Энергетика, энергосбережение, топливно-энергетические ресурсы

Роль энергетики в жизни и развитии общества и уровне его цивилизации. Возобновляемые и невозобновляемые энергетические ресурсы. Сущность и причины мирового энергетического кризиса. Ресурсы органического топлива. Мировое потребление твердого топлива.

Рубрика Физика и энергетика
Вид реферат
Язык русский
Дата добавления 21.02.2011
Размер файла 680,5 K

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru/

ЭНЕРГЕТИКА, ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЕ. ТОПЛИВНО-ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ РЕСУРСЫ

Энергетика, энергосбережение, энергетические ресурсы: основные понятия и определения

В статье 1 Закона Республики Беларусь «Об энергосбережении» даны определения следующих основных понятий:

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.

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

Вторичные энергетические ресурсы (ВЭР) - энергия, получаемая в ходе любого технологического процесса в результате недоиспользования первичной энергии или в виде побочного продукта основного производства и не применяемого в этом технологическом процессе.

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

Рациональное использование топливно-энергетических ресурсов - достижение максимальной эффективности использования топливно-энергетических ресурсов при существующем уровне развития техники и технологий и соблюдении законодательства.

Показатель энергоэффективности - научнообоснованная абсолютная или удельная величина потребления топливно-энергетических ресурсов (с учетом их нормативных потерь) 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 топливно-энергетических ресурсов - субъекты хозяйствования независимо от форм собственности, зарегистрированные на территории Республики Беларусь в качестве юридических лиц или предпринимателей без образования юридического лица, а также другие лица, которые в соответствии с законодательством Республики Беларусь имеют право заключать хозяйственные договоры, и граждане, использующие топливно-энергетические ресурсы.

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

Под энергетикой или энергетической системой, следует понимать совокупность больших естественных (природных) и искусственных (созданных человеком) систем, предназначенных для получения, преобразования, распределения и использования в народном хозяйстве энергетических ресурсов всех видов.

На рис. 1.1 показана такая совокупность систем, их прямые (сплошные линии) и обратные (штриховые линии) связи. При этом энергетика рассматривается как большая система, включающая в себя на правах подсистем части других больших систем.

Вторая трактовка энергосистемы, принятая среди энергетиков, следующая: энергетическая система - это совокупность взаимосвязанных электрических станций, подстанций, линий электропередачи, электрических и тепловых сетей, центров потребления электрической энергии и теплоты.

В составе энергетической системы, обеспечивающей потребности всей экономики в электрической и тепловой энергии, функционируют следующие большие системы:

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

· система нефте- и газоснабжения;

· система угольной промышленности;

· ядерная энергетика;

· нетрадиционная энергетика.

Производство электроэнергии обеспечивают электрические станции, преобразование - трансформаторы, транспорт и распределение электрической энергии - линии электропередачи, потребление - различные приемники.

Рис. 1.1. Структурная схема энергетики и связей ее с другими подсистемами.

Роль энергетики в жизни и развитии общества и уровне его цивилизации

На протяжении всего своего существования человечество использовало энергию, накопленную природой в течение миллиардов лет. При этом способы ее использования постоянно совершенствовались с целью получения максимальной эффективности. Энергия всегда играла особую роль в жизни человечества. Все виды его деятельности связаны с затратами энергии. Так, в самом начале своего эволюционного развития человеку была доступна только энергия мышц его тела. Позднее человек научился получать и использовать энергию огня. Очередной виток эволюционного развития человеческого общества принес возможность использовать энергию воды и ветра - появились первые водяные и ветряные мельницы, водяные колеса, парусные суда, использующие силу ветра для своего перемещения. В XVIII веке была изобретена паровая машина, в которой тепловая энергия, полученная в результате сжигания угля или древесины, превращалась в энергию механического движения. В XIX веке была открыта вольтовая дуга, электрическое освещение, изобретен электродвигатель, а затем и электрогенератор, - что и явилось началом века электричества. XX век явил собой подлинную революцию в освоении человечеством способов получения и использования энергии: строятся тепловые, гидравлические, атомные электростанции огромной мощности, сооружаются линии передачи электрической энергии высокого, сверх- и ультравысокого напряжения, разрабатываются новые способы производства, преобразования и передачи электроэнергии (управляемая термоядерная реакция, магнитогидродинамический генератор, сверхпроводниковые турбогенераторы и т.д.), создаются мощные энергосистемы. В это же время появляются мощные системы нефте- и газоснабжения.

Таким образом, окружающий нас мир обладает поистине неиссякаемым источником различных видов энергии. Некоторые из них еще в полной мере не используются и в нынешнее время - энергия Солнца, энергия взаимодействия Земли и Луны, энергия термоядерного синтеза, энергия тепла Земли.

Сейчас энергия играет решающую роль в развитии человеческой цивилизации. Существует тесная взаимосвязь между расходом энергии и объемом выпускаемой продукции.

Энергетика имеет большое значение в жизни человечества. Уровень ее развития отражает уровень развития производительных сил общества, возможности научно-технического прогресса и уровень жизни населения.

К сожалению, большинство энергии, потребляемой человеком, превращается в бесполезное тепло из-за низкой эффективности использования имеющихся энергетических ресурсов.

Ориентировочное распределение потребляемой энергии за год в мире приведено в табл. 1.1. Величина энергии дается в количестве угля в мегатоннах (Мт), который при сгорании дал бы ту же энергию, при этом хотелось бы еще раз подчеркнуть приблизительность приведенных данных.

