К энергетическим природным ресурсам относятся. Состав и структура малого предпринимательства в России. Понятие и состав
Энергетика, энергосбережение и
Общество в целом и каждый человек в отдельности не может обходиться без потребления энергии.
Энергия - способность производить работу или какое-то другое действие, меняющее состояние действующего субъекта. В широком смысле это - общая мера различных форм движения материи.
Для современного общества наиболее актуальными видами энергии являются электрическая итепловая . Другие разновидности - механическая, химическая, атомная и т.д. - можно считать промежуточными или вспомогательными.
Тепловая энергия (тепло, теплота) - энергия хаотического движения микрочастиц - является первичной энергией цепи преобразования энергии, ею же эта цепь и заканчивается.
Тепловая энергия используется человеком для обеспечения необходимых условий его существования, для развития и совершенствования общества, для получения электрической энергии на тепловых электростанциях, для технологических нужд производства, для отопления и горячего водоснабжения жилых и общественных зданий. Источниками энергии могут служить вещества и системы, энергетический потенциал которых достаточен для последующего целенаправленного использования.
Энергетический потенциал является параметром, оценивающим возможность использования источника энергии, выражается в единицах энергии - Джоулях или киловатт-часах.
Энергетические ресурсы – это любые источники механической, химической и физической энергии.
Энергетические ресурсы можно разделить на:
Ø первичные, источник которых – природные ресурсы и природные явления;
Ø вторичные, куда относятся промежуточные продукты обогащения и сортировки углей; гудроны, мазуты и другие остаточные продукты переработки нефти; щепки, пни, сучья при заготовке древесины; горючие газы; тепло уходящих газов; горючая вода из систем охлаждения; отработанный пар силовых промышленных установок.
Первичные энергетические ресурсы делят на:
Невозобновляемые или истощаемые (уголь, нефть, сланцы, природный газ, горючее);
Возобновляемые (древесина, гидроэнергия, энергия ветра, геотермальная энергия, торф, термоядерная энергия);
Вторичные (побочные) энергоресурсы (ВЭР) - это носители энергии, образующиеся в ходе производства, которые могут быть повторно использованы для получения энергии вне основного технологического процесса.
Около 90% используемых в настоящее время энергоресурсов составляют невозобновляющиеся (уголь, нефть, природный газ, уран и т.п.) благодаря их высокому энергетическому потенциалу, относительной доступности и целесообразности извлечения; темпы добычи и потребления их обусловливают энергетическую политику.
Эффективность использования энергоресурсов определяется степенью преобразования их энергетического потенциала в конечную используемую продукцию или потребляемые конечные виды энергии (механическая энергия движения, теплота для систем отопления или технологических нужд и т.д.), что характеризуется коэффициентом полезного использования энергоресурсов η эр:
η эр = η д ∙η п ∙η и
где η д - коэффициент добычи, извлечения потенциального запаса энергоресурса (отношение добытого ко всему количеству ресурса);
η п - коэффициент преобразования (отношения полученной энергии ко всей подведенной энергоресурсом);
η и - коэффициент использования энергии (отношение использованной энергии к подведенной к потребителю).
Для нефти η = 30…40%, для газа - 80%, угля - 40%. Современные топочные устройства при получении тепловой энергии из химической путем сжигания топлив позволяют получить η п = 94…98%; при передачи тепла потребителю через системы теплоснабжения η п снижается до 70…80%. Если же из тепловой энергии продуктов сгорания получается механическая с целью выработки электроэнергии (на тепловых электростанциях - ТЭС), то η п = 30…40%; для двигателя внутреннего сгорания η п = 20…30%. Величина η и зависит от типа конкретного потребителя и условий эксплуатации (отопительные системы - 50%). В среднем η эр = 36%.
1.2. Истощаемые и возобновляемые энергетические
ресурсы. Виды топлива, их состав и теплота сгорания.
Истощаемые ресурсы - это запасы топлива в недрах земли.
Мировой запас угля оценивается в 9-11 трлн.т. (условного топлива) при добыче более 4,2 млрд./год. Наибольшие разведанные месторождения уже находятся на территории США, СНГ, ФРГ, Австралии. Общегеологические запасы угля на территории СНГ составляют 6 трлн.т. /50% мировых/, в т.ч. каменные угли 4,7 и бурые угли – 2,1 трлн.т. Ежегодная добыча угля – более 700 млн.т., из них 40% открытым способом.
Мировой запас нефти оценивается в 840 млрд.т. условного топлива, из них 10% - достоверные и 90% - вероятные запасы. Основной поставщик нефти на мировой рынок – страны Ближнего и Среднего Востока. Они располагают 66% мировых запасов нефти, Северная Америка – 4%, Россия – 8-10%. Отсутствуют месторождения нефти в Японии, ФРГ, Франции и многих других развитых странах.
Запасы природного газа оцениваются в 300-500 трлн. м 3 . Потребление энергоресурсов в мире непрерывно повышается. В расчете на 1 человека потребление энергии за период 1990-2000 г.г. увеличилось в 5 раз. Однако это потребление энергоресурсов осуществляется крайне неравномерно. Примерно 70% мировой энергии потребляют промышленно развитые страны, в которых проживает около 30% населения Земли. В среднем на 1 человека приходится в Японии 1,5-5 т., в США – около 7т., а в развивающихся странах 0,15-0,3т. в нефтяном эквиваленте.
Человечество ещё, по крайней мере, 50 и более лет сможет обеспечить значительную часть своих потребностей в различных видах энергии за счет органического топлива. Ограничить чрезмерное их потребление могут два фактора:
Очевидная исчерпаемость запасов топлива;
Осознание неизбежности глобальной катастрофы из-за увеличения вредных выбросов в атмосферу.
К ресурсам возобновляемой энергии относятся :
Сток рек, волны, приливы и отливы, ветер как источники механической энергии;
Градиент температур воды морей и океанов, воздуха, недр земли /вулканов/ как источники тепловой энергии;
Солнечное излучение как источник лучистой энергии;
Растения и торф как источник химической энергии.
Топливо - вещество, выделяющее при определенных экономически целесообразных условиях большое количество тепловой энергии, которая в дальнейшем используется непосредственно или преобразуется в другие виды энергии.
Топливо бывает:
Ø горючее - выделяет тепло при окислении, окислитель- обычно О 2 , N 2 , азотистая кислота, перекись водорода и пр.
Ø расщепляющееся или ядерное топливо (основа ядерной энергетики (уран 235).
Горючее делят на органическое и неорганическое . Органическое горючее- углерод и углеводород. Горючее бывает природное (добытое в недрах земли) и искусственное (переработанное природное). Искусственное в свою очередь делится на композиционное (полученное механической переработкой естественного, бывает в виде гранул, эмульсий, брикетов) и синтетическое (произведенное путем термохимической переработки естественного - бензин, керосин, дизельное топливо, угольный газ и т.д.).
Более 90% потребляемой энергии образуется при сжигании естественного органического топлива 3 видов:
¨ твердое топливо (уголь, торф, сланцы).
¨ жидкое топливо (нефть и газоконденсаты).
¨ газообразное топливо (природный газ, СН 4 , попутный газ нефти).
Органическое топливо состоит из следующих составляющих: горючая составляющая (органические ингредиенты - С, Н, О, N, S) и негорючая составляющая (состоит из влаги, минеральной части).
Общепринятое слово "горючее" - это топливо, предназначенное для сжигания (окисления). Обычно слово "топливо" и "горючее" воспринимаются как адекватные, т.к. чаще всего "топливо" и бывает представлено "горючим". Однако следует знать и другие разновидности топлива. Так, металлы алюминий, магний, железо и др. при окислении так же могут выделять много теплоты. Окислителем вообще могут быть кислород воздуха, чистый кислород и его модификации (атомарный, озон), азотная кислота, перекись водорода и т.д.
