Разведанные запасы органического топлива

Энергетические ресурсы, энергетика в целом – это фундамент всей промышленности, быта, основа благосостояния людей.

Потребление энергетических ресурсов (ЭР) в разных странах крайне неравномерно. Страны так называемого «золотого миллиарда» (США, Англия, Германия, Франция, Япония и др.), имея 20 % населения Земли, потребляют 80 % энергетических ресурсов, т. е. душевое потребление в них в 20 раз (в среднем) выше, чем в остальном мире.

США, оставшись единственной сверхдержавой мира, отбросив все международные законы и мораль, рвутся к нефтяным скважинам Ближнего Востока, ведут войну против Ирака, давят на Саудовскую Аравию и другие арабские страны, всячески поощряют агрессивную политику Израиля против Палестины. Все это объясняется, просто: в районе Ближнего Востока располагаются 50 % мировых запасов нефти. Общемировое потребление ЭР – около 10 млрд т. условного топлива (у. т.)

Данные по разведанным запасам и геологическим ресурсам органического топлива приведены в табл. 2.

Таблица 2

Теплотворная способность условного топлива – 29,33 МДж/кг; нефти – 38–40 МДж/кг; газа – 33–36 МДж/м³; угля – 25–35 МДж/кг.

«Геологические ресурсы» — еще не разведанные, но научно прогнозируемые запасы. «Нетрадиционные залежи нефти» — нефтеносные слои; нефть изымают специальными технологическими процессами.

6.2. Перспективы использования
энергетических ресурсов

При нынешнем уровне потребления запасов нефти и газа хватит на 40–50 лет, угля – на 200–250 лет. Из этих цифр можно сделать следующее исключительно важное заключение. Выход 5,5 млрд населения Земли на уровень «золотого миллиарда» (по душевому потреблению ЭР) принципиально невозможен по двум причинам: а) увеличение мирового потребления ЭР в 20 раз невозможно, т. к. при таком увеличении нефти, газа хватит всего лишь на несколько лет, а угля – на 15–20 лет; б) если допустить, что в мире будет осуществлено многократное увеличение потребления ЭР, то не выдержит природная среда.

Вместо разбойничьего порядка, насаждаемого «золотым миллиардом» во главе с США, человечеству необходимо постепенно переходить к справедливому порядку в мире, выравниванию жизненного уровня в разных странах.

Положение с ЭР для атомных электростанций (АЭС) выглядит следующим образом. Запасы урана оцениваются в 9600–12100 тыс. т. При нынешнем потреблении 45 тыс. т/год урана хватит на 200 лет. При АЭС на быстрых нейтронах ресурсы станут практически неограниченными (см. книгу акад. В.А. Кириллина «Энергетика. Главные проблемы»).

Нетрадиционные источники энергии (солнечно-ветровая, геотермальная энергия; биомасса; приливные электростанции) обеспечивают в настоящее время уровень порядка нескольких процентов потребления ЭР. Значительное увеличение в обозримом будущем не прогнозируется.

Ниже приводится краткая характеристика основных видов ЭР.

Уголь. Ресурсы угля на земном шаре многократно превышают залежи нефти и газа вместе взятые. Разработаны технологии газификации и сжижения угля, что позволяет получать из угля моторное топливо, упростить транспортировку. Все это объективно предопределяет возрастание его доли в общем энергетическом балансе. В период войны 1941–1945 гг. фашистская Германия вырабатывала бензин из угля.

Однако при сжигании угля имеет место серьезная экологическая проблема: выделение в атмосферу пыли, окислов азота, серы. При соединении окислов серы с атмосферной влагой образуется серная кислота, выпадают так называемые «кислотные дожди», которые губительно действуют на сады, огороды (например, в 1999г. в районе г. Новочер­касска из-за «кислотных дождей» был загублен яблоневый цвет).

В научно-техническом плане экологическая угольная проблема в значительной мере решена. Пыль задерживается электрофильтрами на 99 % (такие фильтры установлены на Новочеркасской ГРЭС). Появились (в частности, в Германии) ТЭС с известковыми фильтрами, задерживающими 70 % окислов азота и серы. Однако при этом КПД станции существенно снижается. Учитывая утилизацию серы, азота, уменьшение «кислотных дождей», – применение известковых фильтров явно целесообразно.

В нашей стране таких станций нет. В 1985 г. был разработан проект Красно-Сулинской ГРЭС (Ростовской обл.) с известковыми фильтрами, но не был осуществлен.

