования;

- разработка и внедрение более эффективных энергопотребителей (электроприводов и другого энергопотребляющего оборудования), совершенствование управления их режимами;

-сокращение потерь и повышение использования вторичных топливно-энергетических ресурсов;

- применение комбинированных энерготехнологических процессов.

Перечисленные мероприятия немыслимы без соответствующих (в ряде случаев весьма значительных) капиталовложений. Учитывая трудности с инвестициями в народное хозяйство,необходимо прежде всего использовать меры, не связанные с большими капиталовложениями, т. е. в первую очередь необходимо снижать потери электро- и тепловой энергии.

1.4 Восполняемые и невосполняемые энергетические ресурсы

Энергетические ресурсы являются частью всей совокупности природных ресурсов и подразделяются на восполняемые и невосполняемые.

Восполняемыми, или возобновляемыми источниками энергии называются источники, потоки энергии которых постоянно существуют или периодически возникают в окружающей среде и не являются следствием целенаправленной деятельности человека.

К восполняемым энергоресурсам относят энергию: Солнца; мирового океана в виде энергии приливов и отливов, энергии волн; рек; ветра; морских течений; соленую; морских водорослей; вырабатываемую из биомассы; водостоков; твердых бытовых отходов; геотермальных источников. Недостатком возобновляемых источников энергии является низкая степень ее концентрации. Но это в значительной степени компенсируется широким распространением, относительно высокой экологической частотой и их практической неисчерпаемостью. Такие источники наиболее рационально использовать непосредственно вблизи потребителя без передачи энергии на расстояние. Энергетика, работающая на этих источниках, использует потоки энергии, уже существующие в окружающем пространстве, перераспределяет, но не нарушает их общий баланс.

Неиспользование потоков энергии возобновляемых источников приводит к ее безвозвратной потере, предопределяет несколько иной подход к оценке эффективности устройств, применяющих эти источники, по сравнению с устройствами, работающими на невозобновляемых ресурсах.

Учитывая истощенность энергетических ресурсов, роль использования возобновляемых источников энергии во многих странах с каждым годом -возрастает. Так, выработка электроэнергии на ветряных установках увеличивается в среднем в год на 24 %, от солнечных батарей -на 17, а на геотермальных станциях - на 4%. В Дании на ветроустановках вырабатывается 10 % всей производимой в стране электроэнергии, в германской земле Шлезвиг-Гольштейн - 14, в провинции Наварра (Испания) - 22 %.

Солнечная энергия преимущественно используется для горячего водоснабжения, сушки сельскохозяйственной продукции, опреснения вод, других технологических целей, а также преобразования ее в электрическую энергию. В дальнейшем на первое место должны выйти технологии по преобразованию солнечной энергии в электрическую и химическую энергию. Находит применение солнечная энергия также на наземных транспортных средствах, на водных просторах и в воздухе. В последнее время интерес к проблеме использования солнечной энергии резко возрастает, поскольку потенциальные возможности энергетики, основанной на использовании непосредственно солнечного излучения, чрезвычайно велики. При нынешнем состоянии науки и техники солнечная электростанция может быть рентабельна, если число солнечных часов за год составляет не менее 1900. Это подтверждает и опыт строительства и эксплуатации электростанции «Тесей» мощностью 50 МВт на побережье острова Крит, где Солнце светит 2200 часов в год. По ночам и в пасмурные дни на i станции подключается резервный паровой котел, работающий на мазуте. По данным метеорологов в Республике Беларусь 150 дней в году пасмурно, 185 дней - с переменной облачностью и 30 - ясных, а всего число часов солнечного сияния в Беларуси достигает 1200 часов на севере страны и 1300 - на юге.