Сейчас в основном используется ископаемое органическое горючее с окислителем - кислородом воздуха.
Различают три стадии преобразования исходного органического материала:
¨ торфяная стадия - распад высокомолекулярных веществ, синтез новых; при частичном доступе кислорода образуется торф и уголь, без доступа кислорода - нефть и газы;
¨ буроугольная стадия - при повышенной температуре и давлении идет полимеризация веществ, обогащение углеродом;
¨ каменноугольная стадия - дальнейшая углефикация.
Жидкая смесь углеводородов мигрировала сквозь пористые породы, при этом образовались месторождения нефти, газа; высокое содержание минеральных примесей приводило к возникновению горючих сланцев.
Твердое и жидкое органическое топливо характеризуется сложностью химического состава, поэтому обычно дается только процентное содержание (элементный или элементарный процентный состав топлива) химических элементов, без указания структур соединений.
Основной элемент, выделяющий теплоту при окислении - это углерод С, менее - водород Н. Особое внимание следует уделять сере S. Она заключена как в горючей, так и в минеральной части топлива. При сжигании сера влияет на коррозионную активность продуктов сгорания, поэтому это - нежелательный элемент. Влага W в продуктах сгорания представлена внешней ("мокрое" топливо), кристаллогидратной, образованной при окислении водорода. Минеральная часть А - это различные окислы, соли и другие соединения, образующие при сжигании золу.
Состав твердого и жидкого топлива выражается в % по массе, при этом за 100% могут быть приняты:
1) рабочая масса - используемая непосредственно для сжигания;
2) аналитическая масса - подготовленная к анализу;
3) сухая масса - без влаги;
4) сухая беззольная масса;
5) органическая масса.
Поэтому, например:
Состав топлива необходим для определения важнейшей характеристики топлива --теплоты сгорания топлива (теплотворная способность топлива).
Теплота сгорания топлива -- это количество тепловой энергии, которая может выделиться в ходе химических реакций окисления горючих компонентов топлива с газообразным кислородом, измеряется в кДж/кг для твердого и жидкого, в кДж/м 3 - для газообразного топлива.
При охлаждении продуктов сгорания влага может конденсироваться, выделяя теплоту парообразования. Поэтому различают высшую - без учета конденсации влаги, и низшую - теплоту сгорания, при этом:
Средние теплоты сгорания, кДж/кг(кДж/м 3)
мазут ……….………..40200
соляр…………………42000
торф………..………….8120
бурый уголь….……….7900
антрацит……………..20900
природный газ……….35800
Для сравнения различных видов топлива их приводят к единому эквиваленту - условному топливу , имеющему теплоту сгорания 20308 кДж/кг (7000 ккал/кг). Для пересчета реального топлива в условное используется тепловой эквивалент:
· для угля в среднем - 0,718;
· газа природного - 1,24;
· нефти - 1,43;
· мазут - 1,3;
· торфа - 0,4;
· дров - 0,25.
Твердое органическое топливо по степени углефикации делится на древесину, торф, бурый уголь, каменный уголь, антрацит.
Важной характеристикой, влияющей на процесс горения твердого топлива, является выход летучих веществ (убыль массы топлива при нагреве его без кислорода при 850 о С в течение 7 мин). По этому признаку угли делят на бурые (выход летучих более 40%), каменные (10 - 40%), антрациты (менее 10%). Воспламеняемость антрацитов поэтому хуже, но выше. Это надо учитывать при организации процесса сжигания.
Зола - порошкообразный горючий остаток, образующийся при полном окислении горючих элементов, термического разложения и обжига минеральных примесей.
Шлак - спекшаяся зола.
Эти продукты сгорания оказывают большое влияние на КПД топочного оборудования (загрязнения, зашлаковка), надежность работы (разрушение обмуровок, пережог труб).
Нефть в сыром виде редко используется как топливо, чаще всего для этой цели идут нефтепродукты. В зависимости от температуры перегонки нефтепродукты делят на фракции: бензиновые (200-225 о С); керосиновые (140-300 о С); дизельные (190-350 о С); соляровые (300-400 о С); мазутные (более 350 о С). В котлах котельных и электростанций обычно сжигается мазут, в бытовых отопительных установках - печное бытовое (смесь средних фракций).
К природным газам относится газ, добываемый из чисто газовых месторождений, газ конденсатных месторождений, шахтный метан и др. Основной компонент природного газа - метан. В энергетике используется газ, концентрация СН 4 в котором выше 30% (за пределами взрывоопасности).
Искусственные горючие газы - результат технологических процессов переработки нефти и других горючих ископаемых (нефтезаводские газы, коксовый и доменный газы, сжиженные газы, газы подземной газификации угля и др.).
Из композиционных топлив, как наиболее употребительное, можно назвать брикеты - механическая смесь угольной или торфяной мелочи со связующими веществами (битум и др.), спрессованная под давлением до 100 МПа в специальных прессах.
Синтетическое топливо (полукокс, кокс, угольные смолы) в Беларуси не используется.
Расщепляющееся топливо - вещество, способное выделять большое количество энергии за счет торможения продуктов деления тяжелых ядер (урана, плутония). В качестве ядерного топлива используется природный изотоп урана , доля которых во всех запасах урана менее 1%.
Природное топливо располагается в земной коре. Запасы угля в мире оцениваются в 14 триллионов тон (Азия - 63%, Америка - 27%). Основные запасы угля - Россия, США, Китай. Все количество угля можно представить в виде куба со стороны 21 км; из него ежегодно "выедается" человеком на свои разносторонние нужды "кубик" с ребром 1,8 км. Очевидно, при таком темпе потребления этого угля хватит на срок порядка 1000 лет. Поэтому, в общем разговоры о топливных и энергетических кризисах скорее имеют политическую, чем ресурсную подоплеку. Другое дело - уголь тяжелое, неудобное топливо, имеющее много минеральных примесей, что усложняет его использование, но главное - запасы его распределения крайне неравномерно.
Общеизвестны страны, обладающие самыми богатыми месторождениями нефти, при этом разведанные запасы нефти все время увеличиваются; прирост идет в основном за счет морских шельфов. Если некоторые страны берегут свои запасы в земле (США), другие (Россия) интенсивно их "выкачивают". Общие запасы нефти в мире ниже, чем угля, но более удобное для использования топливо, особенно в переработанном виде. После подъема через скважину нефть подается потребителям в основном нефтепроводами, железной дорогой, танкерами, расстояние может достигать нескольких тысяч километров. Поэтому в себестоимости нефти существенную долю имеет транспортная составляющая. Энергосбережение при добычи и транспортировке жидкого топлива заключается в уменьшении расхода электроэнергии на прокачку (удаление вязких парафинистых компонентов, нагрев нефти, применение экономичных насосов, увеличение диаметров нефтепроводов).
Природный газ располагается в залежах, представляющих собой купола из водонепроницаемого слоя (типа глины), под которым в пористой среде (передатчик) под давлением находится газ, состоящая в основном из СН 4 . На выходе из скважины газ очищается от песчаной взвеси, капель конденсата и других включений и подается на магистральный газопровод диаметром 0,5…1,5 м длиной несколько тысяч километров. Давление газа в газопроводе поддерживается на уровне 5 МПа при помощи компенсаторов, установленных через каждые 100…150 км. Компрессоры вращаются газовыми турбинами, потребляющими газ, общий расход газа составляет 10…12% от всего прокачиваемого. Поэтому транспорт газообразного топлива весьма энергозатратен. Транспортные расходы намного ниже для сжигания газа, но и доля его потребления мала. Энергосбережение при добычи и транспорте газообразного топлива заключается в использование передовых технологий бурения, очистки, распределения, повышения экономичности газотурбинных установок для привода компрессоров магистралей.
