Проблемы наступающего топливно-энергетического кризиса, возможные способы их решения

В настоящее время ежегодно расходуемая всеми странами мира энергия, получаемая из всех доступных источников, составляет 0,1% от возможных для использования запасов угля, природного газа и не­фти, вместе взятых. Ресурсы органического топлива разделяются на общие – имеющи­еся в недрах земли и извлекаемые – доступные для извлечения челове­ком. Практически невозможно добыть и использовать все 100% топли­ва, имеющегося в данном месторождении [15]. Коэффициент извлечения, определяющий долю данного вида энергоресурсов, потенциально воз­можную в настоящее время к извлечению, к его общим запасам, зави­сит от следующих факторов:

– вида топлива

– характера месторождения

– развития техники добычи

Специалисты оценивают имеющиеся извлекаемые ре­сурсы органического топлива Земли в 4000 млрд. тонн. В 1980 г. потребление всех видов энергетических ресурсов всеми странами мира составило примерно 4 млрд. т., т. е. 0,1% от возмож­ных для использования органических энергоресурсов. Что касается про­гноза на будущее, то эксперты полагают, что потребление всех видов энергетических ресурсов на Земле в 2010 г. составит около 8 млрд. т. Если принять эту цифру, то запасов только органического топлива че­ловечеству хватило бы еще на 200-400 лет. При этом не учитываются атомная энергетика с ее запасами ядерного горючего, гидроэнергети­ческие, а также возобновляемые источники энергии: Солнце, тепло глу­бинных слоев Земли и др. Поскольку торий пока не нашел прак­тического применения в энергетике, следует оценить только ресурсы урана. Уран широко распространен на Земле. Но концентрация его в граните и других породах, а также в морской воде очень невелика. Чем меньше содержание урана в руде, тем дороже его получать. Таким образом, ресурсы органического и ядерного топлива очень велики, и человечеству не придется столкнуться с энергетическим го­лодом. Тем более что наука непрерывно ищет и находит новые техни­ческие решения преобразования энергии. В чем же тогда причины воз­никновения и суть современных энергетических кризисов?

Энергетический кризис, как правило, – следствие экономичес­кого и политического кризисов в стране и вызван нерациональной структурой топливно-энергетической базы экономики. Это нагляд­но иллюстрируют энергетический кризис 70-80-х гг., охвативший вы­сокоразвитые страны Западной Европы, США, Японию, и сегодняш­ний энергетический кризис, разразившийся в странах СНГ. Органическое и ядерное топливо – невозобновляемые источники энергии. Но пока потребление энергии было не так уж велико, о невозобновляемости их особенно не вспоминали. В 70-80-х гг. потребление энергии стало соизмеримо с ресурсами органического топлива. Милли­оны лет понадобилось природе, чтобы создать запасы нефти, газа, угля, расходуются же они несравненно быстрее. Наиболее остро стоит вопрос с нефтью. Из-за нее вспыхивают вой­ны, сменяются правительства. Быстрое развитие автомобильного транс­порта и авиации, использующих в качестве топлива практически только продукты нефтепереработки (бензин, дизельное топливо, керосин), при­вело к большому увеличению потребления нефти. В 1970 г. доля нефти и газа в потреблении органического топлива поднялась почти до 70%, хотя в ресурсах органического топлива нефть и газ составляют менее 20%. Повышение мировых цен на нефть, неравномерность распределения ее запасов между странами мира подчеркивают неоправданность ее высокого потребления по сравнению с другими источника­ми энергии. Международный картель, состоящий из 7 монополий, прак­тически полностью контролировал добычу нефти в странах Арабского Востока и прочно захватил доминирующие позиции на рынках госу­дарств – потребителей нефти. Этот картель в целях извлечения макси­мальных прибылей тормозил работы по использованию других видов энергии. В связи с этим до 70-х гг. экономика стран Западной Европы, США, Японии была практически целиком ориентирована на потребле­ние нефти и газа. Сокращалась добыча каменного угля, закрывались шах­ты, придерживалось развитие атомной энергетики. Однобокое развитие энергетических ресурсов на фоне межгосударственной конкуренции между монополиями привело к острому энергетическому кризису в этих стра­нах, на долю которых приходилось 92% потребления энергии. Кризис резко ускорил инфляцию, резко снизил темпы развития промышленнос­ти и оставил без работы миллионы рабочих.

