Современные технологии в решении энергетической проблемы

Сегодня влияние техники и новых технологий распространяется на органическую и неорганическую природу, на самые различные сферы общественной жизни. В области неорганической материи – это строительная техника, физико-химическая техника и технологии, энергетическая техника, электротехника, теплотехника, компьютерные и информационные технологии и т.д.

Во многих видах энергосистем технология производства энергии основана на преобразовании тепла. Смена источника энергии требует и кардинального обновления технологии. С древних времен в качестве основного источника тепловой энергии использовалась преимущественно древесина. С появлением паровых машин древесину вытеснил каменный уголь, но вскоре он уступил лидерство нефти и природному газу, которые и по сей день остаются ведущими видами топлива.

Нефть и природный газ – не только источники химической продукции. В настоящее время на производство энергии расходуется значительная часть данных невозобновляемых природных ресурсов. Кроме того, нефть и природный газ по-прежнему остаются основным видом топлива для транспорта и получения тепла, и такое их потребление во многих странах воспринимается как должное. При увеличивающемся потреблении нефти и природного газа, в основном, в качестве топлива уже в ближайшие десятилетия ощутится истощение их запасов, что существенно повлияет на образ и уровень жизни людей. Чтобы сберечь эти ценнейшие природные ресурсы для более рационального их использования – производства ценной химической продукции, нужно искать другие виды топлива.

Такие виды топлива есть и один из них – уголь. Тот самый уголь, который сжигался в топках паровых машин. Низкий коэффициент полезного действия привел к замене таких машин, а вместе с ними и топлива. Тем не менее, в энергетике стран Центральной и Восточной Европы уголь до сих пор является самым распространенным твердым топливом. На его базе производится в среднем 65% электроэнергии. В России широко используются природный газ и мазут, а доля твердого топлива существенно ниже. Конечно, устаревшие электростанции, работающие на угле, вне зависимости от того, где они эксплуатируются, нуждаются не только в переоснащении и модернизации, но и в новой технологии сжигания угля. Одна из таких технологий уже разработана, она основана на сжигании угля в циркулирующем кипящем слое. Во многих странах такая технология признана экологически чистой и экономически выгодной. В данном случае в результате многократной циркуляции происходит полное эффективное сжигание частиц топлива при температуре 800-900 °С и резко снижается образование вредных оксидов азота (в 5-10 раз по сравнению с традиционным пылевидным сжиганием). Уже построено и эксплуатируется несколько десятков угольных электростанций с циркулирующим сжиганием без вредных выбросов в атмосферу в ряде развитых стран: США, Германии, Франции и др.

Согласно многим оценкам, нефтехимическое производство использует лишь небольшую долю добываемой нефти – от 3 до 5%. Поэтому химическая промышленность не является основной причиной быстро наступающего истощения природных ресурсов нефти, но его последствия будут ощутимы и для нее: скажутся они прежде всего в изменении сырья и технологических процессов. Однако нефтехимические производства характеризуются относительно высокими ценами на конечные продукты и в состоянии выдержать грядущее повышение цен на сырье в связи с сокращением нефтяных и газовых ресурсов. Это обернется для них гораздо меньшими потерями, чем для производств, потребляющих нефть и природный газ как топливо. Кроме того, разработаны и внедряются технологии эффективной переработки угля для последующего использования в химической промышленности, а запасов угля хватит на более длительный срок, чем нефти и газа. Поэтому истощение нефтяных и газовых ресурсов в меньшей степени повлияет на сырьевое обеспечение химической промышленности, чем на производство энергии.

Нефть, природный газ и уголь постепенно уступают свои позиции более энергоемкому источнику – ядерному топливу. К настоящему времени более 17% мирового производства электроэнергии приходится на атомные электростанции. В некоторых странах доля вырабатываемой атомной энергии значительно больше. Например, Швеция производит на атомных станциях около 1/2 своей электроэнергии, Франция – более 3/4. В Китае недавно принята программа увеличения в 5-6 раз вклада энергии атомных электростанций. Заметную, хотя пока не определяющую, роль атомная энергетика играет в США и в России. Запасы ядерного топлива, по сравнению с запасами, например угля, не столь уж велики, но зато на единицу массы ядерное топливо содержит в себе энергии в миллионы раз больше, чем уголь. Внедрение перспективной технологии преобразования ядерного топлива в реакторе-размножителе на быстрых нейтронах, который не только вырабатывает энергию, но и производит вторичное топливо – плутоний, открывает большие возможности для развития атомной энергетики.

При создании любой современной энергосистемы ставится задача не только выработки дешевой энергии, но и сохранения окружающей среды. В этой связи возрастает интерес к разработке перспективных технологий преобразования энергии солнца, ветра, геотермальных источников и Мирового океана.