Солнечная энергетика относится к наиболее материалоемким видам производства энергии. Крупномасштабное использование солнечной энергии влечет за собой гигантское увеличение потребности в материалах, а следовательно, и в трудовых ресурсах для добычи сырья, его обогащения, получения материалов, изготовления гелиостатов, другой аппаратуры, их перевозки. И, несмотря на это, Япония взялась осуществить грандиозный проект перекачки энергии Солнца на Землю. Министерство экономики и промышленности объявило, что начаты научные работы, связанные с запуском в космос гигантского спутника с двумя солнечными батареями, каждая из которых - по километру в ширину и по три - в длину. Беспрецедентный проект оценивается в два триллиона иен (примерно 18 миллиардов долларов). Фактически это будет первая в истории космическая электростанция мощностью в миллион киловатт - почти на 20 процентов больше, чем у Днепрогэса. Сам спутник, весом 20 тысяч тонн, будет представлять собой симметричную конструкцию из трех основных частей - двух солнечных батарей-пластин по бокам и антенны-тарелки в центре. Ее диаметр составит примерно километр. Она будет передавать собранную энергию наземной антенне. Площадь исполинского диска приемной антенны измеряется несколькими квадратными километрами, а раскинут он будет где-нибудь в океане или пустыне. Экологически безупречная суперэлектростанция будет вращаться на геостационарной орбите в 36 тысячах километров от планеты. Предполагается, что это произойдет не позднее 2040 г.

Энергия, заключенная в текущей воде, многие тысячелетия верно служит человеку. Запасы воды на земле колоссальны. Огромным аккумулятором энергии является мировой океан, поглощающий большую ее часть, поступающую от Солнца. В нем плещут волны, происходят приливы и отливы, возникают могучие океанские течения. На земле рождаются многочисленные реки, несущие огромные массы воды в моря и океаны. И люди раньше всего научились использовать энергию рек в качестве путей сообщения.

Когда наступил золотой век электричества, произошло возрождение водяного колеса в виде водяной турбины. Считают, что современная гидроэнергетика родилась в 1891 г.

В нашей стране гидроэлектростанции начали строить в 30-х годах прошлого века. Первенцем была Чигиринская ГРЭС на реке Друть в Могилевской области. В довоенные годы был построен ряд небольших гидроэлектростанций на малых реках. Большинство из них в годы войны были разрушены, а в первые послевоенные годы восстановлены и построены новые. К концу 1956 г. в нашей республики насчитывалось 162 ГЭС общей установленной мощностью 11854 кВт. Однако, начиная с 60-х годов, они начали закрываться, не выдержав конкуренции с большой энергетикой. В последние годы во многих странах мира, особенно в Японии, Англии, странах Скандинавии, возрастающий интерес проявляется к получению энергии от морских волн, в результате чего эксперименты переросли в стадию реализации проектов. Создано большое количество различных центров, поглощающих и преобразовывающих волновую энергию.

В результате воздействия сил притяжения Луны и Солнца происходят периодические колебания уровня моря и атмосферного давления, что приводит к образованию приливных волн, которые и используются для выработки электроэнергии на приливных электростанциях (ПЭС). Из современных приливных электростанций наиболее хорошо известны крупномасштабная электростанция Ране мощностью 240 МВт (Бретань, Франция), построенная в 1967 году на приливах высотой до 13 м, и небольшая, но принципиально важная опытная станция мощностью 400 кВт в Кислой Губе на побережье Баренцева моря (Россия). Блоки этой ПЭС буксировались на плаву в нужные места для включения ее в местные энергосети в часы максимальной нагрузки электроэнергии потребителями.

Неожиданной возможностью океанской энергетики оказалось выращивание с плотов в океане быстрорастущих гигантских водорослей, легко перерабатываемых в метан для энергетической замены природного газа.

Большое распространению получает использование биомассы для получения электроэнергии.

Большое внимание приобрела «океанотермическая энергоконверсия» (ОТЭК), то есть получение электроэнергии за счет разности температур между поверхностными и засасываемыми насосами глубинными океанскими водами, например, при использовании в замкнутом цикле турбины таких легко испаряющихся жидкостей, как пропан, фреон или аммоний.

Большие запасы энергии содержаться в местах впадения пресноводных рек в моря и соленые водоемы. При наличии перепадов солености возникает осмотическое давление, которое может быть использовано для производства энергии, например, с помощью мембранных установок и другими способами.