Для всех видов топлива коэффициент извлечения из недр составляет 0,3…0,6, а для его увеличения требуется существенные затраты.
1.3. Основные типы электростанций.
Электрическая станция – предприятие или установка, вырабатывающая электроэнергию путем преобразования других видов энергии.
Электрические станции вырабатывают электрическую и тепловую энергию для нужд народного хозяйства страны и коммунально-бытового обслуживания. В зависимости от источника энергии различают:
· тепловые электростанции (ТЭС);
· гидроэлектрические станции (ГЭС);
· атомные станции (АЭС) и др.
Энергетический ресурс - это запасы энергии, которые при данном уровне техники могут быть использованы для энергоснабжения. Это широкое понятие относится к любому звену «энергетической цепочки», к любой стадии энергетического потока на пути от природного источника стадии потребления энергии.
Энергоресурсы классифицируются в зависимости от целей и задач классификации. Если за основу взять стадии энергетического потока, то рассматривать следующие виды энергетических ресурсов, энергии энергоносителей:
- природные энергетические ресурсы , которые, в свою очередь подразделяются на: топливные: органическое топливо-уголь, нефть, газ, сланцы, торф, дрова и некоторые другие (например, битуминозные пески); расщепляющиеся материалы (ядерное горючее) – уран 235 и 238; нетопливные: гидроэнергия, энергия Солнца, ветра, приливов, морских волн, геотермальная энергия и некоторые другие виды (например, энергия разности температурных потенциалов океанских глубин и поверхности);
- облагороженные (обогащенные) энергоресурсы : брикеты, концентраты, сортовой уголь, промпродукт, шлам, отсев;
- переработанные энергоресурсы : светлые нефтепродукты, мазуты, прочие темные нефтепродукты, кокс, полукокс, коксовая мелочь, уголь древесный, смола, антрацит;
- преобразованные энергетические ресурсы : электроэнергия, лота, сжатый воздух и газы (азот, кислород, водород, аргон, оксид, углерода и др.), генераторный газ, коксовый газ, сланцевый газ, газ нефтепереработки, биогаз и некоторые другие (например, жидкое топливо, получаемое из низкокачественных углей);
- побочные (вторичные) энергоресурсы : горючие производственные и непроизводственные отходы (твердые, жидкие, газообразные); тепловые отходы (преимущественно жидкие и газообразные); избыточное давление продуктов и промежуточных продуктов (переделов).
Мировые запасы топливно-энергетических ресурсов . Учет мировых запасов топливно-энергетических ресурсов и перспективы их использования представляют собой глобальную проблему, постоянно заботящую мировую научную общественность. Европейское объединение независимых экспертов «Римский клуб», готовит периодические доклады о путях развития человечества, где существенное место занимают топливноэнергетические вопросы. Так, в 70-е годы XX в. в связи с энергетическим кризисом 1972 г. общие мировые запасы органических топлив с учетом экономически оправданной извлекаемости оценивались (с округлением) всего в 1 трл.т (в условном исчислении). Если принять за основу перспективных расчетов тенденции прошлого - удвоение суммарного мирового энергопотребления каждые 20 лет, то при потреблении в 2000 и последующих годах (при стабилизации потребления) по 20 млрд, т этих запасов должно было бы хватить всего на 50 лет, т. е., считая от 1980 г., только до 2030 г.
Следует отметить, что аналогичные опасения возникали у человечества также в начале XX века, когда прогнозировалась исчерпаемость топливных запасов (преимущественно угля) к 60-м годам. Однако тогда мировая энергетика находилась на другом, значительно более низком уровне развития и соответственно значительно хуже были исследованы топливные месторождения, а некоторые из них вообще еще не были открыты. Тогда мировая общественность впервые задумалась о поиске новых видов энергии для будущего удовлетворения своих постоянно растущих потребностей. Именно тогда были предложены многие из известных сегодня альтернативных, так называемых «возобновляемых» видов энергии: солнечная, геотермальная, энергия ветра, приливов и отливов, движения волн, разница термического потенциала поверхности и глубин мирового океана и многое другое .
При дополнительных исследованиях и уточнениях после 1980 г. во время своеобразной «инвентаризации» мировых запасов цифры стали более оптимистичными - природного органического топлива должно хватить на весь XXI в. Однако все эти прогнозы, как и в начале века, дали ощутимый толчок к поиску возобновляемых энергоресурсов, альтернативных органическому топливу.
По данным ЮНЕСКО в недрах Земли содержится 10 16 т (10 10 Гига-тонн - Гт; 1 Гт = 1 млн. т) ископаемого углерода. К сожалению, не весь он легко или рентабельно добываем.
Уголь является после дров самым широко применяемым видом природного органического топлива. Известные, доступные для разработки, запасы угля оцениваются в 600 Гт (примерно в 4 раза больше добытого). Возможно, что запасы угля на Земле достигают 10 000Гт. Предполагается, что 2500 Гт из них доступны для разработки.
Нефть , по оценкам ЮНЕСКО, использована примерно на 1/3 от уровня и доступных для разработки мировых запасов. Доказанные запасы составляют 884 Гт, однако в конечном счете пригодными для добычи могут оказаться около 300 Гт. В последние годы открываются или уточняются по запасам месторождения нефти общим объемом около 5 Гт ежегодно, т.е. больше, за год. Предполагается, что в настоящее время достигнут максимум добычи нефти, после чего ее мировое производство и потребление начнут снижаться.
Природный газ к настоящему использован примерно на 40 % его известных запасов, около 590 Гт, причем его извлекаемость больше, чем у нефти, и составить также примерно 300 Гт. Максимум производства и потребления ожидается в 2010 г., когда его потребление в 3- раза превысит существующее.
Горючие сланцы и битуминозные пески - наименее эффективные виды ископаемого органического топлива. Из них, правило, добывается нефть, причем значительная часть добываемого сырья составляет пустая порода. Так, в бывшем СССР ежегодно перерабатывалось 35 млн. тонн сланцев, из которых извлекалось около 12 т нефти.
Доказанные на по оценкам 70-80-х годов XX в. составляют примерно 900 млрд. т в пересчете на угольный эквивалент (с теплотой сгорания 6000 ккал/кг). В числе: уголь - 600 млрд.т, нефть - 200 млрд.т, газ - 100 млрд.т; потребление энергии в год - 5 млрд.т. Позже мировые запасы несколько переоценены, и современные цифры, особенно по запасам угля, существенно выше.
Среди возобновляемых источников энергии наиболее существенными признаются следующие.
Геотермальная энергия . Каждый квадратный метр поверхности Земли постоянно излучает около 0,06 Вт-слишком малая величина, чтобы ее мог ощутить человек. Однако в целом планета ежегодно теряет около 2,8- 10 14 кВт ч. При таких темпах Земля должна бы остыть до температуры космического пространства через 200 млн. лет. Но тот факт, что Земле уже 4,5 млрд. лет, означает, что энергия поступает изнутри нее, и именно от нагрева в результате радиоактивного распада определенных изотопов в горных породах земной коры, находящихся порой на значительной глубине. Известно понятие геотермический градиент : температура земных недр возрастает на 30°С с увеличением глубины на 1 километр. В некоторых районах геотермическая активность усиливает этот эффект и температура может повышаться до 80°/км. Однако пар геотермального происхождения имеет температуру выше 300 °С, что ограничивает эффективность его использования. Таким образом, геотермальная энергия - это фактически разновидность ядерной энергии.
В настоящее время действует около 20 геотермальных электростанций мощностью от нескольких МВт до 500 МВт каждая. Их общая мощность около 1,5 ГВт (1 ГВт = 10 3 МВт = 10 6 кВт). В среднем одна буровая скважина, пробуренная на нужную глубину (от сотен метров до километра в зависимости от характера земной коры), может дать около 5 MВт, и срок ее действия-10 - 20 лет.
