Тепловой энергии

Модуль III

Раздел III. Вторичные энергоресурсы.

Тема. Вторичные энергоресурсы

 

 

Вопросы темы:

1. Общие ведомости про источники тепловой энергии. Энергетические ресурсы.

2. Топливно-энергетический комплекс Украины. Проблемы, пути их решения.

3. Классификация потребителей тепла и источников теплоснабжения.

4. Возможности использования вторичных энергоресурсов.

5. Основные положения про вторичные энергетические ресурсы, их общую характеристику и классификацию.

6. Методы использования тепловых вторичных энергоресурсов в производственных процессах.

 

Общие ведомости про источники

тепловой энергии

Источники энергии делятся на невозобновляемые и возобновляемые. Невозобновляемые источники – это традиционное топливо (нефть, газ, уголь и др.), ядерное горючее и внутренняя теплота Земли. Реализация ядерной энергии возможна посредством реакции деления тяжелых ядер на легкие (на атомных станциях) и синтеза – преобразования легких ядер в тяжелые (на термоядерных станциях). Добыча нефти, газа, угля быстро возрастает, причем топливо становится все дороже.

По последним оценкам, Земля располагает запасами нефти порядка 200 млрд.т, из них разведанных около 110. С учетом прогнозируемой динамики потребления нефти ее хватит до 2120…2130 гг. В настоящее время в мире расходуется ежегодно около 3 млрд т нефти. Однако уже сейчас треть ее добывается со дня морей, а в дальнейшем этот дорогой способ будет преобладающим и еще более дорогим.

Располагаемые запасы газа оцениваются в 250 трлн м³, из них разведанных 80…90, в то время как мировое потребление находится на уровне 2 трлн м³ в год. Предполагается, что к 2040 г. добыча газа удвоится, нок 2150 г. резко сократится. Таким образом, газа хватит на срок не меньший, чем для нефти, но стоимость его добычи и транспорта станет еще выше.

Первое место в запасах органического ископаемого топлива планеты занимает уголь: только разведанные его месторождения содержат более 1 трлн т. Добыча угля увеличилась до 9 млрд т. Уже более 40% угля будет добываться в открытых карьерах (что, впрочем, экологически неблагоприятно) при сравнительно невысокой себестоимости добычи, но качество этого угля в основном низкое. Низкосортный уголь целесообразно использовать на месте для нужд региона, производства электроэнергии и технологической переработки.

Таким образом, можно полагать, что нефти на Земле хватит до первой четверти, а газа – до середины второго века следующего тысячелетия. Угля хватит на более длительный срок, однако в историческом аспекте и он мгновенен. Необходимо, конечно, учитывать и остальные виды органического топлива: торф, горючие сланцы, нефтяные пески и др. Они составляют существенный резерв и к тому же, как и низкокачественный уголь, могут служить сырьем для получения жидкого топлива, заменяющего нефть. Но их запасы невелики.

Для ядерной энергетики деления количество разведанного на планете исходного сырья – урана-235 – весьма ограниченно. Однако, освоение воспроизводства ядерного горючего в реакторах на быстрых нейтронах увеличивает энергоотдачу в 20…30 раз и делает рентабельным использование дорогого урана. В этих реакторах нерасщепляющийся уран-238 превращается в расщепляющийся плутоний-239.

При осуществлении ядерной реакции синтеза ее КПД в 7 раз выше, чем ядерной реакции деления, и источники сырья практически неисчерпаемы (1/6000 массы воды Мирового океана). Однако задачи управления реакцией синтеза для термоядерных станций не решены.

Возможность использования внутренней теплоты Земли имеет локальное значение: утилизируется только теплота горячих подземных вод.

Возобновляемые источники энергии – это излучение Солнца, растительная биомасса, морские приливы, ветер и реки. Энергия растительной биомассы, ветра и рек является результатом действия солнечной энергии. Все возобновляемые источники энергии до настоящего времени используются в малой степени.

Солнце – неиссякаемый источник, который излучает на Землю энергию в количестве, намного превышающем потребность ее населения даже в самом отдаленном будущем. Способы получения этой энергии известны.

Ежегодный прирост зеленой биомассы на Земле составляет 117 млрд т в сухом виде, что энергетически эквивалентно 40 млрд т нефти. Общее же количество растительной биомассы на планете превышает 1800 млрд т, что равнозначно 640 млрд т нефти. Конечно, в качестве топлива может рассматриваться только часть ежегодного прироста, которая может быть выделена для данной цели.

