Раздел III. Энергетические ресурсы

	Ключевые понятия

• Возобнавляемые и невозобнавляемые источники энергии.

• Месторождения топлива.

• Характеристики топлива.

3.1. Возобнавляемые и невозобнавляемые источники энергии. Потребление, запасы отдельных видов энергии.

Естественные (природные) источники, из которых энергия черпается для приготовления ее в нужных видах для различных технологических процессов, называются энергетическими ресурсами.

Различают следующие виды основных энергетических ресурсов:

а) химическая энергия топлива;

б) атомная энергия;

в) водная энергия (то есть гидравлическая);

г) энергия излучения солнца;

д) энергия ветра.

Большое развитие во всем мире получают атомные электростанции (АЭС). На 1985 год в мире успешно работало около 280 АЭС, еще 230 АЭС находились на стадии строительства. Доля электроэнергии, производимой на АЭС, в восемнадцати странах мира превышает 20 %, в восьми – 40 % и в трех (Франция, Бельгия, Литва) – 50 %.

Гидравлические электростанции (ГЭС), используют энергию падения водных потоков. Гидроэнергетика играет важную роль в структуре производства электроэнергии в мире (18,8 %) и в большинстве регионов. К числу ведущих стран по выработке электроэнергии ГЭС относятся: Китай – 1260, Россия – 850, Бразилия – 806, Канада – 536 ТВт · ч. ГЭС по сравнению с ТЭС имеет преимущество – вода – материальный носитель энергии – не расходуется подобно органическому топливу, а возобновляется. Но дальнейшее развитие ГЭС ограничено, так как в ряде районов мира и у нас в России водные ресурсы почти полностью использованы. В то же время сохраняется интерес к некоторым уникальным гидроэнергетическим проектам, таким, как ГЭС «Три ущелья» в Китае, на р. Инга в Центральной Америке, на р. Амазонка и ее притоках в Бразилии. ГЭС «Три ущелья» в 2003 г. уже пустила первый агрегат. Другие уникальные гидроэнергетические проекты находятся в стадии обсуждения. В России и странах СНГ 16 крупных ГЭС мощностью 1000 МВт. и более, в том числе в России  Красноярская, Братская, Саяно – Шушенская, Усть – Илимская ГЭС; в США – 12 ГЭС.

Электроэнергия на базе нетрадиционных возобновляемых источников энергии (НВИЭ) до последнего времени производилась в ограниченных масштабах. Доля НВИЭ в структуре мирового производства на начало 1999 г. составляла 1,5 %. Основной причиной было отсутствие технических решений, имеющих достаточно высокую экономическую эффективность. В последние годы использование НВИЭ для производства электроэнергии получило развитие. Западноевропейские страны планируют увеличить производство электроэнергии на базе НВИЭ к 2010 г. в среднем более чем на 10 %, особенно за счет использования энергии ветра. В настоящее время суммарная установленная мощность работающих в мире ветроэнергетических установок (ВЭУ) составляет ~ 10 ГВт. Из введенных в 1998 г. 2,1 ГВт ВЭУ 75 % приходилось на западноевропейские страны (Германия, Дания, Великобритания, Нидерланды, Швеция, Испания).

Самая мощная ветровая энергетическая станция находится в Калифорнии. При скорости ветра 40 км/ч ее мощность достигает 3000 кВт. Самая большая ветряная турбина в мире работает в Северной Каролине близ города Буна. При ветре, дующем со скоростью 25 миль в час (≈ 40 км/ч), она вырабатывает 2000 кВт электрической энергии, это в 10 раз больше, чем вырабатываемая энергия самой крупной ветряной мельницы. Лопасти устройства имеют в диаметре 200 футов (61 м), а установлены они на башне высотой 140 футов (≈ 43 м). По данным института, спроектировавшего турбину, энергии ее достаточно для обеспечения 500 средних жилищ.