В то же время на питание людей ежегодно идет около 400 Мт, из которых около 40 Мт превращается в полезный труд.

На бытовые нужды расходуется около 800 Мт, на общественное производство - 1000 Мт.

Таким образом, из годового потребления, составляющего 7500 Мт, полезно используется 2200 Мт, остальное растрачивается в виде теплоты. Но даже эффективностью 2200/7500 Мт человечество не может похвастаться, так как не учтено падающее на Землю солнечное излучение, составляющее 10000000 Мт в год.

Таблица 1.1

Годовое потребление энергии в мире

Форма энергии

Количество, Мт

Источник

Питание людей и корм рабочего скота

650

Солнечный свет (в настоящем)

Дрова

150

Солнечный свет (в прошлом)

Гидроэлектростанции

100

Движение воды

Уголь, нефть, газ, торф

6 600

Солнечный свет (в прошлом)

Энергия сыграла решающую роль в развитии цивилизации. Потребление энергии и накопление информации имеет примерно одинаковый характер изменения во времени, тесна связь между расходом энергии и объемом выпускаемой продукции.

Рост потребления энергии поразительно высок. Но именно благодаря ему человек значительную часть своей жизни может посвятить досугу, образованию, созидательной деятельности, добился теперешней высокой продолжительности жизни.

Мы считаем энергию чем-то нужным, способным работать на нас. Снабжение общества энергией необходимо для: обогрева помещений, обеспечения передвижения, выпуска необходимых нам товаров, поддержания работоспособности различных машин, механизмов, приборов, приготовления пищи, освещения, поддержания жизнедеятельности и т.д.

Эти примеры применения энергии можно разделить на три большие группы:

а) энергия питания. Она дороже других видов энергии: пшеница в перерасчете на Джоули гораздо дороже, чем уголь. Питание дает тепло для поддержания температуры тела, энергию для его движения, для осуществления умственного и физического труда;

б) энергия в виде тепла для обогрева домов и приготовления пищи. Она дает возможность жить в различных климатических условиях и разнообразить пищевой рацион человека;

в) энергия для обеспечения функционирования общественного производства. Это энергия для производства товаров и услуг, физического перемещения людей и грузов в пространстве, для поддержания работоспособности всех систем коммуникаций. Затраты этой энергии на душу населения значительно выше, чем затраты энергии на питание.

Топливно-энергетические ресурсы

Возобновляемые и невозобновляемые энергетические ресурсы

Почти вся энергия поступает на поверхность Земли от Солнца, за исключением небольшого количества теплоты за счет радиоактивности земной коры, наличия раскаленного земного ядра, а также гравитационной энергии взаимодействия Земли с Луной и Солнцем. Но надо отметить, что основным энергетическим источником жизни на Земле является Солнце.

Под действием солнечных лучей хлорофилл растений разлагает углекислоту, поглощаемую из воздуха, на кислород и углерод. Последний накапливается в растениях. Уголь, газ, торф и т.д. - это запасы лучистой энергии Солнца. Энергия воды, ветра - также, в конечном счете, результаты солнечной активности: ветры возникают при неодинаковом нагревании Земли Солнцем, а вода, отдающая потенциальную энергию при падении, получает ее при испарении озер и океанов под действием солнечного света и ветра.

Растительная и животная жизнь образует цикл, который начинается с солнечного света, воды и углекислого газа и заканчивается водой, углекислым газом, теплом и механической энергией животных и человека. Все машины, работающие на нефтепродуктах, угле, ветре, движущейся воде, все животные и человек, потребляющие пищу, в конечном счете, получают свое «топливо» от Солнца.

Энергетические ресурсы - это материальные объекты, в которых сосредоточена энергия, пригодная для практического использования человеком.

Энергетическим ресурсом называют любой источник энергии, естественный или искусственно активированный. Энергетические ресурсы - носители энергии, которые используются в настоящее время или могут быть полезно использованы в перспективе.

Одна из классификаций природных ресурсов - классификация по признаку исчерпаемости, в соответствии с которой энергетические ресурсы разделяют на исчерпаемые и неисчерпаемые (Рис.1.2). В свою очередь, исчерпаемые можно разделить на возобновляемые и невозобновляемые. К возобновляемым относят ресурсы, восстанавливаемые природой (земля, растения, животные и т.д.), к невозобновляемым - ресурсы, ранее накопленные в природе, но в новых геологических условиях практически не образующиеся (нефть, уголь и другие запасы недр). К неисчерпаемым относятся космические, климатические, водные ресурсы.

Из всех видов энергоресурсов энергия Солнца имеет особое значение. Все виды энергоресурсов есть результат естественных преобразований солнечной энергии. Уголь, нефть, природный газ, торф, горючие сланцы и дрова - это запасы лучистой энергии Солнца, извлеченные и преобразованные растениями. В процессе реакции фотосинтеза из неорганических элементов окружающей среды - воды Н2О и углекислого газа СО2 - под воздействием солнечного света в растениях образуется органическое вещество, основным элементом которого является углерод С. В определенную геологическую эпоху на протяжении миллионов лет из отмерших растений под воздействием давления и температурного режима, которые, в свою очередь, являются результатом конкретного количества энергии Солнца, падающего на Землю, и образовались органические энергетические ресурсы, основу которых составляет углерод, ранее накопленный в растениях. Энергия воды также получается за счет солнечной энергии, испаряющей воду и поднимающей пар в высокие слои атмосферы. Ветер возникает за счет различной температуры нагревания Солнцем разных точек нашей планеты. Кроме того, непосредственно излучение Солнца, приходящееся на поверхность Земли, обладает огромным потенциалом энергии.