Энергия морских приливов значительна, и строительство приливных станций перспективно, хотя оно сложно, дорого и не исключает непредсказуемые экологические последствия.

Энергия ветра меньше, но все же велика, заслуживает серьезного внимания, однако она непостоянна во времени, что затрудняет ее использование.

Энергия рек сравнительно умеренна, в значительной мере уже используется, причем для равнинных рек – с негативными результатами. Которые иллюстрируют необходимость крайне осмотрительного отношения к механизмам экологии.

Очевидными преимуществами гидростанций являются: бестопливная выработка электроэнергии, увеличение глубин рек, образование путей сообщения между морями, регулирование стока воды, улучшение орошения и др. Этим преимуществам противостоят серьезнейшие недостатки гигантских ГЭС: затопление и засоление прилегающих к руслу земель (уровень грунтовых вод поднимается, поскольку влага испаряется из почвы, а соли накапливаются в ней), а также заболачивание их; потеря рыбы (плотины преграждают ход рыбы на нерест); огромные затраты на гидротехнические сооружения и перенос населенных пунктов, промышленных объектов; потеря сельскохозяйственных угодий, размещавшихся на пойменных землях; резкое уменьшение стока воды (увеличение площади испарения и фильтрации); изменение климата, флоры и фауны; лишение прибрежного населения уникальных мест отдыха – пляжей и др.; размыв берегов с заносом русл рек и пр.

 

Топливно-энергетический комплекс Украины (ТЭК)

 

ТЭК – сложная межотраслевая система добычи и производства топлива и энергии, транспортировки, распределения и использования. В его состав входят топливная промышленность (нефтяная, газовая, угольная, сланцевая, торфяная) и электроэнергетика, тесно связанная со всеми отраслями народного хозяйства.

Проблема обеспечения украинской экономики энергоносителями – одна из самых болезненных. Газ, нефть, уголь и даже электроэнергию приходится импортировать. Ежегодно на это затрачивается около 8 млрд долларов, на что идет 2/3 всего товарного экспорта. Дефицит энергоносителей влечет за собой шлейф тяжких последствий: недобор урожая, систематическое отключение населенных пунктов от электроснабжения и т.д.

Внутренне производство энергии, включая ископаемое топливо и первичную электроэнергию (ядерную и гидравлическую), покрывало в 1999 г около 53% потребителей.

На настоящий момент ТЭК имеет в своем распоряжении один единственный собственный энергоноситель, способный полностью обеспечить потребность тепловой энергетики в твердом топливе.

Но для этого следует ежегодно добывать не менее 100 млн т угля, а не 76,9 млн т, как добывается сегодня. Главная причина значительного уменьшения добычи угля – износ основных фондов отрасли. Отметим, что 98 шахт введены в эксплуатацию в довоенные годы, а 50 – на рубеже XIX – XX в. 90% ныне действующих угледобывающих предприятий работают без реконструкции и существенной модернизации свыше 30 лет, в то время как обновление в данной отрасли должно происходить максимум через каждые 15 лет. К тому же донецкий уголь залегает на большой глубине (в среднем 1000 м). Это самые глубокие и тяжелые разработки в мире, специалисты относят их к категории «С». Во всех странах планеты подземная добыча угля нерентабельна. Рентабельной является только открытая (Австралия, Казахстан). Однако, нужды черной металлургии и электроэнергетики не оставляют нам выбора. Кстати сказать, в Германии и США на угле вырабатывают львиную долю электроэнергии.

В производстве электроэнергии также положение тяжелое. Главные производители ее – теплоэлектростанции страдают из-за чрезмерной стоимости отечественного угля и не меньшей дороговизны газа. Затраты на производство электроэнергии выше, чем цена продажи потребителям.

Относительно невысокие модули стока рек ограничивают использование гидроресурсов. Доля ГЭС в общем производстве электроэнергии составляет только 4%. Эту величину обеспечивают преимущественно 8 самых больших станций на Днепре. Создание мини-электростанций на карпатских реках помогло бы разрешить проблемы электроснабжения, предотвратить разрушительные наводнения, наладить надежное водоснабжение населенных пунктов в Западном регионе и т.д.