Первичные энергоресурсы и их запасы

Наша планета богата различными энергоресурсами необходимыми для обеспечения жизни и производственной деятельности человека. Из всего многообразия энергоресурсов, встречающихся в природе, можно выделить основные, используемые в больших объемах для практических нужд. К ним относятся все виды органического топлива, такие, как уголь, нефть, газ, а также запасы урана и энергию рек, солнца, ветра и т.д.

Энергоресурсы разделяются на возобновляемые и невозобновляемые. К первым относят энергоресурсы, непрерывно восстанавливаемые природой (вода, ветер, солнце и др.), а ко вторым – энергоресурсы, накопленные ранее и сегодня практически не образующиеся (каменный уголь, нефть и т.п.).

Энергоресурсы, непосредственно извлекаемые из природных кладовых, называют первичными. Энергия, получаемая из этих ресурсов называется вторичной.

Процессы получение энергии необходимого вида и снабжение ею потребителей составляют основу и главную цель энергетического производства. Все предприятия, участвующие в этом производстве, образуют большую систему топливно-энергетического хозяйства (ТЭХ) страны. В энергетическом производстве можно выделить ряд этапов.

· Получение и концентрация энергоресурсов: добыча и обогащение, накопление воды на ГЭС и т.п.

· Транспорт энергоресурсов к объектам преобразования энергии по трубам, перевозка по суше и воде и т.п.

· Преобразование первичной энергии в более удобную для использования вторичную, обычно в тепловую и электрическую.

· Передача и распределение вторичной энергии.

· Потребление энергии в форме, доставленной потребителю, или преобразованной в соответствии с технологическим процессом.

КПД использования первичной энергии при современных технологиях составляет только 35–40 %. Большая часть ее теряется, в основном, в виде теплоты, расходуемой на обогрев окружающей среды.

Различные виды топлива характеризуются разным энергосодержанием. Удельная энергоемкость в Дж/кг и ккал/кг для основных видов топлива приведена в табл. 5.

Таблица 5

Запасенная в топливе энергия была накоплена в продолжение тысячелетий благодаря биологическим процессам и тектоническим катаклизмам на планете.

Статистические данные по использованию энергоресурсов устанавливают четкую прямо пропорциональную связь роста их потребления с повышением уровня материального благосостояния человечества. По мере роста ежегодной добычи первичных энергоресурсов запасы их становятся все меньше. Оценка оставшихся запасов топлива представляет несомненный интерес и не только для энергетиков. Конечно, эти оценки постоянно меняются в связи с открытиями новых месторождений и могут дать лишь приближенные представления, но достоверно можно утверждать, что в ближайшее столетия запасы органического топлива на планете в основном будут исчерпаны.

Рассмотрим существующие оценки запасов по основным видам первичных энергоресурсов.

Нефть. Это особо ценный вид топлива, используемый сегодня в основном для работы транспорта всех видов и главным образом автомобильного и воздушного, где она пока не заменима, и как сырье для химической промышленности. Это чудо природы, содержащее в своем составе более 900 химических соединений, концентрируется в огромных месторождениях. В Саудовской Аравии известно месторождение с запасом в 30 млрд. тонн сырой нефти. Прекрасное свойство ее – способность поступать на поверхность без затрат энергии.

Нефть известна давно и добывалась в небольших объемах с помощью колодцев. Первая в мире скважина пробурена в 1848 году на берегу Каспийского моря. Мировые геологические запасы нефти оцениваются более чем в 200 млрд. тонн, из них извлекаемых около 140 млрд. Более половины всех запасов сосредоточено в странах ОПЕК–63 % и России–14 %. Ежегодно в мире добывается около 3,5 млрд. т, в том числе в России в 2014 г. добыто 526 млн. т. Более 220 млн. т нашей нефти идет на экспорт. Основной базой добычи сегодня является Тюменский Север, где добывается более 2/3 российской нефти.

Еще недавно нефть считалась самым дефицитным видом топлива и как предупреждает ОПЕК в некоторых регионах последние запасы ее иссякнут уже в ближайшее десятилетие. Однако сегодня эти оценки уже не столь тревожны, так как заметно снижается её потребление за счет развития новых нетрадиционных технологий получения энергии.

Природный газ. Мировые геологические запасы газа оцениваются примерно в 400–500 трлн. м³, извлекаемые в 165 трлн. Наибольшие запасы газа сосредоточены в России, Иране и США. Ежегодная добыча в мире составляет около 2,5 трлн. м³. В России добывается более 600 млрд. м³ природного газа, который используется в качестве топлива для электростанций и котельных, для газификации и как статья экспорта ( в 2014 г. 180 млрд). Основными базами добычи в России являются север Тюменьской области, Оренбуржье и Прикаспийская низменность.

Уголь. Мировые геологические запасы угля в единицах условного топлива оцениваются в 12 трлн. т, из которых 6 трлн. относятся к достоверным. Наибольшими запасами располагают Россия, США, Германия, Англия и Китай. Из общих запасов современная технология позволяет экономически оправданно добывать примерно 1100 млрд. т у.т. Сегодня ежегодно добывается около 4,5 млрд. т, в том числе в Китае 1200 млн., в США около 1000 млн. и в России примерно 350 млн. т, из них экспортируется 151 млн .

В Китае и США уголь является основным видом топлива для электростанций в отличие от России, где используется в основном дефицитный природный и попутный газ (более 65 %) при доле твердого топлива (угля, торфа, сланцев), составляющей менее 30 %. Доля мазута составляет около 4 %. Безопасность энергоснабжения страны требует увеличения доли угля в структуре топливоснабжения ТЭС. Этому должно способствовать наметившееся существенное повышение цены на газ по сравнению с углем.

В границах России углепромышленными районами являются Кузнецкий, Печорский, Канско-Ачинский, Иркутский и Подмосковный бассейны. Наибольшие запасы энергетических углей (более 200 млрд. т) пригодных для разработки дешевым открытым способом располагаются в Канско-Ачинском бассейне.

Гидроэнергетические ресурсы. Гидроэнергия всех рек планеты в несколько раз превышает ежегодные потребности населения в энергии. Около 25 % этого потенциала может использоваться по экономическим и техническим условиям для выработки электроэнергии, что примерно в 2 раза превышает ежегодную выработку всеми электростанциями мира. Сегодня используется примерно десятая часть этого потенциала.

Гидроэнергетический потенциал рек России эквивалентен более чем 3000 млрд. кВт ч и используется менее чем на 10 %. Уникальные запасы гидроэнергии сосредоточены в Сибири на реках Ангаре и Енисее.

В мировой практике накоплен опыт достаточно полного использования энергии рек в странах Скандинавии и Южной Америки. Высокими темпами наращивается мощность ГЭС в Китае, где на реке Янцзы построена самая мощная в мире ГЭС «Три ущелья», на которой установлены 26 гидрогенераторов по 700 МВт каждый. В далекой перспективе намечается строительство еще нескольких ГЭС и довести установленную мощность ГЭС на реке до сотни ГВт.