Приливные волны Мирового океана несут около 3 ТВт знергии (1 ТВт = 10 12 Вт= 10 9 кВт= 10 6 МВт = 10 3 ГВт). Однако ее получение рентабельно лишь в нескольких районах планеты, где приливы особенно высоки, например, в некоторых районах Ла-Манша и Ирландского моря вдоль побережья Северной Америки и Австралии и на отдельных участках Белого и Баренцева морей.
По техническим причинам приливные станции работают лишь на 25 % своей нормативной мощности, так что из общего потенциала 80 ГВт может быть использовано лишь 20 ГВт. Несколько лет действует одна из самых крупных приливных электростанций близ Ла-Ранс (Франция) проектной мощностью 240 МВт, которая при довольно небольших затратах производит 60 МВт.
Волны Мирового океана содержат еще около 3 ТВт энергии. Обычная волна в Северном море несет 40 кВт энергии на каждый метр длины на протяжении 30 % времени своего существования и около 10 кВ на метр в течение 70 % времени. Расчетные данные о том, какую энергию можно получить от волн, сильно расходятся. Согласно одним - это 100 ГВт во всем мире, по другим - 120 ГВт можно получить лишь у берегов Англии. Несколько экспериментальных прототипов волновых энергетических установок построено в Англии и Японии.
Дующие на Земле ветры обладают энергией в 2700 ТВт, но лишь 1/4 часть их находится на высоте до 100 метров над поверхностью Земли. Если на всех континентах построить ветряные установки, беря в расчет только поверхность суши и учитывая неизбежные потери, то это может дать максимум 40 ТВт. Однако даже 1/10 часть этой энергии превышает весь гидроэнергетический потенциал. При использовании энергии ветра человечество столкнулось с неожиданными проблемами. В США на побережье Флориды были сооружены мощные ветряки с диаметром лопастей свыше 3-х метров. Оказалось, что эти установки генерируют довольно мощное излучение неслышимого инфразвука, который, во-первых удручающе действует на человеческую психику, а во-вторых, резонирует естественные колебания таким образом, что на расстоянии нескольких километров дрожат и лопаются стекла в домах, стеклянная посуда, люстры и т.п. Изменение (уменьшение) диаметра ветряных установок пока не дало положительных результатов, так что дальнейшее сооружение подобных генераторов является проблематичным.
Гидроэнергия . На Земле имеется 10 18 т воды, однако лишь 1/2000 часть ее ежегодно вовлекается в круговорот, испаряясь и вновь выпадая на поверхность в виде дождя и снега. Но даже эта ничтожная доля составляет 500 000 км 3 воды. Ежегодно из океанов испаряется 430 000 и с суши 70 000 км 3 воды. Из них 390 000 км 3 воды выпадает в виде осадков обратно в океаны и 110 000 - на сушу. Таким образом, ежегодно 40 000 км 3 воды стекает с континентов в океаны. Средняя высота континентов - 80 м.
Энергетический потенциал гидроресурсов, использовать который экономически целесообразно, в России составляет порядка 1 трлн. кВт ч/год, в том числе на больших и средних реках около 850 млрд. кВт.ч/год. По этому показателю мы занимаем второе место в мире после Китая (табл. 2.1).
Таблица 2.1. Использование гидроэнергетического потенциала
| Страна | Экономический гидроэнергетический потенциал, млрд. кВт.ч/год | Выработка электроэнергии на ГЭС, млрд. кВт.ч/год | Доля использованного экономического потенциала |
| Китай | 92,0 | 7,0 | |
| США | 330,0 | 46,8 | |
| Бразилия | 165,4 | 25,2 | |
| Канада | 304,3 | 56,9 | |
| Индия | 51,0 | 27,6 | |
| Япония | 91,5 | 69,3 | |
| Норвегия | 106,5 | 81,9 | |
| Швеция | 64,9 | 76,4 | |
| Франция | 71,6 | 89,5 | |
| Италия | 44,5 | 70,6 | |
| Россия | 160,1 | 18,8 |
Тепловая энергия океанов . мировой океан поглощает 70% солнечной энергии, падающей на Землю. В океанских течениях заключено 5-8 Твт энергии. Перепад температур между холодными водами на глубине несколько сот метров и теплыми водами на поверхности океана представляет собой огромный источник энергии, оцениваемый в 20-40 тыс.ТВт, из которых практически могут быть освоены лишь 4 ТВт.
Солнечная энергия . Энергетическая отдача Солнца равнозначна сжиганию или превращению в энергию массы в количестве 4,2-10 6 т/с. Учитывая, что общая масса Солнца составляет 22 10 26 т, можно подсчитать, что Солнце будет продолжать выделять энергию еще в течение 2000 млрд. лет. Земля, находящаяся от Солнца на расстоянии 150 млн. км, получает приблизительно 2 миллиардные доли общего излучения Солнца. Общее количество энергии Солнца, достигающей поверхности Земли за год, в 50 раз превышает всю ту энергию, которую можно получить из доказанных запасов ископаемого топлива, и в 35 000 раз превышает нынешнее ежегодное потребление энергии в мире. Из общего количества энергии отражение от поверхности Земли - 5 %, отражение облаками - 20 %, поглощение самой атмосферой - 25 %, рассеивается в атмосфере, но достигает земли - 23 %, достигает земли непосредственно 27%, всего на поверхности Земли - 50 %. Среднее количество солнечной энергии, попадающей в атмосферу Земли, 1,353 кВт/м 2 или 178000 ТВт. Гораздо меньшее ее количество достигает поверхности Земли, а доля, которую можно использовать, еще меньше. Среднегодовая цифра составляет 10 000 ТВт, что примерно в 1000 раз превышает нынешнее потребление энергии в мире. Максимальное солнечное облучение достигает 1 кВт/м 2 , но это длится лишь в течение 1-2 ч в разгар летнего дня. В большинстве районов мира среднее облучение солнечным светом составляет порядка 200 Вт/м 2 .
Один из методов получения солнечной энергии заключается в нагреве парового котла турбины с помощью системы зеркал, собирающих солнечный свет. Солнечная электростанция мощностью 10 МВт потребует около 2000 рефлекторов площадью по 25 м 2 каждый. Другой путь - использование фотоэлементов, которые непосредственно преобразуют солнечную энергию в электричество, обычно с КПД 10-15 %. Небольшие установки мощностью 250-1000 кВт существуют, однако они дороги из-за высокой стоимости фотоэлементов. При массовом производстве таких установок есть надежда сократить затраты до уровня, при котором станет осуществимой электрификация изолированных поселений с помощью фотоэлементных установок.
Солнечное топливо . Около 90 % солнечной энергии, накопленной на поверхности Земли, сосредоточено в растениях. Общее количество такой энергии - около 635 ТВт-лет, что примерно равно количеству энергии, содержащейся в наших запасах угля.
Однако сегодня для энергетического использования низкокалорийного древесного и древовидного топлива нецелесообразно его прямое сжигание. На базе низкокачественной древесины, древесных отходов, горючего мусора, фекальных стоков и отбросов цивилизации возникла и развивается биоэнергетика, позволяющая с помощью бактерий, в том числе анаэробных, перерабатывать органическую массу в топливо, преимущественно - в метан.
Оценивая современное и перспективное использование нетрадиционных источников энергии, мировая научная общественность сходится на следующих цифрах (табл. 2.2).