Каждая из стран искала свой путь выхода из кризиса, коренным образом изменяя структуру топливно-энергетической базы экономики путем переориентации ее на другие источники. Например, Франция создала систему мощных АЭС; Дания переориентировалась на собствен­ный природный газ, каменный уголь, завозимый на огромных танкерах через океан, ветроэнергоресурсы. Основными факторами, которые заставили перейти потребителей стран Европейского Союза, США, Японии к политике эффективного энергоиспользования, явились: рыночные механизмы (рост цен на энергоресурсы послужил сигналом к внедрению энергоэффективных технологий), согласованные действия и программы на правительственном уровне.

Анализ опыта этих стран показывает, что без государственных по­литики и программ энергосбережения, без создания системы энер­гетического менеджмента выйти из кризиса невозможно. На протя­жении 15 лет после нефтяного кризиса 70-х гг. в результате энергичной политики эффективного использования энергии, в которой были задей­ствованы значительные ресурсы индустриальных стран Запада, объем потребления энергии на душу населения практически стабилизировал­ся, в то время как объем национального продукта вырос почти на 30%. Такие результаты были получены благодаря детальной технической и экономической организации внедрения энергосберегающей политики. Если бы энергоемкость в этих странах осталась на уровне 1973 г., то энергопотребление к 1986 г. выросло бы на 24% и достигло бы 900 млн. тонн в пересчете на нефть.

Мировой энергетический кризис 1973-1974 гг. заставил многие страны пересмотреть свое отношение к потреблению топливно-энергетических ресурсов и принять необходимые меры к снижению энергоемкости валового внутреннего продукта. Особенно актуальны эти вопросы для Республики Беларусь, обеспеченной собственными топливно-энергетическими ресурсами лишь на 16%. По прогнозу ученых запасов нефти хватит не более, чем на 25–40 лет. Потребление природного газа в мировом сообществе растет очень быстро. Ожидается, что к 2020 г. его доля в мировом потреблении составит 28-30% от всех ископаемых видов топлива, и главным образом за счет снижения доли угля и атомной энергии. При этом природный газ является наиболее экологически чистым энергоносителем по сравнению с другими ископаемыми ТЭР. Развитие ядерной энергетики и использование больших запасов ядерного топлива ограничивается двумя причинами – опасностью радиоактивного заражения, местности и технологическими сложностями эксплуатации и утилизации оборудования АЭС и отработанного топлива. Одним из перспективных вариантов решения энергетической проблемы считается освоение энергии термоядерного синтеза. В нашей стране и в ряде зарубежных стран ведутся научно-изыскательные работы по освоению в качестве топлива водорода, называемого топливом будущего. В основном энергетика в нашей стране ориентирована на импорт энергоносителей: нефти – 90%, угля – 95%, электроэнергии – 25%, природного газа – 100%. Дефицит собственных ТЭР, постоянный рост цен на энергоносители и перспектива истощения источников традиционных видов топлива обуславливают необходимость энергосбережения во всех сферах человеческой деятельности. Весьма примечательным является использование в качестве ТЭР коммунальных и бытовых отходов, за счет которых запланировано в 2010 г. получить тепловой энергии в эквиваленте 19,8 тыс. т у. т. Проблемы (экономические, экологические, политические и другие), связанные с истощением природных ресурсов, могут привести к топливно-энергетическому кризису. Для его решения требуется ряд мер: помощь государства в решении энергетических проблем и в разработке энергетических программ, слаженная работа отдельных инфраструктур страны, разработка научных и экологических программ по энергосбережению природных ресурсов [11]. Качество нашей жизни непосредственно зависит от потреб­ления энергии. С ходом исторического развития при получе­нии из природных систем все новых видов полезной продук­ции на ее единицу в среднем затрачивается все больше энергии (происходит снижение энергетической эффективности приро­допользования). Наблюдается увеличение энергетических расходов на одно­го человека. Так, расход энергии на одного человека (в кДж/сут.) в каменном веке был порядка 17 тыс., в аграрном обществе – 50 тыс., в индустриальную эпоху – 293 тыс., а в пе­редовых развитых странах настоящего времени – 960–1050 тыс., т.е. в 58–62 раза больше, чем у наших далеких предков. С начала нашего века количество энергии, затрачиваемое на единицу сельскохозяйственной продукции, в развитых странах мира возросло в 8–10 раз, на единицу промышленной продукции в 10–12 раз [15].