Рис. 1.2. Классификация природных ресурсов.

Как уже было сказано выше, образование органического топлива является результатом, с одной стороны, естественных преобразований солнечной энергии, а с другой, - результатом теплового, механического и биологического воздействия в течение многих столетий на останки растительного и животного мира, откладывавшиеся во всех геологических формациях. Все это топливо имеют углеродную основу, и энергия высвобождается из него, главным образом, в процессе образования диоксида углерода (СО2).

На рис. 1.3 представлен поток энергии и продуктов сгорания органического топлива при получении полезной энергии.

В современном природопользовании энергетические ресурсы классифицируют на три группы - участвующие в постоянном обороте и потоке энергии (солнечная, космическая энергия и т.д.), депонированные энергетические ресурсы (нефть, газ и т.д.) и искусственно активированные источники энергии (атомная и термоядерная энергии).

В экономике природопользования различают валовой, технический и экономический энергетические ресурсы.

Валовой (теоретический) ресурс представляет суммарную энергию, заключенную в данном виде энергоресурса.

Технический ресурс - это энергия, которая может быть получена из данного вида энергоресурса при существующем развитии науки и техники. Он составляет от доли процента до десятка процентов от валового, но постоянно увеличивается по мере усовершенствования энергетического оборудования и освоения новых технологий.

Экономический ресурс - энергия, получение которой из данного вида ресурса экономически выгодно при существующем соотношении цен на оборудование, материалы и рабочую силу. Он составляет некоторую долю от технического и тоже увеличивается по мере развития энергетики.

Энергетические ресурсы принято характеризовать числом лет, в течение которых данного ресурса хватит для производства энергии на современном качественном уровне. Из доклада комиссии Мирового энергетического совета (1994 г.) при современном уровне потребления запасов угля хватит на 250 лет, газа - на 60 лет, нефти - на 40 лет. При этом по данным Международного института прикладного системного анализа, мировой спрос на энергоносители вырастет с 9,2 млрд. т в пересчете на нефть (конец 1990-х гг.) до 14,2-24,8 млрд. т в 2050 году.

Доля различных видов энергетических ресурсов в общемировой выработке первичной энергии на начало 90-х годов представлена на рис. 1.4.

Мировые запасы энергетических ресурсов по состоянию на конец XX века представлены в табл. 1.3.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис. 1.4. Доля различных видов энергетических ресурсов в общемировой выработке первичной энергии (1998 г.),%

Вторичные энергоресурсы, источники поступления, пути использования

Любой технологический процесс требует определенного расхода топлива, электрической и тепловой энергии; в результате химических реакций, механических воздействий горючие газы, теплоносители, газы и жидкости с избыточным давлением выделяют тепло. Эти энергетические ресурсы, как правило, используются не в полном объеме или не используются вовсе. Неиспользуемые в данном технологическом процессе или установке энергетические отходы получили название вторичных энергетических ресурсов (ВЭР).

Долгое время использованию вторичных энергоресурсов не уделялось достаточного внимания, не была в полной мере раскрыта их сущность, отсутствовали методики расчетов ВЭР.

Вторичными энергетическими ресурсами являются энергетический потенциал продукции, отходов, побочных и промежуточных продуктов, образующихся в технологических агрегатах (установках), которые не могут быть использованы в самом агрегате, но могут частично или полностью использоваться для энергоснабжения других потребителей.

Термин «энергетический потенциал» означает наличие определенного запаса энергии в виде химически связанного тепла, физического тепла, потенциальной энергии избыточного давления и напора, кинетической энергии и др.

Таблица 1.3

Мировые запасы энергетических ресурсов, млрд. т условного топлива

Источники энергии

Энергетические ресурсы

теоретические

технические

I. Невозобновляемые

1. Энергия горючих ископаемых:

- уголь

17900

637

- нефть

1290

179

- газ

398

89,6

2. Атомная энергия

67 200

1340

II. Возобновляемые

1. Энергия Солнца:

- на верхней границе атмосферы

197 000

- на поверхности Земли

81 700

6140

- по поверхности суши

28400

2460

- на поверхности Мирового океана

53 300

3690

2. Энергия ветра

21 300

22

3. Глубинное тепло Земли (до 10 км):

- геотермальный тепловой поток, достигающий поверхности Земли

3,69

0,35

- гидротермальные ресурсы

1350

147

- метрогеотермальные ресурсы

36900

3070

4. Энергия Мирового океана:

- градиента солености

43 000

430

- тепловая (температурная градиента)

12,3

0,61

- течений

8,6

0,12

-приливов

3,2

0,86

- прибоя

1

0,02

- морских ветровых волн

2,7

0,1

5. Горючие энергоресурсы (биомасса):

- на суше

44,2

4,9

- в Мировом океане

23,3

1,84

- органические отходы

2,5

1,23

6. Гидроэнергия

крупных водопотоков

4,1

1,84

Химически связанное тепло продуктов топливоперераба-тывающих установок (нефтеперерабатывающих, газогенератор-ных, коксовальных, углеобогатительных и др.), а также тепловая энергия отходов, которая используется для подогрева потоков, поступающих в агрегат-источник ВЭР (регенерация, рекупе-рация), не относятся к вторичным энергетическим ресурсам.