Такое же местное значение имеют электростанции, использующие энергию солнечного излучения – солнечные электростанции (Крымская СЭ = 5 МВт); приливов и отливов океанской воды – приливные электростанции (ПЭС) (Кислогубская ПЭС); гидроаккумулирующие электростанции (ГАЭС), которые потребляют электрическую энергию в периоды малых нагрузок (ночью) и производят ее в периоды максимальных нагрузок  в часы пик; геотермальные электростанции, которые потребляют энергию подземных термальных вод – (Гео ТЭС) (Паужетская Гео ТЭС = 2,5 МВт). Ежегодный прирост мощности на базе НВИЭ при условии ввода вновь проектируемых Гео ТЭС в первой декаде XXI века может превысить 10 ГВт.

Наибольшая часть электрической энергии, потребляемой в нашей стране, получается за счет сжигания топлив, добываемых из недр земли ­– уголь, газ, мазут (продукт переработки нефти). При их сжигании химическая энергия топлив превращается в тепловую.

Перспективные изменения условий развития электроэнергетики России приведут к изменениям технологической структуры генерирующих мощностей.

К 2050 г. можно ожидать существенного роста доли АЭС в структуре мощностей – от 10 до 19-21 %. Установленная мощность АЭС в 2050 г. может составить 75-95 млн. кВт при 21 млн. кВт в 2000 г. Суммарная мощность ГЭС вырастет примерно в полтора раза относительно современного уровня и составит ~ 62-63 млн. кВт, однако их доля сократится от 22 до 14-18 % к 2050 г. Возможно некоторое снижение доли ТЭЦ от 37 в 2000 г. до 32-34 % к 2050 г. при росте абсолютных значений мощностей от 76,1 до 115-145 млн. кВт в 2050 г. Доля конденсационных электростанций в структуре мощностей мало изменится и составит 28-32 % в 2050 г. при 31 % в настоящее время.

Не так давно на ТЭС относительно широко применяли мазут и природный газ. В настоящее время происходит перестройка топливно-энер­гетического баланса во всем мире и в нашей стране. Она обусловлена все возрастающей потребностью в жидком и газообразном топливе промышленности, транспорта и быта. Вследствие этого ограничивается потребление жидкого топлива на ТЭС. Основными видами органического топлива на ТЭС становятся твердое топливо (уголь) и газообразное топливо (природный газ).

Несколько десятилетий назад многие специалисты считали, что человечество стоит на пороге огромной катастрофы – угольного голода.

Как оцениваются ресурсы органического топлива нашей планеты в настоящее время?

Большинство ученых оценивают запасы органического топлива (угля, нефти, природного газа, горючих сланцев) огромной цифрой порядка 10¹³ т. у. т, , причем доля твердого топлива составляет 80 %.

Оказывается, что на практике не все это топливо может быть использовано. Существует так называемый коэффициент извлечения, представляющий собой отношение того количества топлива, которое в действительности может быть извлечено из данного его месторождения, ко всему запасу топлива данного месторождения. Величина коэффициента извлечения зависит от вида топлива, характера месторождения и средств добычи. Больше всего он для газа, меньше – для нефти. В среднем коэффициент извлечения можно оценить величиной 0,5. Отсюда следует, если запас органического топлива составляет 10¹³ т. у. т, то извлекаемый запас составит 5 × 10¹² т. у. т, т. е. 5 трлн. т.у.т.

Много это или мало?

В 1980 г. потребление всех энергетических ресурсов (угля, нефти, атомного сырья, гидроресурсов и некоторых других) всеми странами мира составляло примерно 10 млрд. т. у. т. Если бы потребление энергоресурсов оставалось неизменным и если бы мы приняли в расчет только органическое топливо, то запасов его хватило бы на .

Потребление энергетических ресурсов пока что с каждым годом увеличивается. Однако многие ученые полагают, что оно, достигнув к 2000 г. 13 ÷ 17 млрд. т. у. т в год, далее расти не будет и начнет снижаться.

Таким образом, если принять годовое потребление энергоресурсов неизменным, равным 20 млрд. т. у. т и по-прежнему учитывать только запасы органического топлива, то человечеству хватит органического топлива на .эта цифра скорее занижена, чем завышена.