Первичные и вторичные энергетические ресурсы

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. Основу классификации энергоресурсов составляет их деление по источникам получения на первичные, природные (геологические) и вторичные(побочные).

По способам использования первичные энергетические ресурсы подразделяют на топливные и нетопливные; по признаку сохранения запасов — на возобновляемые и невозобновляемые; ископаемые (в земной коре) и неископаемые.

Возобновляемый энергетический ресурс – постоянно действующие или периодически возникающие потоки энергии в результате естественных природных процессов.

В настоящее время используются солнечное излучение, энергия планетарного движения в виде приливов и отливов, энергия химических реакций и радиоактивного распада в недрах Земли, проявляющаяся в виде геотермальных источников. К возобновляемым источникам также относится преобразованная энергия Солнца в виде гидроэнергии, энергии ветра и биомассы.

Невозобновляемый энергетический ресурс – это природные ресурсы, образовавшиеся в результате геологического развития Земли и других природных процессов и не пополняемые (исчерпаемые) в настоящую геологическую эпоху.

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.

 

Дрова и другие виды биотоплива – 11,7%

Уголь – 23,3 %

Нефть – 35,7 %

Газ – 20,3 %

ГЭС и АЭС – 9 %

 

 

Рис. 1. Доля различных видов энергетических ресурсов в общемировой выработке первичной энергии (1998 г.), %

 

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.

Вторичными энергетическими ресурсами (ВЭР) 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.

Химически связанное тепло продуктов топливоперерабатывающих установок (нефтеперерабатывающих, газогенераторных, коксовальных, углеобогатительных и др.), а также тепловая энергия отходов, которая используется для подогрева потоков, поступающих в агрегат-источник ВЭР (регенерация, рекуперация), 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 теп-лопотребления, 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 тепло-энергии, 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.