Выход вторичных энергетических ресурсов - это количество вторичных энергоресурсов, которые образовались в данной установке за определенную единицу времени и годны к использованию в данный период времени.

Выработкой за счет вторичных энергетических ресурсов называется количество тепла, холода, электроэнергии, полученное за счет ВЭР в утилизационной установке. Выработки за счет ВЭР подразделяются на: возможную выработку, т.е. максимальное количество энергии, которое можно получить при работе установки; экономически целесообразную выработку, т.е. выработку с учетом ряда экономических факторов (себестоимость, затраты труда и т.д.); планируемую выработку - количество энергии, которую предполагается получить в определенный период при вводе вновь или модернизации имеющихся утилизационных установок; фактическую выработку - энергию, реально полученную за отчетный период.

Использование вторичных энергетических ресурсов - это использованное количество ВЭР данного агрегата в других установках и системах. Использование вторичных энергоресурсов потребителем может осуществляться непосредственно без изменения вида энергоносителя или за счет преобразования его в другие виды энергии, или выработки тепла, холода, механической работы в утилизационных установках.

Тепловые ВЭР - это физическое тепло отходящих газов, основной и побочной продукции, тепло золы и шлаков, горячей воды и пара, отработавших в технологических установках, тепло рабочих тел систем охлаждения технологических установок.

Горючие ВЭР - горючие газы и отходы, которые могут быть применены непосредственно в виде топлива в других установках и непригодные в дальнейшем в данной технологии: отходы деревообрабатывающих производств (щепа, опилки, обрезки, стружки), горючие элементы конструкций зданий и сооружений, демонтированных из-за непригодности для дальнейшего использования по назначению, щелок целлюлозно-бумажного производства и другие твердые и жидкие топливные отходы.

К вторичным энергетическим ресурсам избыточного давления относится потенциальная энергия газов, воды, пара, покидающих установку с повышенным давлением, которая может быть еще использована перед выбросом в атмосферу, водоемы, емкости или другие приемники.

Избыточная кинетическая энергия также относится к вторичным энергоресурсам избыточного давления.

Основными направлениями использования вторичных энергетических ресурсов являются: топливное - когда они используются непосредственно в качестве топлива; тепловое - когда они используются непосредственно в качестве тепла или для выработки тепла в утилизационных установках; силовое - когда они используются в виде электрической или механической энергии, полученной в утилизационных установках; комбинированное - когда они используются как электрическая (механическая) энергия и тепло, полученные одновременно в утилизационных установках за счет ВЭР.

Значительное количество горючих ВЭР используется непосредственно в виде топлива, такое же непосредственное применение нашли и тепловые ВЭР, например, горячая вода системы охлаждения для отопления и др.

Необходимо отметить, что изменение схем топливо- и теплопотребления, когда использование энергоресурсов внутри технологических агрегатов улучшилось, а выход вторичных энергоресурсов сократился, не является использованием ВЭР. Такие преобразования схем только усовершенствовали технологический процесс данной установки (агрегата).

При правильном использовании вторичных тепловых энергетических ресурсов, образовавшихся в виде тепла отходящих газов технологических агрегатов, тепла основной и побочной продукции, достигается значительная экономия топлива. Проведенными расчетами установлено, что стоимость теплоэнергии, полученной в утилизационных установках, ниже затрат на выработку такого же количества теплоэнергии в основных энергоустановках.

Выявление выхода и учета возможного использования вторичных энергоресурсов - одна из задач, которую необходимо решать на всех предприятиях и особенно предприятиях с большим расходом топлива, тепловой и электрической энергии.

Использование вторичных энергетических ресурсов не ограничивается лишь энергетическим эффектом - это и охрана окружающей среды, в том числе воздушного бассейна, уменьшение количества выбросов вредных веществ. Некоторые из этих выбросов могут давать дополнительную продукцию, например, сернистый ангидрид, выбрасываемый с отходящими газами, можно улавливать и направлять на выпуск серной кислоты.

Считается целесообразным, если при реконструкции или расширении действующих, а также при проектировании новых предприятий будет предусматриваться разработка мероприятий по использованию ВЭР с обоснованием их экономической эффективности. Отказ потребителей от использования вторичных энергетических ресурсов как на действующих, так и проектируемых предприятиях может быть обоснован только расчетом, подтверждающим экономическую неэффективность или техническую невозможность использования ВЭР.

Условное топливо

Различные виды энергетических ресурсов обладают разным качеством, которое характеризуется энергоемкостью топлива. Удельной энергоемкостью называется количество энергии, приходящееся на единицу массы физического тела энергоресурса.

Для удобства сопоставления различных видов энергоресурсов и возможности расчетов расход всех видов топлива сравнивают с расходом так называемого условного топлива. За условное принято такое топливо, при сгорании 1 кг которого выделяется 29,3 *·106 Дж, или 7000 ккал энергии. В табл.1.4 приведены значения удельной энергоемкости для ряда энергетических ресурсов в сравнении с условным топливом.