Остается заманчивой идея использования потока теплой воды Гольфстрима, несущего ее вблизи берегов Флориды со скоростью 5 миль в час.

Наконец, не следует забывать, что химическая формула воды НОН (Н2О) содержит газ - водород, который после извлечения из воды может использоваться в качестве горючего для самолетов, автомобилей, автобусов, как используется в настоящее время для этих целей сжиженный газ, газ метан. И опыт использования водорода в качестве топлива уже есть.

Ветровая энергия использовалась человеком с давних времен для приведения в движение лодок и судов, ветряных мельниц и водоподъемников. В настоящее время ветровые установки применяются более чем в 30 странах. Использование энергии ветра возможно только в тех местах, где средняя скорость ветра на протяжении года составляет в пределах 4 м/с, или 14,4 км/ч и более. Наиболее сильные и устойчивые ветры в Европе имеют место на морском побережье в Ирландии, Шотландии, в отдельных районах Дании, Голландии, Франции, Испании, на юго-западе Англии и в Уэльсе, а также на большей части морского побережья Северной и Южной Америки, северной части Азии и Южной Австралии, где и получает развитие производство электроэнергии с помощью ветра.

Геотермальные ресурсы представляют собой запасы термальных вод, к которым относятся подземные воды, естественных коллекторов геотермальной энергии - природных теплоносителей (воды, пара и пароводяных смесей). Для практического использования они подразделяются на несколько классов:

-низкопотенциальные (с температурой 20 ... 100 °С), используемые для теплотехнических нужд;

-среднепотенциалъные (с температурой 100 ... 150 °С), используемые для теплоснабжения;

-высокопотенциальные (более 150 °С), используемые для выработки электроэнергии.

Термальные воды с более высокой температурой (150 ... 350 °С) из-за технических трудностей обращения с ними пока не нашли своего применения.

Небольшая северная страна Исландия практически не имеет других источников энергии, кроме как энергию от тепла земли в виде знаменитых гейзеров-фонтанов горячей воды. Благодаря иммногочисленные исландские теплицы, обогреваемые подземными источниками, полностью обеспечивают страну помидорами, яблоками и даже бананами. Столица страны Рейкьявик, в которой проживает половина населения страны, отапливается только за счет подземных источников.

Но не только для отопления черпают люди энергию из глубин земли. Уже давно работают электростанции, использующие горячие подземные источники. Первая такая электростанция была построена в 1904 году в Италии. В настоящее время такие электростанции существуют в ряде стран (Новая Зеландия, США и др.).

В отличие от многих других источников возобновляемой энергии, тепловая энергия Земли доступна днем и ночью, зимой и летом. На нее не влияют капризы погоды, и это делает ее очень привлекательной для использования. Значительные запасы термальных вод имеются на Дальнем Востоке России. А в Грузии, например, запасы их составляют 220-250 млн м3/год. В 1999 г. они добывались в 23 месторождениях, общий тепловой потенциал составлял 120 тыс. Гкал в год, что эквивалентно 105 тыс. т у. т. в год.

В поисках альтернативных источников энергии во Франции рассматривается проект изготовления из опавших листьев, спрессованных в брикеты, вещества, которое по калорийности не уступает каменному углю, но экологически более чистое и, очевидно, более дешевое.

Основным сдерживающим фактором использования возобновляемых источников энергии в мире являются высокие первоначальные инвестиции в оборудование и инфраструктуру. Однако по мнению специалистов, благодаря рациональной энергетической политике уже через 50 лет доля биомассы в энергопроизводстве возрастет с 2 до 10 %, а доля солнечной энергии составит более 10 %. При этом производство энергии с использованием нефти сократится вдвое, а угля - почти втрое. Предполагается, что к 2100 году большую часть потребляемой энергии человечество будет получать именно из возобновляемых источников. Так, на долю биомассы будет приходиться более 20 % потребляемой энергии, Солнца - более 40, тогда как доля газа сократится до 10, нефти - до 8, угля - до 3-4 %4.