Таблица 2.2. Современное и прогнозируемое использование и возобновляемых источников энергии в мире, млрд. кВт.ч
| Источник | Современное использование | Начало ХХI в. |
| Солнце | 2-3 | 2000-5000 |
| Геотермальная энергия | 1000-5000 | |
| Ветер | 1000-5000 | |
| Приливы | 0,4 | 3-60 |
| Энергия волн | ||
| Тепловая энергия океанов | ||
| Биомасса | 550-700 | 2000-5000 |
| Древесное топливо | 10 000-12 000 | 15 000-20 000 |
| Древесный уголь | 2000-5000 | |
| Торф | ||
| Тягловые животные | 30 (в Индии) | |
| Горючие сланцы | ||
| Битуминозные пески | ||
| Гидроэнергия | ||
| Итого (округленно): | 12 000- 13 000 | 30 000-53 000 |
Общая картина добычи и производства различных видов первичной энергии и энергетических ресурсов в будущем приведена в табл. 2.3.
Таблица 2.3. Варианты производства первичной энергии в мире в 1975-2030 гг., ТВт - год в год.
МИНОБРНАУКИ РОССИИ
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования
«Вологодский государственный университет»
Инженерно-строительный факультет
Кафедра теплогазоснабжения и вентиляции
Контрольная работа
Дисциплина
«Внутренние энергетические ресурсы промышленных производств»
«Классификация топливно-энергетических ресурсов. Виды возобновляемых энергоресурсов»
Выполнил
студент группы ЗСТ-32
Юрецкая Е.А.
Проверил, принял
Сыцянко Е.В.
Вологда - 2015
ВВЕДЕНИЕ
В настоящее время вопрос экономного использования ресурсов является одним из ключевых как в деятельности отдельных предприятий, так и в функционировании всего государства в целом.
В широком смысле ресурсы можно определить как совокупность средств труда, которые предприятие использует для достижения собственных целей и удовлетворения потребностей. Одной из ключевых статей в структуре себестоимости являются материальные ресурсы.
Все многообразие материальных ресурсов, обозначенных в экономике народного хозяйства как предметы труда, условно можно подразделить на сырьё и материалы и топливо и энергию. В энергетическом секторе мирового хозяйства ведущую роль играют топливно-энергетические ресурсы - нефть, нефтепродукты, природный газ, каменный уголь, энергия (ядерная, гидроэнергия). Среди топливно-энергетических ресурсов особое место занимают нефть и природный газ. Эта группа товаров сохраняют роль лидеров среди прочих товарных групп в международной торговле, уступая только продукции машиностроения.
1. КЛАССИФИКАЦИЯ ТОПЛИВНО-ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ РЕСУРСОВ
топливный энергетический горючий тепловой
Топливно-энергетические ресурсы (ТЭР) - совокупность всех природных и преобразованных видов топлива и энергии, используемых в республике.
Топливно-энергетические ресурсы - совокупность природных и произведенных энергоносителей, запасенная энергия которых при существующем уровне развития техники и технологии доступна для использования в хозяйственной деятельности.
Топливно-энергетические ресурсы делятся на первичные и вторичные.
К первичным энергетическим ресурсам относят те ресурсы, которые люди получают непосредственно из природных источников для последующего преобразования в другие виды энергии, либо для непосредственного использования. Часто первичные ресурсы должны быть извлечены и подготовлены к дальнейшему использованию. Первичные ресурсы подразделяют на возобновляемые и невозобновляемые.
Вторичные энергетические ресурсы - энергетические ресурсы, получаемые в виде побочных продуктов основного производства или являющиеся такими продуктами.
Топливно-энергетические ресурсы включают не только источники энергии, но и произведенные энергетические ресурсы: тепловую энергию (в первую очередь энергию горячей воды и водяного пара) и электрический ток.
Произведенные энергетические ресурсы получают, используя энергию первичных и вторичных энергоресурсов. Электрическая энергия впоследствии может быть снова преобразована в другие виды энергии.
Основные виды энергетических ресурсов представлены схеме, изображенной на рис. 1.
Вторичные топливно-энергетические ресурсы делятся на три основные группы:
Рис. 1 - Виды топливно-энергетических ресурсов
горючие (топливные), которые включают в себя энергию технологических процессов химической и термохимической переработки сырья, а именно горючие газы, твёрдые и жидкие топливные ресурсы, которые не пригодны для дальнейших технологических преобразований;
тепловые - это тепло отходящих газов при сжигании топлива, тепло воды или воздуха, использованных для охлаждения технологических агрегатов и установок, теплоотходов производств;
энергоресурсы избыточного давления (напора) - это энергия газов, жидкостей и сыпучих тел, покидающих технологические агрегаты с избыточным давлением (напором), которое необходимо снижать перед следующей ступенью использования этих жидкостей, газов, сыпучих тел или при выбросе их в атмосферу, водоёмы, ёмкости и другие приёмники. Энергетические ресурсы избыточного давления преобразуются в механическую энергию, которая либо непосредственно используется для привода механизмов и машин, либо преобразуется в электрическую энергию.
Невозобновляемые это естественно образовавшиеся и накопившиеся в недрах планеты запасы веществ, способные при определенных условиях высвобождать заключенную в них энергию. Но образование новых веществ и накопление в них энергии происходит значительно медленнее, чем их использование. К ним относятся ископаемые виды топлива и продукты их переработки: каменный и бурый уголь, сланцы, торф, нефть, природный и попутный газ. Особыми видами невозобновляемых энергетических ресурсов являются расщепляющиеся (радиоактивные) вещества, находящиеся в недрах нашей планеты.
Из двух возможных природных источников ядерной энергетики - урана и тория, пока в практическом использовании находится лишь уран. В будущем возможно потребуется и торий
Суммарные ресурсы урана, использованные в атомной энергетике, не могут оцениваться по количеству его добычи из недр. Как известно, некоторая его часть была использована и для других целей, в частности для производства оружия. Однако основная часть добытого урана сегодня находится в хранилищах облученного ядерного топлива (ОЯТ), т.к. КПД использования энергии заключенной в уране, к сожалению не превышает 1%. В мире пока используются в основном легководные реакторы на тепловых нейтронах в открытом топливном цикле, без использования технологий рециклинга ОЯТ.
ВИДЫ ВОЗОБНОВЛЯЕМЫХ ЭНЕРГОРЕСУРСОВ
Согласно Энергетической стратегии России до 2020 г. экономический обоснованный потенциал возобновляемых источников энергии составляет 270 млн т у.т. В то же время без учета большой гидроэнергетики использование ВЭР в России составляет 32 кг у.т. на 1 чел. в год, что в 10 раз меньше, чем в США и в 70 меньше, чем в Финляндии.
Латвия увеличила долю ВЭР в топливном балансе страны до 36%. Лучше из европейских стран только Швейцария, где этот показатель достиг 41%. Согласно предложению Еврокомиссии доля ВЭР к 2020 г. должна быть доведена до 20% у каждого члена ЕС. В электроэнергетике России этот показатель не превышает 1%, а по тепловой энергии составляет менее 5%.
Причины необходимости использования ВЭР:
запасы других энергоресурсов не безграничны;
при сжигании органического топлива оно превращается в отходы, по массе превышающие первичное топливо;
при массовой добыче изменяются ландшафты (карьеры, перемещенный грунт, золоотвалы и т.д.), изменяется уровень грунтовых вод;
добыча нефти и газа может приводить к необратимой деформации земной коры;
негативное воздействие на растительный и животный мир;
глобальное потепление.
Использование возобновляемых энергоресурсов даже без сокращения объемов потребления тепловой и электрической энергии позволит снизить потребление первичного топлива.
В повседневной жизни мы редко задумываемся о гигантских термических процессах внутри земли, о ее вращении, притяжении к другим планетам и звездам, о гигантских космических энергетических потоках, не поддающихся простому обывательскому осмыслению. В то же время даже привычных возобновляемых энергоресурсов, которые можно использовать с поверхности земли, хватит для развития человечества еще на много поколений.