Таблица 1.4

Виды топлива

Условное топливо

Уголь антрацит

Дрова сухие

Нефть

Газ пропан

Водород

Уд.энергоемкость, Ч10 Дж/кг * 106

29,3

33,5

10,5

41,9

46,1

120,6

ккал/кг

7000

8000

2500

10000

11000

28800

В качестве единицы измерения в государствах СНГ принята 1 тонна условного топлива (т.у.т.). За рубежом применяется идентичная по сути и функциональному назначению единица измерения - тонна условного топлива в нефтяном эквиваленте или проще тонна нефтяного эквивалента (т.н.э.),1 т.н.э.=41,86*106 Дж.

Как видно из табл.1.4 , нефть и газ обладают высокой энергоемкостью. Это во многом определило быстрый рост их потребления в конце ХIХ - ХХ столетии. Однако, нефть и газ используются не только в энергетической промышленности. Это еще сырье для химической промышленности и топливо для транспорта.

Весьма перспективным видом топлива, обладающим в три раза большей удельной энергоемкостью по сравнению с нефтью, является водород. В настоящее время в нашей стране и за рубежом ведутся научно-экспериментальные работы по изысканию экономичных способов промышленного преобразования водорода. Запасы водорода неистощимы и не связаны с каким-либо регионом планеты. Водород в связанном виде содержится в молекулах воды Н2О. При его сжигании образуется вода, не загрязняющая окружающую среду.

В настоящее время водород в основном получают из природного газа, в ближайшем будущем его можно будет получать путем газификации угля. Как одно из перспективных направлений промышленного получения водорода рассматривается процесс электролиза воды. Этот способ имеет значительное преимущество, так как приводит к обогащению кислородом окружающей среды. Широкое применение водородного топлива может решить три актуальные проблемы:

1. уменьшить потребление органического и ядерного топлива;

2. удовлетворить возрастающие потребности в энергии;

3. снизить загрязнение окружающей среды.

Мировое потребление ТЭР

Качество нашей жизни непосредственно зависит от потребления энергии. С ходом исторического развития при получении из природных систем все новых видов полезной продукции на ее единицу в среднем затрачивается все больше энергии (происходит снижение энергетической эффективности природопользования).

Наблюдается увеличение энергетических расходов на одного человека. Так, расход энергии на одного человека (в кДж/сут.) в каменном веке был порядка 17 тыс., в аграрном обществе - 50 тыс., в индустриальную эпоху - 293 тыс., а в передовых развитых странах настоящего времени - 960-1050 тыс., т.е. в 58-62 раза больше, чем у наших далеких предков.

С начала нашего века количество энергии, затрачиваемое на единицу сельскохозяйственной продукции, в развитых странах мира возросло в 8-10 раз, на единицу промышленной продукции в 10-12 раз.

Общая энергетическая эффективность сельскохозяйственного производства (соотношение вкладываемой и получаемой с готовой продукцией энергии) в промышленно развитых странах в 30 раз ниже, чем при примитивном земледелии. В ряде случаев увеличение затрат энергии на удобрения и обработку полей в десятки раз приводит лишь к незначительному (на 10-15%) повышению урожайности. Это связано с необходимостью параллельно с улучшением агротехники учитывать общую экологическую обстановку, налагаемые ею ограничения.

В начале 80-х гг. удельные затраты энергии на производство единицы валового национального продукта (ВНП) в ходе решительных мер по экономии энергии в промышленно развитых странах сократились на 15%. В течение последующего десятилетия ВНП возрос тут на 20%, а потребление энергии - лишь на 2% (это стало возможным в результате устранения неоправданных потерь энергии). Однако в то же время в развивающихся странах расход энергии увеличился на 24% и составил 10% от общемирового (против 5% в начале периода), т.е. имел тенденцию к быстрому росту. Несмотря на ожидаемое снижение потребления энергии на одну денежную единицу ВНП в килограммах условного топлива, общее увеличение ВНП и абсолютно необходимое возрастание валового национального дохода в развивающихся странах приводят к дальнейшему росту энергопотребления.

Как указывает Герберт Инхабер (Herbert Inhaber), научный исследователь из штата Южная Каролина (США), автор книги «Почему не удается сократить потребление энергоносителей» (Why Energy Conservation Fails, Quorum Books, 1997): «Энергосбережение посредством повышения эффективности потребления на самом деле приводит к его росту, а не к сокращению. Поскольку для отдельного вида деятельности требуется меньше топлива, высвободившиеся ресурсы используются в других целях. Как результат - возросшая экономическая активность и увеличившийся объем потребления энергоносителей».

В качестве примера из реальной жизни Инхабер приводит опыт Дании, когда, в конце 1970-х гг. правительство Дании ввело строгие стандарты на эффективность бытовых приборов, потребление электроэнергии этими приборами существенно сократилось (более, чем на 30%), отчасти потому, что некоторые бытовые приборы стали более экономичными, и, следовательно, их эксплуатация обходилась дешевле, но при этом увеличились продажи других бытовых приборов. Общий результат: совокупное внутреннее потребление электроэнергии в Дании возросло на 20%.

Однако рассматриваемая проблема снижения энергетической эффективности имеет весьма важное практическое следствие: рост энергетических затрат не может продолжаться бесконечно. Значит можно рассчитать вероятный момент неизбежного перехода на новые, энергосберегающие технологии промышленного и сельскохозяйственного производства, избежав тем самым теплового и экологического кризисов.