К невосполняемым энергетическим ресурсам относят: - каменный уголь, запасы которого в мире оцениваются в 10-12 трлн т; Т -нефть, запасы которой распределены крайне неравномерно на Земле: I на Ближнем и Среднем Востоке - 67, в Африке - 12,5, Юго-Восточной Азии I и Дальнем Востоке - 3, Северной Америке - 9, Центральной и Южной Америке - 5,5, Западной Европе - 3 %. По уровню добычи нефти Россия занимает 3-е место в мире, уступая только Саудовской Аравии и США. В 1999 г. ее добыто 305 млн т.

1.5 Виды топлива, их характеристика и запасы в Беларуси

Топливо подразделяют на следующие четыре группы:

-твердое;

- жидкое;

- газообразное;

- ядерное.

Самым первейшим видом твердого топлива были (а во многих местах остаются и в настоящее время) древесина и другие растения: солома, камыш, стебли кукурузы и т. п.

Первая промышленная революция, которая в XIX веке полностью преобразовала аграрные страны Европы, а затем и Америку, произошла в результате перехода от древесного топлива к ископаемому угольному. Потом пришла эра электричества. Открытие электричества оказало огромное влияние на жизнь человечества и обусловило зарождение и рост крупнейших городов мира.

Применение нефти (жидкий вид топлива) и природного газа в сочетании с развитием электроэнергетики, а затем и освоение энергии атома позволили промышленно развитым странам осуществить грандиозные преобразования, итогом которых стало формирование современного облика Земли.

Таким образом, к твердому виду топлива относят:

-древесину, другие продукты растительного происхождения;

-уголь (с его разновидностями: каменный, бурый);

-торф;

-горючие сланцы.

Ископаемые твердые топлива (за исключением сланцев) являются продуктом разложения органической массы растений. Самый молодой из них торф, представляющий собой плотную массу, образовавшуюся из перегнивших остатков болотных растений. Следующими по «возрасту» являются бурые угли - землистая или черная однородная масса, которая при длительном хранении на воздухе частично окисляется (выветривается) и рассыпается в порошок. Затем идут каменные угли, обладающие, как правило, повышенной прочностью и меньшей пористостью. Органическая масса наиболее старых из них - антрацитов претерпела наибольшие изменения и на 93 % состоит из углерода. Антрацит отличается высокой твердостью.

Горючие сланцы представляют собой полезное ископаемое, дающее при сухой перегонке значительное количество смолы, близкой по составу к нефти. Залежи горючих сланцев в Беларуси находятся на юге республики (Туровское месторождение в Гомельской области, Любанское - в Солигорском и Любанском районах Минской области), и открыты они в 1963г. Прогнозные запасы составляют 11 млрд т, в т. ч. промышленные на глубине 300 м - 3,6 млрд т, что соответствует 792 млн т у. т. Наиболее изученным является Туровское месторождение.

Жидкие виды топлива получают путем переработки нефти. Сырую нефть нагревают до 300 ... 370 °С, после чего полученные пары разгоняют на фракции, конденсирующиеся при различной температуре:

- сжиженный газ (выход около 1 %); -бензиновую (около 15 %, tK = 30 ... 180 °С); -керосиновую (около 17 %, tK = 120 ... 135 °С); - дизельную (около 18%, tK = 180 ... 350 °С).

Жидкий остаток с температурой начала кипения 330 ... 350 °С называется мазутом.

Газообразными видами топлива являются природный газ, добываемый как непосредственно, так и попутно с добычей нефти, называемый попутным. Основным компонентом природного газа является метан СН4 и в небольшом количестве азот N2, высшие углеводороды, двуокись углерода. Попутный газ содержит меньше метана, чем природный, но больше высших углеводородов, и поэтому выделяет при сгорании больше теплоты

В промышленности и, особенно в быту, находит широкое распространение сжиженный газ, получаемый при первичной переработке нефти. На металлургических заводах в качестве попутных продуктов получают коксовый и доменный газы. Они используются здесь же на заводах для отопления печей и технологических аппаратов. В районах расположения угольных шахт своеобразным «топливом» может служить метан, выделяющийся из пластов при их вентиляции. Газы, получаемые путем газификации (генераторные) или путем сухой перегонки (нагрев без доступа воздуха) твердых топлив, в большинстве стран практически вытеснены природным газом, однако в настоящее время снова возрождается интерес к их производству и использованию.