Серьезная проблема – транспортировка угля на дальние расстояния. Эта проблема особенно актуальна для нашей страны при ее больших расстояниях. Залежи угля в основном расположены в Сибири, а промышленность – в Европейской части страны. При дальности свыше 1000 км перевозка угля по железной дороге не рентабельна. Однако и здесь найдено принципиальное решение: транспортировка угля в угольно-водной пульпе по трубам (перекачка). В США такой проект осуществлен; уголь транспортируется на расстояние до 4 тыс. км.

Нефть. Этот ЭР остается основным видом первичных топливно-энергетических ресурсов. Добывается и потребляется она в огромных количествах. Например, в США для выработки бензина расходуется около 400 млн т нефти в год (в стране около 170 млн автомобилей), еще примерно столько же расходуется в химической промышленности и энергетике.

Технический прогресс дал методы повышения нефтеотдачи пластов закачкой СО₂, поверхностно-активных эмульсий, полимеров. Осваивается глубокое и сверхглубокое бурение. Но при всем этом напряженность со снабжением нефтью возрастает, нефть становится все более дефицитной.

Для транспортировки нефти, мазута применяются: нефтепроводы с трубами диаметром до 1,5 м, со сложнейшими перекачивающими станциями; танкеры водоизмещением до 800 тыс. т. Очень серьезная экологическая проблема в этом случае: при аварии на таком танкере и вытечке нефти губится животный и растительный мир на огромных площадях.

Природный газ. Имеет весьма важное значение благодаря ряду преимуществ по сравнению с другими ЭР: высокая теплотворная способность, легкость регулирования процесса горения, экологическая чистота, легкая возможность дробления подачи по массе потребителей. Находит широкое применение в промышленности (как сырье для производства пластмасс и как топливо), энергетике, быту. Является дефицитным в силу ограниченности запасов.

Транспортировка газа на большие расстояния – серьезная проблема. Применяются два вида транспортировки: 60 % по трубам (в газообразном или жидком состоянии) и 40 % в баллонах (сжиженный).

Тюменский газ транспортируется по газопроводу на расстояние свыше 4 тыс. км под давлением 5–10 МПа; диаметр труб – до 2 м. Газоперекачивающие станции очень сложны; каждая станция, по сути дела, — целый завод. Единичная мощность компрессорных агрегатов – 6–25 МВт. Средних размеров агрегат весит 1505 кг. Так что перекачка самого дешевого топлива – газа обходится очень и очень недешево, с большими затратами металла, энергии, труда.

Исключительно интересной и важной является разработка Институтом сварки им. О. Е. Патона: изготовление для газопроводов труб большого диаметра навивкой по спирали из полосы в несколько слоев, с последующей проваркой шва под слоем флюса. Этот проект был осуществлен после того, как ФРГ отказалась поставлять в СССР трубы большого диаметра, надеясь поставить нашу страну в безвыходное положение. По трубам перекачивают и сжиженный газ; при этом пропускная способность трубопровода (при сохранении его диаметра) увеличивается в 4–5 раз.

Весьма перспективен и так называемый твердый газ. Одна из форм нахождения газа в природе – твердый природный газогидрат, один кубометр которого содержит примерно 200 м³ газа.

В зимнее время на обычных газопроводах образуются гидратные пробки, закупоривающие газовую магистраль и приводящие к авариям. Такие факты имели место в Карелии (декабрь 2002 г.), когда мороз достигал 48 °С.

Гидростанции (ГЭС) обеспечивают примерно 7 % в мировом энергетическом балансе; в электробалансе – 21 %. По странам: США- 11 %; Япония – 13 %; Швеция – 53 %; Канада – 68 %; Норвегия – 100 %; СССР – 10 %.

В промышленно развитых странах источники гидроэнергии в основном использованы. Большие резервы имеются в Азии, Латинской Америке.

Атомная энергетика. На АЭС приходится около 16 % мирового производства электроэнергии. По странам: Франция – 71 %; Бельгия – 65 %; Швеция – 42 %; Швейцария – 40 %; Финляндия – 38 %; Болгария – 32 %; ФРГ – 31 %; Япония — 27 %; США – 16 %; СССР – 7 %.

Чернобыльская катастрофа замедлила развитие атомной энергетики. Разрабатываются более надежные атомные реакторы. Остается нерешенной проблема надежного захоронения огромного количества радиоактивных материалов, остающихся после погашения АЭС (их срок эксплуатации – 30–40 лет).

6.3. Нетрадиционные возобновляемые
источники энергии

Основное, что уже освоено: использование биомассы для получения топлива (например, в Бразилии 10 % моторного топлива – это спирт из биомассы); гелиоустановки (тепло, электроэнергия), ветровые установки. В целом доля их пока невелика, научно-исследовательские работы продолжаются.

Установки в основном эффективны в отдаленных районах, где нет местного топлива, не подведена электрическая система (северные районы).