В традиционном понимании к ВЭР относятся:
энергия солнца;
энергия ветра;
энергия водных потоков;
энергия морских приливов и волн;
высокопотенциальная геотермальная энергия;
низкопотенциальная энергия земли, воздуха и воды;
биомасса;
биогаз, свалочный и шахтный газ,
а также промышленные и бытовые отходы, образующиеся в результате деятельности главного загрязнителя планеты - человека.
Коллекторы солнечных батарей
Ресурсы: солнечное излучение. Месторасположение: повсюду. Сфера использования: отопление, обеспечение горячей водой. Диапазон мощности: от 1,5 до 200 МВт.ч/в год, причем в долгосрочной перспективе верхнего предела мощности не существует. Расходы на производство тепловой энергии составляют сегодня: 20 - 50 пфеннигов/кВт.ч.
Энергия ветра
Ресурсы: кинетическая энергия ветра. Месторасположение: по всему миру, главным образом, на побережье и вершинах гор. Сфера использования: производство электроэнергии. Диапазон мощности: от 0,05 кВт до 2,5 МВт на одну установку, ветряные фермы на 100 МВт и более. Расходы на производство электроэнергии составляют сегодня: 8 - 30 пфеннигов/кВт.ч.
Все ветряные мельницы работают по так называемому принципу сопротивления: оказывая своими крыльями сопротивление ветру, они могут преобразовывать максимум 15 процентов силы ветра. Современные ветроэнергетические установки работают по принципу подъемной силы, когда, как у самолета, используется подъемная сила встречного ветра.
Энергия воды
Ресурсы: энергия воды при её движении и падении с высоты. Месторасположение: горы, реки. Сфера использования: производство электроэнергии, аккумулирование энергии. Диапазон мощности: гидроаккумулирующие гидроэлектростанции и ГЭС на не зарегулированном стоке до 5 000 МВт. Расходы на производство электроэнергии составляют сегодня: 5 - 10 пфеннигов/кВт.ч.
Гидроресурсы обеспечивают около 4% производимой в Германии электроэнергии. Сегодня в эксплуатации находится около 5 500 ГЭС общей мощностью 3 500 МВт.
Биомасса
Ресурсы: древесина, зерновые культуры, сахаро- и крахмалосодержащие растения, масличные растения. Месторасположение: по всему миру при наличии биомассы. Сфера использования: производство тепла, комбинированная выработка тепла и электроэнергии, в виде топлива. Диапазон мощности: от 1 кВт до 30 МВт. Расходы: при выработке тепла 4 - 20 пфеннигов/кВт.ч; при получении тока 12 - 20 пфеннигов/кВт.ч.
Существует множество вариантов использования биомассы для выработки энергии. При этом первостепенное значение имеют, прежде всего, растения с высоким содержанием обменной энергии и древесина.
Ресурсы: органические отходы. Месторасположение: по всему миру в зависимости от наличия отходов. Сфера использования: производство тепла, комбинированная выработка тепла и электроэнергии. Диапазон мощности: 20 кВт - 10 МВт. Расходы на сегодня: при выработке тепла 5 - 15 пфеннигов/кВт.ч; при получении электроэнергии 12 - 30 пфеннигов/кВт.ч.
Биогаз возникает при разложении органических веществ специальными метановыми бактериями.
Геотермальная энергия
Ресурсы: тепло земных недр. Месторасположение: повсюду. Сфера использования: отопление и охлаждение, сезонное аккумулирование холода и тепла, технологическое тепло, выработка электроэнергии. Диапазон мощности: вблизи поверхности: 6 - 8 кВт; на углубленных пластах: до 30 МВт. Издержки производства: при выработке тепла 4 - 12 пфеннигов/кВт.ч; при получении тока 15 - 20 пфеннигов/кВт.ч.
Геотермальная энергия представляет собой тепло, пробивающееся из недр Земли на её поверхность. Пригодное для использования тепло зависит от глубины, на которой производится отбор геотермальной энергии. Через каждые 100 метров становится теплее на приблизительно 3° по Цельсию. Принцип использования тепла недр Земли довольно прост: под Землю закачивается вода, там она нагревается и затем подается наверх. Частично используются также природные термальные воды. Из-за высоких расходов на установку оборудования геотермальная энергия пока используется довольно редко.
Все вышеперечисленные виды энергии потенциально не принадлежат никому на территории страны. Поэтому их может использовать в личных целях любой гражданин или предприятие. На данном этапе развития общество еще не задумывается всерьез о применении всех этих видов энергии. Тем не менее, определенные разработки в этом направлении уже ведутся. Так, в настоящее время начато производство автомобилей с гибридными двигателями, которые имеют возможность работать на водороде. Это первый шаг к тому, чтобы начать перестраивать производственные циклы по получению энергии.
Особенность возобновляемых ресурсов в том, что они образуются вне зависимости от деятельности человека. Не зависимо от того, найдет ли человек применение всему этому потенциалу или нет, независимые источники энергии будут существовать и увеличиваться. Это преимущество подталкивает человечество к тому, чтобы начать масштабные разработки в плане применения этих видов энергии в хозяйственных и промышленных целях.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Развиваясь, человечество начинает использовать все новые виды ресурсов (атомную и геотермальную энергию, солнечную, гидроэнергию приливов и отливов, ветряную и другие нетрадиционные источники). Однако, главную роль в обеспечении энергией всех отраслей Экономики сегодня играют топливные ресурсы. Это четко отражает «приходная часть» топливно-энергетического баланса. Топливно-энергетический комплекс тесно связан со всей промышленностью страны. На его развитие расходуется более 20% денежных средств. На ТЭК приходиться 30% основных фондов и 30% стоимости промышленной продукции России. Он использует 10% продукции машиностроительного комплекса, 12% продукции металлургии, потребляет 2/3 труб в стране, дает больше половины экспорта РФ и Значительное количество сырья для химической промышленности. Его доля в перевозках составляют 1/3 всех грузов по железным дорогам, половину перевозок морского транспорта и всю транспортировку по трубопроводам.
Топливно-энергетический комплекс имеет большую районо образовательную функцию. С ним напрямую связано благосостояние всех граждан России, такие проблемы, как безработица и инфляция. Наибольшее значение в топливной промышленности страны принадлежит трем отраслям: нефтяной, газовой и угольной, из которых особо выделяется нефтяная.
Роль топливно-энергетических ресурсов состоит в том, что они необходимы для производственного цикла и выпуска продукции предприятия. Энергоресурсы напрямую влияют на себестоимость и конкурентоспособность выпускаемой и реализованной продукции.
СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ
1.Арнов Р.И. Состав и структура топливно-энергетических ресурсов промышленного предприятия. - М: Информ, 2007.
Априжевский А.А. Энергосбережение и энергетический менеджмент. - Минск: Высш. шк., 2005.
Зайцев Н.Л. Экономика промышленного предприятия. - М.: ИНФРА-М, 2005.
Петронев С.И. Использование топливно-энергетических ресурсов в промышленности.- СПб: Пресс, 2008
Репетиторство
Нужна помощь по изучению какой-либы темы?
Наши специалисты проконсультируют или окажут репетиторские услуги по интересующей вас тематике.
Отправь заявку
с указанием темы прямо сейчас, чтобы узнать о возможности получения консультации.
Ресурсов Солнца и космоса;
Минерального сырья, используемого в качестве топлива;
Атомно-энергегических источников;
Ресурсов движущейся воды и ветра;
Геотермальных источников энергии.
Потребление энергии постоянно растет. Уровень ее потребления признается важнейшим показателем развития экономики страны.