В последнее время все большее применение находит биогаз — продукт анаэробной ферментации (сбраживание) органических отходов (навоза, растительных остатков, мусора, сточных вод и т. д.).

Ядерным топливом является уран. Об эффективности использования его показывает работа первого в мире атомного ледокола «Ленин» водоизмещением 19 тыс. т, длиной 134 м, шириной 23,6 м, высотой 16,1 м, осадкой 10,5 м, со скоростью 18 узлов (около 30 км/ч). Он был создан для проводки караванов судов по Северному морскому пути, толщина льда по которому достигала 2 и более метров. В сутки он потреблял 260-310 граммов урана. Дизельному ледоколу дпя выполнения такого же объема работы, которую выполнял ледокол «Ленин», потребовалось бы 560 т дизтоплива.

Анализ оценки обеспеченности ТЭР показывает, что наиболее дефицитным видом топлива является нефть. Ее хватит по разным источникам на 25-40 лет. Затем, через 35-64 года, истощатся запасы горючего газа и урана. Лучше всего обстоит дело с углем, запасы которого в мире достаточно велики, и обеспеченность углем составит 218-330 лет.

В Республике Беларусь собственные топливно-энергетические ресурсы представлены: древесиной; нефтью; торфом; бурым углем; горючими сланцами. Общие запасы древесины в стране оцениваются примерно в 1093,2 млн м3, что составляет около 1% запасов древесины СНГ. Лесистость территории - 38 %3. Запас спелого древостоя составляет около 74,7 млн м3 На душу населения приходится 0,6 га леса и 93 м3 запасов древесины. Средний возраст древостоя - 40 лет, средний прирост - 3,7 м3 на 1 га; средний запас на 1 га в спелых лесах - 205 м3. Основная часть лесов (45 %) приходится на Гомельскую и Минскую области. Значение древесины в топливном балансе страны пока незначительно, поскольку начавшаяся в 1960 г. и продолжающаяся ныне повсеместная газификация вытеснила древесину как вид топлива, а работающие на отходах котельные деревообрабатывающих предприятии были переведены на газ. В последнее время в связи с возникшими проблемами в использовании дорогостоящего покупного топлива, и, в первую очередь, газа, на древесное топливо, особенно на отходы деревообработки переходит все больше субъектов хозяйствования.

Основной нефтегазоносной территорией Беларуси является Припятский прогиб. Известно 55 месторождений нефти, в т. ч. 53 - в Гомельской и 2 - в Могилевской областях. 33 месторождения разрабатываются, крупнейшее из которых - Речицкое эксплуатируется с 1965 года. С начала промышленной разработки нефти (1965 г.) в стране добыто 100 млн т. В настоящее время ежегодно добывается около 1,8 млн т нефти. РУП «Объединение «Беларуснефть» - единственное нефтедобывающее республиканское унитарное предприятие - имеет 508 эксплуатационных скважин на 63 месторождениях нефти. Бурением пройдено 18,531 млн м горных пород. Разведанные запасы нефти составляют около 80 млн т, газоконденсата - 0,44 млн т, попутного газа - 9734 млн м3. Годовая потребность Республики Беларусь в нефти составляв-16-18 млн т, а собственные ресурсы составляют всего лишь 9-10 %. Остальное количество нефтепродуктов в республику поставляет около 70 субъектов хозяйствования.

Наиболее распространенным видом местного топлива в Беларуси является торф. Торфяные отложения имеются практически во всех регионах. По запасам торфа (первичные запасы составляли 5,65 млрд т, оставшиеся гео логические оцениваются в 4,3 млрд т) Беларусь занимает второе место в СНГ, уступая только России. Разведано более 9000 месторождений торфа общей площадью в границах промышленной глубины 2,54млн га. В последнее время годовая добыча составляет 27-30 млн т. Наиболее богатые залежи его находятся в Брестской, Витебской, Могилевской областях, в которых геологический запас торфа составляет около 68% от общего запаса в стране. Основными месторождениями торфа являются Светлогорское, Василевичское, Лукское(Гомельская обл.), Березинское, Смолевичское (Мин екая обл.), Березовское (Гродненская обл.), Даблевский Мох и др. На базе этих месторождений были в свое время построены крупные электростанции: Василевичская, Смолевичская ГРЭС др. или крупные торфобрикетные заводы.