Для промышленности, быта, нормальной жизнедеятельности человека, а главное для дальнейшего развития мировой цивилизации энергетика необходима как воздух. Для всего мирового сообщества энергетическая проблема стоит очень остро. Дело не ограничивается размером запасов угля, нефти и газа и растущими расходами на их добычу, переработку и использование. С каждым годом обостряются экологические проблемы. Нынешнее время характеризуется пересмотром политики в области энергетики. На страницах газет и журналов ведется полемика о приоритетах ее развития. Важно помнить, что энергетика - система инерционная, и реформы в ней следует готовить загодя. Попробуем на основе имеющегося материала оценить возможные пути развития энергетики и основную стратегию этого развития. Задача эта потребует рассмотрения многих вопросов, ибо нет в современном обществе сферы, которая хотя бы косвенно не была бы связана с энергетикой.

Если проанализировать структуру мирового потребления ТЭР, то можно отметить следующее. Длительный период, до XIVв., основным энергоносителем, используемым человеком, была древесина. Позже начинают все больше использовать уголь, нефть, газ. В начале XX в. уголь стал составлять наибольшую долю от всех используемых человечеством энергетических ресурсов. К началу 70-х гг. XX в. доли потребления угля, нефти и газа выравниваются. В ряде стран уменьшается добыча угля. Нефть практически вытесняет уголь при производстве электроэнергии. На транспорте за счет нефти удовлетворяется свыше 90% мирового потребления. В 1970 г. доля нефти в структуре мирового потребления ТЭР составляла 46%, газа - 20%. Ситуация меняется после острого нефтяного кризиса 1973-74 гг. Индустриальные страны Запада, США, Япония активно переориентируют топливно-энергетическую базу своей национальной экономики на другие виды энергоресурсов и вводят политику эффективного использования энергии. В результате к 1980 г. доля нефти в мировом топливно-энергетическом балансе (ТЭБ) снижается до 42%, газа - до 16%. Доля твердого органического топлива составляла 25%. Ядерная энергетика покрывала всего 2-3% мирового потребления, и 13-14% обеспечивалось за счет возобновляемых источников энергии.

Прогнозы, сделанные в 80-х гг., обещали к 2020 г. дальнейшее быстрое уменьшение потребления нефти и газа - соответственно до 20% и 8-12%. Предполагалось, что это будет достигнуто благодаря росту потребления угля до 32%, значительному вовлечению в ТЭБ ядерного горючего - 36-40%, использованию возобновляемых источников энергии. Однако реальные тенденции изменений в структуре мирового топливно-энергетического баланса на 2020 г. оказались несколько иными. По прогнозам 90-х гг., доля твердого органического топлива, прежде всего, угля, будет, как и предполагалось в 80-х гг., составлять 32%, а вот доля потребления нефти снизится на меньшую величину, чем ожидалось ранее, и будет составлять 27%. Доля газа даже увеличится по сравнению с уровнем 1980 г. и будет равна 23%. Такие изменения тенденций связаны в первую очередь с появлением определенного недоверия к атомной энергетике из-за катастрофических последствий аварии на Чернобыльской АЭС и ряде других неприятных эксцессов на атомных промышленных объектах. В настоящее время разрабатываются принципиально новая концепция безопасности больших производственных систем и соответствующие ей новые поколения ядерных реакторов и проектов АЭС повышенной безопасности. Тем не менее, психологическое недоверие значительной части населения к атомной энергетике, радиофобию преодолеть не так просто. Кроме того, успехи применения энергосберегающих мероприятий и технологий в 80-90-х гг., обещающие разработки в области производства электроэнергии на базе газотурбинных, парогазовых установок, новые интеграционные процессы международного взаимодействия в области энергетики и экологии привели к наблюдающимся сегодня тенденциям в структуре мирового потребления ТЭР. Согласно им, доля ядерного топлива к 2020 г. будет составлять всего 5-6%. На долю энергосбережения и возобновляемых источников энергии придется 12-14%, причем из них 9-10% будет покрываться за счет энергосбережения.

На рис. 1.5 представлена структура мирового потребления ТЭР в динамике с 1980 г. по 2020 г., дано предполагаемое развитие по прогнозам 80-х и по прогнозам 90-х гг.

Очевидно, роль энергосбережения весьма существенна и соизмерима со значением других традиционных источников энергии в покрытии энергетических потребностей человечества.

К тому же энергосбережение позволяет избежать разработки новых угольных месторождений, бурения нефтяных скважин, ввода новых теплоэнергетических, атомных установок и т.п., способствует совершенствованию промышленных технологий. Все это приводит к меньшему загрязнению окружающей среды. В этом смысле энергосбережение и называют самостоятельным экологически чистым источником энергии.

Велика роль установок на возобновляемых источниках энергии - гидроэлектростанций, гелиоустановок, ветровых двигателей, установок, использующих энергию океана, тепло земных недр, энергию, заключенную в растениях. Их доля в мировом энергетическом балансе невелика, но доля эта очень важна: они обеспечат энергией небольшие поселения и объекты в сельских и малонаселенных местностях, где невыгодно строить крупные электростанции или прокладывать линии электропередачи, нефте- и газопроводы.

Помимо устойчивых тенденций в мировом потреблении ТЭР, представленных на рис. 1.5, наблюдаются также временные колебания, например, цен на нефть, в том числе обусловленные политическими событиями. При прогнозировании и планировании национальной энергетики принимаются во внимание как основные тенденции развития мировой энергетики для выработки стратегических решений, так и колебания - для принятия тактических решений.

Уголь и древесина (твёрдое топливо).

Нефть.

Природный газ.

Ядерное топливо.

Энергосберегающие мероприятия и использование возобновляемых источников энергии.