В настоящее время в мире существует и все более обостряется проблема дефицита энергетических ресурсов. Путями выхода из энергетического кризиса признаются использование альтернативной энергетики (возобновимых энергоресурсов) и снижение потребления энергии. Решение проблемы ученые и политики видят в пропаганде идей умеренного энергопотребления и во внедрении малоэнергоемких технологий. Но перспективным и кардинальным признается первый путь. Все без исключения возобновимые энергоресурсы оказывают минимальное негативное влияние на природу. Они доступны и почти всегда выгодны, экономят средства, затрачиваемые на то, чтобы передавать электроэнергию на большие расстояния и распределять ее. Использование возобновимых источников энергии уже получило признание в мире как одна из основ экологически ответственной мировой экономики.
Главным стимулом развития альтернативной энергетики является то, что легкодоступные запасы традиционных энергетических ресурсов (газ, нефть, уголь) уменьшаются год от года, а стоимость этих видов топлива на мировом рынке постоянно растет. Использование традиционных энергоресурсов всегда связано с загрязнением окружающей среды. На атомных электростанциях все еще недостаточен уровень надежности, при том, что тяжесть последствий от аварий на них очень высока. Остро стоят проблемы вторичной переработки и захоронения отработанного ядерного топлива.
Альтернативная энергетика основана на использовании возобновляемых источников энергии. Альтернативная энергетика, как правило, использует меньшие системы, которые менее сложны, и их можно строить без крупных капиталовложений. Это системы, использующие ветроэнергетические ресурсы, солнечную энергию, энергию морского прибоя и термальных вод.
Запасы солнечной энергии практически неисчерпаемы. Интенсивность солнечного света в южных широтах весьма высока. Во всем мире идет разработка эффективных методов преобразования солнечной энергии в электрическую или тепловую. Прогнозируется, что солнечная энергия сможет покрыть значительную долю быстро растущей потребности человечества в энергии. В последние годы стоимость наземных солнечных батарей снизилась во много раз.
Энергия ветра тоже является практически неисчерпаемым ресурсом и уже получила существенное распространение в энергетике. Ее целесообразно использовать в труднодоступных районах, удаленных от источников централизованного электроснабжения, а также для мелких, рассредоточенных потребителей энергии. Значительная часть ветроэнергетических установок уже сейчас находит применение в сельском хозяйстве (для подъема воды из скважин и подачи ее потребителям, для мелиорации земель). Но они требуют дорогостоящих аккумулирующих устройств для накопления электроэнергии, что значительно повышает стоимость ветровой энергии.
Гидроэнергия — энергия движущейся воды рек, энергия волн, океанических течений — относятся к возобновимым ресурсам. Она используется на электростанциях для приведения в движение турбин электрогенераторов. Их условно относят к экологически чистым источникам энергии, так как они не загрязняют окружающую среду, но при установке их на реках нарушаются условия существования водной флоры и фауны, затопляются пойменные земли. Тем не менее, гидроэлектростанции наиболее распространены в настоящее время.
Источниками геотермальной энергии служат химические реакции и радиоактивные процессы в земной коре. Температура на глубине 2—3 тыс. метров превышает 100 °С. Воды с таких глубин выводят на поверхность по пробуренным скважинам. Энергия термальных вод используется в основном для нужд населенных пунктов, расположенных вблизи источников. При этом по себестоимости тепловая энергия термальных вод примерно в 4 раза ниже, чем тепловая энергия, получаемая от обычных котельных.
Энергетические ресурсы - это больше для промышленного и бытового использования источника различных видов энергии: механической, тепловой, химической, электрической, ядерной.
К невозобновляемых энергоресурсов относятся в первую очередь различные виды минерального топлива: нефть, природный газ, уголь, горючие сланцы, торф, другие каустобиолиты (горючие ископаемые горные породы органического происхождения) нефтяного и угольного рядов, а также радиоактивные (преимущественно урановые) руды. Они используются в современном мировом хозяйстве как топливно энергетическое сырье особенно широко и поэтому нередко называются "традиционными энергоресурсами", то есть источниками энергии для традиционной энергетики (теплоэнергетики, гидроэнергетики, ядерной энергетики). В принципе все перечисленные энергоресурсы способны к восстановлению, но сроки их восстановления измеряются в масштабах геологического времени.
К возобновляемых энергоресурсов (ресурсов "одного урожая") относятся: энергия Солнца; энергия ветра; энергия течений воды
(Преимущественно гидравлическая энергия рек), волн, приливно-отливные энергия; тепловая энергия Земли (в том числе геотермальная), воздух, морей и океанов; энергия биомассы. Они являются источниками энергии для нетрадиционной энергетики (малой гидроэнергетики, ветроэнергетики, гелиоэнергетики, геотермальной энергетики, биоэнергетики и т.д.). Возобновляемые энергоресурсы постоянно возобновляются за счет естественного поступления за сроки, которые соизмеримы со сроками их эксплуатации, поэтому их условно можно отнести к "неисчерпаемых" природных ресурсов.
Углеводородное сырье. В пределах территории Украины выделяются три нефтегазоносные районы: Восточный (Днепровско-Донецкая впадина и северо-западная часть Донбасса), Западный (Волыно-Подольская плита, Прикарпатье, Карпаты и Закарпатье) и Южный (Причерноморье, Крым и шельф в пределах исключительной (морской) экономической зоны Черного и Азовского морей). Государственным балансом запасов полезных ископаемых учтено запасы нефти, газа и газового конденсата за 381 месторождением. Основное их количество - 211 - сосредоточена в Восточном регионе, сто двенадцатый Западном, сорок пятый Южном. Объем ежегодной добычи жидких углеводородов за последние годы в среднем на 4 млн. Т нефти с конденсатом, что составляет 10%, потребляемых в стране. В целом в течение 2011 - 2020 гг. Планируется увеличить 32500000. Т, а в течение 2021 - 2030 - 40 млн. Т нефти и конденсата. Добыча природного газа с середины 1970-х годов в Украине снизился с 68,3 до 20 млрд. М3 и продолжает снижаться, а добыча нефти уменьшился с 11,6 до 3500000. Т. Основными причинами сокращения добычи углеводородного сырья является резкое уменьшение объемов геологоразведочных работ (что привело к значительному снижению прироста запасов углеводородного сырья) и истощения нефтегазовых месторождений. Объем ежегодной добычи природного газа в Украине за последние годы в среднем на 18-20 млрд. М, что составляет 20% от потребляемых в стране. В целом в течение 2011 - 2020 гг. Планируется увеличить 127 млрд. М3, а в течение 2021 - 2030 - 160 млрд. М3 газа (Общегосударственная программа развития минерально-сырьевой базы Украины на период до 2030 года).
Кроме традиционной газообразной углеводородного сырья интерес представляют нетрадиционные источники природного газа (сланцевый газ, метан угольных пластов, газогидраты). Следует заметить, что значительные резервы нетрадиционного газа Украины составляют: газ низко-проницаемых коллекторов центрально-бассейнового типа, ресурсы которого составляют более 8 трлн, м, метановый газ месторождений угля Донбасса - от 12 до 25 трлн, м3; газ сланцевых толщ, ресурсы которого, по разным источникам, составляет от 2 до 32 трлн. м3. Перспективы газоносности связываются с аргиллитами, алевролитами-глинистым и породами и плотными песчаниками девонского-карбонового и пермского периодов. По состоянию на 1.01.2010 г.. В Украине балансовые запасы категорий А + В + С1 + С2 оценены в 313 900 000 000. М3 метана угольных пластов (на балансе действующих шахт - 140800000000. М3). В этом направлении предусматриваются: разработка методов изучения и оценки запасов метана угольных пластов; проведения геологоразведочных работ по оценке запасов и ресурсов метана угольных пластов отдельных участков; получения промышленных категорий запасов метана угольных пластов для обеспечения его добычи в объеме 8 млрд. м3 в 2020 и 16 млрд. м3 в 2030 г.. В центральной глубоководной части Черного моря количество метан-гидрата оцениваются в 20 - 30 трлн, м, а в целом в морском бассейне в 60 - 80 трлн. м3. По данным академика НАНУ Е.Ф. Шнюкова (2012), запасы метан-гидрата достигают 25 трлн, м3, и из них на Украину приходится примерно 7 трлн. м3.