Месторождения бурого угля находятся, так же, как и нефть, в Припятском прогибе. Прогнозные ресурсы его на глубине 600 м оцениваются в 410 млн т, в т. ч. мощностью пласта от 0,7 м и более - 294 млн т.

В настоящее время наиболее изученными являются неогеновые угли (залегают на глубине 20-80 м) трех месторождений: Житковического, Бриневкого и Тонежского с общими запасами 152 млнт (37 млн т у. т.), промышленными - 121 млн т (29,5 млн т у. т.) На Житковичском месторождении подготовлены для промышленного освоения два месторождения с общими запасами 46,7 млн т (11,4 млн т у. т.), что позволяет проектировать строительство разреза мощностью в 2 млн т (488 т у. т.). В последние годы на юге Беларуси (Лельчицкий район) открыто относительно большое месторождение – Букчинское, которое в будущем может иметь промышленное значение.

Разведанные запасы угля пока не разрабатываются, поскольку уголь залегает на большой глубине, мощность его пластов небольшая.

Прогнозируемые объемы годовой добычи местных видов топлива составляют:

-нефть, млн т: 2000 г. (факт) - 1,84; 2005 г.- 1,55; 2010 г. - 1,29; 2015 г. -1,102;

- попутный газ, млн м3: 2005 г.-230; 2010 г.-210; 2015 г.- 180;

-торф, 1 млн. т у. т./год (на весь рассматриваемый период);

-дрова, предусматривается увеличение заготовок и использования с 1,3 млн. ту. т. в 2000 г. до 1,9-2,0 млн. ту. т. в 2015 г.

Имеющиеся запасы бурых углей в объеме 151,6 млн. т пригодны для использования после брикетирования с торфом, однако их добыча нецелесообразна, т. к. экологический ущерб превысит полученные результаты.

Нецелесообразна и добыча горючих сланцев в объеме имеющихся запасов 11 млрд. т, поскольку стоимость получаемых продуктов выше мировых цен на нефть.

1.6 Условное топливо. Единицы измерения

Для сравнения показателей топливопотребляющего оборудования и устройств, проведения экономических расчетов и планирования введено понятие так называемого условного топлива.

Условное топливо представляет собой единицу учета органического топлива, применяемую для сопоставления эффективности различных видов топлива и суммарного учета. Использование условного топлива особенно удобно для сопоставления экономичности различных теплоэнергетических установок.

В качестве единицы условного топлива применяется 1 кг топлива с теплотой сгорания 7000 ккал/кг (29,3 МДж/кг), что соответствует хорошему малозольному сухому углю.

Для сравнения укажем, что бурые угли имеют теплоту сгорания менее 24 МДж/кг, а антрациты и каменные угли - 23-27 МДж/кг. Соотношение между условным топливом и натуральным выражается формулой

,

где РУТ - масса эквивалентного количества условного топлива, кг;

РН - масса натурального топлива, кг (твердое и жидкое топливо) или м3 - газообразного;

Q - теплота сгорания данного натурального топлива, ккал/кг или ккал/м3.

Отношение Q/7000 называется калорийным коэффициентом, и его принимают для:

-нефти - 1,43;

- природного газа -1,15;

- торфа - 0,34-0,41 (в зависимости от влажности);

-торфобрикетов - 0,45 -0,6 (в зависимости от влажности);

-дизтоплива- 1,45;

-мазута- 1,37.

Теплотворная способность различных видов топлива, ккал/кг, составляет примерно:

нефть -10 000;

природный газ - 8 000 (ккал/ м3);

каменный уголь - 7 000;

дрова влажностью 10 % - 3 900;

40% - 2 400;

торф влажности 10% - 4 100;

40% - 2 500.