Рис. 1.5. Структура мирового потребления ТЭР

энергетика ресурс твердый топливо

В обозримой перспективе развитие топливной базы энергетики во всем мире будет определяться следующими основными направлениями:

· удорожанием практически всех топливно-энергетических ресурсов при опережающем росте стоимости высококачественного газомазутного топлива;

· проведением активной энергосберегающей политики во всех отраслях экономики и освоением в максимально возможных масштабах нетрадиционных возобновляемых источников энергии;

· вовлечением в топливно-энергетический баланс ядерного горючего и интенсивным поиском альтернативных ему безопасных источников энергии, имеющих промышленное значение;

· ужесточением экологических требований.

Сущность и причины мирового энергетического кризиса

В настоящее время ежегодно расходуемая всеми странами мира энергия, получаемая из всех доступных источников, составляет 0,1% от возможных для использования запасов угля, природного газа и нефти, вместе взятых. Но потребление энергетических ресурсов всех видов быстро растет, в конце XIX в. появились первые автомобили.

Их было несколько сот, и бензина им требовалось меньше сотни тонн в день. А сегодня только для легковых автомобилей нужен миллион тонн в сутки. Сколько же нужно добыть и переработать нефти! Чтобы добыть руду, выплавить металл, построить дом, сделать любую вещь, нужно затратить энергию.

Получить энергию, пригодную для использования, можно только за счет ее преобразования из других форм. Четыре из каждых пяти произведенных сегодня киловатт-часов энергии получаются в принципе тем же способом, которым пользовался первобытный человек для согревания, то есть сжиганием топлива, использованием запасенной в нем химической энергии, которая затем преобразуется в электрическую энергию на современных тепловых электростанциях. Конечно, способы сжигания топлива стали намного совершеннее, но главное сохранилось: в топки тепловых электростанций уходит более 30% добываемого в мире топлива, и лишь около трети его идет на получение электроэнергии. Остальная, большая часть энергии, запасенной в топливе, безвозвратно теряется. Запасы органического топлива: нефти, газа и угля - наиболее популярных в современной энергетике, - весьма ограниченны. Рано или поздно они будут исчерпаны. На какой срок их хватит? Чтобы ответить на этот вопрос, надо оценить, каковы ресурсы органического топлива на Земле.

Ресурсы органического топлива разделяются на общие - имеющиеся в недрах земли и извлекаемые - доступные для извлечения человеком. Практически невозможно добыть и использовать все 100% топлива, имеющегося в данном месторождении. Коэффициент извлечения, определяющий долю данного вида энергоресурсов, потенциально возможную в настоящее время к извлечению, к его общим запасам, зависит от следующих факторов:

· вида топлива;

· характера месторождения;

· развития техники добычи.

Значения коэффициента извлечения для наиболее употребляемых первичных энергоресурсов составляют: нефти - 0,3-0,4; природного газа - 0,5-0,8; угля - 0,25-0,5. Столь низкий коэффициент извлечения для угля объясняется особенностями залегания его пластов, которые могут быть весьма тонки, лежать глубоко под уровнем земли и быть сложны для добычи.

Специалисты оценивают имеющиеся извлекаемые ресурсы органического топлива Земли в 4000 млрд. т.у.т. В 1980 г. потребление всех видов энергетических ресурсов всеми странами мира составило примерно 4 млрд. т.у.т., т.е. 0,1% от возможных для использования органических энергоресурсов. В 2000 г. потребление всех видов энергетических ресурсов на Земле составило около 8 млрд. т.у.т. Если ориентироваться на потребление ТЭР на уровне 2000г., то запасов только органического топлива человечеству хватило бы еще на 200-400 лет. При этом мы не учитываем атомную энергетику с ее запасами ядерного горючего, гидроэнергетические, а также возобновляемые источники энергии: Солнце, тепло глубинных слоев Земли и др.

Что касается ядерного горючего, то следует учитывать следующие факты. Поскольку торий пока не нашел практического применения в энергетике, следует оценить только ресурсы урана. Уран широко распространен на Земле. Но концентрация его в граните и других породах, а также в морской воде очень невелика. Чем меньше содержание урана в руде, тем дороже его получать. Поэтому, оценивая ресурсы урана, выбирают допустимую цену за 1 кг природного металлического урана и ориентировочно рассчитывают, какое количество природного урана может быть добыто при этой цене. Расчеты специалистов США показывают, что ресурсы извлекаемого ядерного топлива очень велики. Если ограничить цену 1 кг добываемого природного урана 200 USD и использовать реакторы на тепловых нейтронах, то ресурсы природного урана примерно равны извлекаемым ресурсам органического топлива: угля, нефти и газа вместе взятым. Если же принять максимально допустимую цену за 1 кг природного урана равной 500 USD и считать, что будут использоваться реакторы на быстрых нейтронах, то извлекаемые ресурсы природного урана оказываются в 1000 раз больше извлекаемых запасов органического топлива.

Таким образом, ресурсы органического и ядерного топлива очень велики, и человечеству не придется столкнуться с энергетическим голодом. Тем более, что наука находится в непрерывном поиске новых способов преобразования и получения энергии. Так в чем же тогда причины возникновения и суть современных энергетических кризисов?

Энергетический кризис, как правило, является следствием экономического и политического кризисов в стране и вызван нерациональной структурой топливно-энергетической базы экономики. Это наглядно иллюстрируют энергетический кризис 70-80-х гг., охвативший высокоразвитые страны Западной Европы, США, Японию, и сегодняшний энергетический кризис, разразившийся в странах СНГ.