Угля в Украине - единственная энергетическое сырье, запасов которой потенциально достаточно для обеспечения энергетической безопасности государства. Добыча угля и его переработка в готовую угольную продукцию на прогнозируемый период остается основным источником обеспечения потребностей Украины в энергоносителях. Общие ресурсы угля Украины: балансовые, внебалансовые, прогнозируемые (по состоянию на 1.01.2010 г..) Составляют 117 120 000 000. Т, в т. Ч. Разведанные запасы - 56250000000. Т, из них коксующихся марок - 17 21 млрд. т (30,6%), антрацитов - 7,60 млрд. т (13,5%). Вместе с тем угольные месторождения Украины характеризуются очень сложными природными условиями их разработки, а имеющийся шахтный фонд - высокой изношенностью и низким техническим уровнем, в результате чего отечественная угольная промышленность является убыточной и нуждается в государственной поддержке.
В Украине могут использоваться горючие сланцы Болтышский месторождения (запасы 4 млрд. Т) и менилитовые сланцы олигоцен-миоценовых отложений складчатых Карпат и Предкарпатского прогиба.
На 5 украинских АЭС работают 14 реакторов, которые сейчас производят около 50% общего объема электроэнергии, производимой в Украине. Удовлетворения потребностей в сырье для атомной энергетики на 30% достигается за счет разработки Ватутинского, Центрального и Мичуринского месторождений, Кировоградского урановорудного района Украинского кристаллического щита. Готовится для ввода в эксплуатацию Новоконстантиновское месторождение. Общее состояние урановой минерально-сырьевой базы оценивается как удовлетворительное. Основу ее составляют большие по запасам месторождения в Кировоградском рудном районе, урановые руды которых по качеству относятся к рядовым и бедных. Второе место по своему промышленному значению занимают месторождения в углисто-песчаных отложениях палеогена Днепровского бассейна, которые пригодны для отработки методом подземного выщелачивания на месте их залегания. Хотя отдельные месторождения этого типа небольшие по запасам, но их общие ресурсы значительны. К резервным относятся небольшие по запасам месторождения на украинском кристаллическом щите - Южное, Лозоватская и Калиновское, руды которых вместе с ураном содержат торий, молибден и редкоземельные металлы.
Геотермальные электростанции всегда были географически "привязаны" к районам геотермальных месторождений. В Украине первую геотермальную циркуляционную систему (на основе применения подъемных и нагнетательных скважин) построен в 1988 году. На территории с. Ильинки Сакского района Крыма. По состоянию на 2004г. в Украине введено 9 геотермальных установок с суммарной тепловой мощностью 10,6 МВт. Конечно, в общем балансе энергетики Украины этот вид энергии не может играть значительную роль, но для районов с благоприятными геотермическими условиями геотермальные электростанции могут удовлетворить потребности в электроэнергии; их можно применять в технологических процессах пищевой и местной перерабатывающей промышленности, для производства строительных материалов, в сушильных установках и т.д.).
В Украине развитие ветроэнергетики и солнечной энергетики пока находятся на начальном этапе. Согласно "Энергетической стратегии Украины на период до 2030 года" ориентировочно доля возобновляемых источников энергии в 2010г. должна составлять 2 - 3%, до 2030 гг. - 6 - 7% и более. В "Комплексной программе развития ветроэнергетики", разработанная и утвержденная КМУ в 1996г. в рамках "Национальной энергетической программы Украины" (Постановление ВР Украины №191 / 96-ВР 1996) до 2010г. суммарная мощность ветроустановок Украины должна быть 1990 МВт. К 2002 было разработано 14 отраслевых руководящих документов, касающихся специфики обеспечения процессов производства ветроустановок (ВЭУ), проектирование и эксплуатации ВЭУ; 3 Государственных стандартов Украины (ДСТУ 3896-99, ДСТУ 4037-2001, ДСТУ 4051-2001), адаптированные к условиям Системы ДСТУ 9 международных стандартов по ветроэнергетике, которые введены в действие в 2003г. В Украине перспективы ветроэнергетики в первую очередь связываются с побережьями морей, южным берегом Крыма, вершинами гор, Донецкой возвышенностью, Приазовской и Причерноморской низменности, которые характеризуются среднегодовой скоростью ветра 5,5 - 6,0 м / с и имеют очень высокий ветроэнергетическим потенциал. Есть перспективы для использования их в других регионах Украины с постоянными ветрами. Установленная мощность ветровых электростанций Украины составляет 0,75 - 17,3 МВт (вместе 58,38 МВт). В Украине ветровые электростанции целесообразно размещать в местах, где постоянно дуют ветры: на побережьях морей, крупных озер и водохранилищ, в степях, предгорьях и в горных районах, то есть в районах со значительным ветроэнергетическим потенциалом.
В Украине насчитывается более 63 тыс. Малых рек и водотоков общей длиной 135,8 тыс. Км. При использовании энергетических ресурсов малых рек важное значение имеет продолжительность ледяного покрова зимой, что влияет на кинетическую энергию потока рек. В начале 1950-х гг. Количество малых ГЭС в Украине составляла 956 единиц с общей мощностью ЗО тыс. КВт. Однако через концентрирования производства электроэнергии на мощных ТЭС и ГЭС их строительство было приостановлено, началась их консервация, демонтаж, сотни малых ГЭС были разрушены. Осталось всего 48 малых ГЭС, которые характеризуются неудовлетворительным техническим состоянием. АО "Киевэнергомаш" в рамках "Программы развития малой энергетики Украины" разрабатывает проекты по восстановлению и реконструкции существующих и строительства новых малых ГЭС. Малая гидроэнергетика через ее незначительный удельный вес (0,2%) в общем энергобалансе не может существенно влиять на условия энергоснабжения страны, однако эксплуатация малых ГЭС дает возможность производить почти 250 млн. КВт электроэнергии в год, что эквивалентно ежегодной экономии до 75 тыс. Т дефицитного органического топлива.
Перспективная биоэнергетика - получение полезной энергии или топлива путем использования биомассы. За счет преобразования биомассы можно генерировать электроэнергию, теплоту, производить жидкое, газообразное и твердое топливо. В 2004 г.. Энергетическое использование биомассы составил: в США 3,2%, Дании - 8%, Австрии - 11%, Швеции - 19% и Финляндии - 21% общего потребления первичных энергоносителей (в основном путем использования отходов древесины). В Украине этот показатель был лишь 0,6%, но перспективный энергетический потенциал составляет 122 млн. МВт-ч / год. Одним из перспективных направлений в процессе обеспечения себя доступными источниками энергии в Украине считается использование энергии биотоплива, но исключительно за счет переработки отходов, обогащенных органическими веществами.
Именно использование альтернативных источников энергии позволяет экономить нэп обновляемые ресурсы и значительно уменьшать загрязнение природных систем. Сегодня в мире использование нетрадиционных возобновляемых источников энергии достигло промышленного уровня. Ветроэнергетика успешно развивается в Дании, Германии и других западноевропейских странах. В Украине в настоящее время вклад нетрадиционных источников энергии очень низкий и составляет в последние годы 0,3 - 3,0% в структуре общего энергетического баланса. Например есть значительные предпосылки для получения энергии из биомассы, в первую очередь, из отходов лесоперерабатывающей, пищевой и других отраслей промышленности, отходов животноводческих комплексов, твердых бытовых отходов.