Органическое и ядерное топливо - невозобновляемые источники энергии. Но пока потребление энергии было не так уж велико, о невозобновляемости их особенно не вспоминали. В 70-80-х гг. потребление энергии стало соизмеримо с ресурсами органического топлива. Миллионы лет понадобилось природе, чтобы создать запасы нефти, газа, угля, расходуются же они несравненно быстрее.

Наиболее остро стоит вопрос с нефтью. Из-за нее вспыхивают войны, сменяются правительства. Быстрое развитие автомобильного транспорта и авиации, использующих в качестве топлива практически только продукты нефтепереработки (бензин, дизельное топливо, керосин), привело к большому увеличению потребления нефти. В 1970 г. доля нефти и газа в потреблении органического топлива поднялась почти до 70%, хотя в ресурсах органического топлива нефть и газ составляют менее 20%. Повышение мировых цен на нефть, неравномерность распределения ее запасов между странами мира подчеркивают неоправданность ее гипертрофированно высокого потребления по сравнению с другими источниками энергии. Международный картель, состоящий из 7 монополий, 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 связи с этим до 70-х гг. экономика стран Западной Европы, США, Японии была практически целиком ориентирована на потребление нефти и газа. Сокращалась добыча каменного угля, закрывались шахты, придерживалось развитие атомной энергетики. Однобокое развитие энергетических ресурсов на фоне межгосударственной конкуренции между монополиями привело к острому энергетическому кризису в этих странах, на долю которых приходилось 92% потребления энергии. Кризис резко ускорил инфляцию, резко снизил темпы развития промышленности и оставил без работы миллионы рабочих.

Каждая из стран искала свой путь выхода из кризиса, коренным образом изменяя структуру топливно-энергетической базы экономики путем переориентации ее на другие источники. Например, Франция создала систему мощных АЭС; Дания переориентировалась на собственный природный газ, каменный уголь, завозимый на огромных танкерах через океан, ветроэнергоресурсы.

Размещено на Allbest.ru


Подобные документы

  • Вторичные энергетические ресурсы. Проблемы энергосбережения в России. Проведение расчетов потребления коммунальных ресурсов в многоквартирном доме. Климатические параметры отопительного периода. Потребление энергии в системе горячего водоснабжения.

    курсовая работа [581,8 K], добавлен 25.12.2015

  • Понятие и классификация энергетических ресурсов. Первичная и вторичная энергия. Стадии энергетического производства. Средняя структура потребления ресурсов. Основные виды твердого топлива. Газ нефтяных месторождений. Искусственные горючие, твердые газы.

    презентация [97,4 K], добавлен 14.08.2013

  • Характеристика видов и классификации топливно-энергетических ресурсов или совокупности всех природных и преобразованных видов топлива и энергии. Вторичные топливно-энергетические ресурсы - горючие, тепловые и энергоресурсы избыточного давления (напора).

    контрольная работа [45,8 K], добавлен 31.01.2015

  • Политика России в сфере энергообеспечения и энергосбережения. Использование местных и альтернативных видов топливно-энергетических ресурсов. Энергетические ресурсы России: топливные ресурсы, энергия рек, ядерная энергия. Мероприятия по энергосбережению.

    реферат [25,1 K], добавлен 19.12.2009

  • Органическое и ядерное топливо, виды, классификация по агрегатному состоянию. Состав газообразного топлива. Добыча органического топлива, проблемы правового и экологического характера. Современная ситуация на мировом газовом рынке, роль сланцевого газа.

    реферат [20,3 K], добавлен 27.01.2012

  • Основы энергосбережения, энергетические ресурсы, выработка, преобразование, передача и использование различных видов энергии. Традиционные способы получения тепловой и электрической энергии. Структура производства и потребления электрической энергии.

    реферат [27,7 K], добавлен 16.09.2010

  • Современные проблемы топливно-энергетического комплекса. Альтернативная энергетика: ветряная, солнечная, биоэнергетика. Характеристика и методы использования, география применения, требования к мощностям водоугольного топлива, перспективы его развития.

    курсовая работа [875,9 K], добавлен 04.12.2011

  • Энергетическая безопасность Европы. Потребности и ресурсы Европейского Союза. Политические риски основных поставщиков энергоносителей. Технологии производства электроэнергии. Невозобновляемые и возобновляемые источники энергии. Ядерная энергетика.

    курсовая работа [854,5 K], добавлен 24.07.2012

  • Электроэнергетика - основа функционирования экономики и жизнеобеспечения. Динамика производства и потребления электроэнергии в Российской Федерации. Основные топливно-энергетические ресурсы: нефть, газ, уголь, сланцы, ядерное топливо. Типы электростанций.

    реферат [29,6 K], добавлен 16.12.2010

  • Природные запасы горючих ископаемых и гидравлические ресурсы как основные энергетические ресурсы страны. Знакомство с особенностями регулирования напряжения силовых трансформаторов. Характеристика основных способов определения токов короткого замыкания.

    контрольная работа [647,4 K], добавлен 22.11.2013

Работы в архивах красиво оформлены согласно требованиям ВУЗов и содержат рисунки, диаграммы, формулы и т.д.
PPT, PPTX и PDF-файлы представлены только в архивах.
Рекомендуем скачать работу.