Для промышленности, быта, нормальной жизнедеятель­ности человека, а главное для дальнейшего развития миро­вой цивилизации энергетика необходима как воздух. Для всего мирового сообщества энергетическая проблема стоит очень остро. Дело не ограничивается размером запасов угля, нефти и газа и растущими расходами на их добычу, перера­ботку и использование. С каждым годом обостряются эколо­гические проблемы. Нынешнее время характеризуется пере­смотром политики в области энергетики.

Основные понятия в энергосбережении. Источники энергии. Возобновляемые и истощаемые энергетические ресурсы. Виды топлива

Энергетика– это область человеческой деятельности, связанная с производством, передачей и использованием энергии.

Энергосистема – совокупность энергетических ресурсов всех видов, методов их получения, преобразования, распределения и использования, а также технических средств и организационных комплексов, обеспечивающих снабжение потребителей всеми видами энергии.

Энергия– мера движения и взаимодействия материальных тел.

Мощность– количество энергии в единицу времени, определяющее интенсивность движения и взаимодействия материальных тел. Это скорость изменения энергии.

Топливо– горючие вещества с углеродной основой, используемые для получения тепловой энергии путем их сжигания.

Ядерное топливо – вещества и материалы, используемые для получения энергии в ядерном реакторе.

Энергосбережение– организационная научная, практическая, информационная деятельность государственных органов, юридических и физических лиц, направленная на снижение расхода топливно-энергетических ресурсов в процессе их добычи, переработки, транспортировки, хранения, производства, использования и утилизации.

Топливно-энергетические ресурсы (ТЭР)– совокупность всех природных и преобразованных видов топлива и энергии, используемых в республике.

Возобновляемые энергетические ресурсы – энергетические ресурсы рек, водохранилищ, ветра, солнца, биомассы и другие, возобновляемые в ходе естественных природных процессов.

Вторичные энергетические ресурсы (ВЭР) – энергия, получаемая в ходе любого технологического процесса или процесса жизнедеятельности человека в результате недоиспользования первичной энергии или в виде энергосодержащего побочного продукта основного производства и не применяемая в этом процессе.

Нетрадиционные (альтернативные) источники энергии – источники электрической и тепловой энергии, использующие для ее производства возобновляемые и вторичные энергетические ресурсы.

Эффективное использование ТЭР – использование всех видов энергии экономически оправданными, прогрессивными способами при существующем уровне развития техники и технологий и соблюдении законодательства.

Истощаемые энергетические ресурсы – это накопленные в процессе эволюционного развития нашей планеты в ее недрах запасы веществ и соединений, способные при определенных условиях высвобождать энергию.

Энергетические ресурсы –носители энергии, которые используются в настоящее время или могут быть полезно использованы в перспективе [13].

Энергетические ресурсы являются частью всей совокупности природных ресурсов и подразделяются на восполняемые и невосполняемые. Восполняемыми, или возобновляемыми источниками энергии называ­ются источники, потоки энергии которых постоянно существуют или пе­риодически возникают в окружающей среде и не являются следствием це­ленаправленной деятельности человека. К восполняемым энергоресурсам относят энергию:

– Солнца

– мирового океана в виде энергии приливов и отливов, энергии волн

– рек

– ветра

– морских течений

– вырабатываемую из биомассы

– водостоков

– твердых бытовых отходов

– геотермальных источников

Недостатком возобновляемых источников энергии является низкая сте­пень ее концентрации. Но это в значительной степени компенсируется ши­роким распространением, относительно высокой экологической частотой и их практической неисчерпаемостью. Такие источники наиболее рациональ­но использовать непосредственно вблизи потребителя без передачи энергии на расстояние. Энергетика, работающая на этих источниках, использует по­токи энергии, уже существующие в окружающем пространстве, перераспре­деляет, но не нарушает их общий баланс. Неиспользование потоков энергии возобновляемых источников приводит к ее безвозвратной потере, предопределяет несколько иной подход к оценке эффективности устройств, применяющих эти источники, по сравнению с устройствами, работающими на невозобновляемых ресурсах. К невосполняемым энергетическим ресурсам относят:

– каменный уголь

– нефть

– природный газ

– бурый угль

– горючие сланцы

К сожалению, большинство энергии, потребляемой человеком, превращается в бесполезное топливо из-за низкой эффективности использования имеющихся энергетических ресурсов. Энергия, которая содержится в природных источниках и может быть преобразована в электрическую, тепловую, механическую, химическую, названа первичной. Первичная энергия делится на традиционные виды энергии и нетрадиционные виды энергии. Первые включают в себя ядерную энергию, энергию из органического топлива (твердые, жидкие и газообразные виды топлива), гидроэнергию рек. Энергия, которая получается после преобразования первичной на специальных установках, называется вторичной. К источникам энергии можно отнести: космические лучи, энергию морских приливов и отливов, биоэнергию, атмосферное электричество, потенциальную и кинетическую энергию воды, воздуха и т.д., земной магнетизм, энергию атомного синтеза и распада и др.

Самым первым видом твердого топлива были древесина и другие растения. После перехода от древесного топлива к угольному наступила эра электричества. К твердому топливу относят: древесину, уголь, торф, горючие сланцы. Ископаемые твердые топлива являются продуктом разложения органической массы растений. Жидкие виды топлива получают путем переработки нефти. Сырую нефть нагревают до 300 ... 370 °С, после чего полученные пары разгоняют на фракции, конденсирующиеся при различной температуре:

– сжиженный газ

– бензин

– керосин

– дизельное топливо

– мазут

Газообразными видами топлива являются природный газ, до­бываемый как непосредственно, так и попутно с добычей нефти, называе­мый попутным. Основным компонентом природного газа является метан СН₄ и в небольшом количестве азот N₂, высшие углеводороды, дву­окись углерода СО₂. Попутный газ содержит меньше метана, чем природ­ный, но больше высших углеводородов, и поэтому выделяет при сгорании больше теплоты. В промышленности и, особенно в быту, находит широкое распростране­ние сжиженный газ, получаемый при первичной переработке нефти. На ме­таллургических заводах в качестве попутных продуктов получают коксовый и доменный газы. Они используются здесь же на заводах для отопления пе­чей и технологических аппаратов. В районах расположения угольных шахт своеобразным «топливом» может служить метан, выделяющийся из пла­стов при их вентиляции. Газы, получаемые путем газификации (генератор­ные) или путем сухой перегонки (нагрев без доступа воздуха) твердых топлив, в большинстве стран практически вытеснены природным газом, однако в настоящее время снова возрождается интерес к их производству и исполь­зованию. В последнее время все большее применение находит биогаз – продукт анаэробной ферментации (сбраживание) органических отходов (навоза, рас­тительных остатков, мусора, сточных вод и т. д.). Ядерным топливом является уран. Об эффективности использо­вания его показывает работа первого в мире атомного ледокола «Ленин» во­доизмещением 19 тыс. т, длиной 134 м, шириной 23,6 м, высотой 16,1 м, осадкой 10,5 м, со скоростью 18 узлов (около 30 км/ч). Он был создан для проводки караванов судов по Северному морскому пути, толщина льда по которому достигала 2 и более метров. В сутки он потреблял 260-310 грам­мов урана. Дизельному ледоколу для выполнения такого же объема работы, которую выполнял ледокол «Ленин», потребовалось бы 560 т дизтоплива. Анализ оценки обеспеченности ТЭР показывает, что наиболее дефицит­ным видом топлива является нефть. Ее хватит по разным источникам на 25-40 лет. Затем, через 35-64 года, истощатся запасы горючего газа и урана. Лучше всего обстоит дело с углем, запасы которого в мире достаточно вели­ки, и обеспеченность углем составит 218-330 лет [12].

С начала промышленной разработки нефти (1965 г.) в стране добыто 100 млн. т. В настоящее время ежегодно добывается около 1,8 млн. т нефти. РУП «Объединение «Беларуснефть» – единственное нефтедобывающее рес­публиканское унитарное предприятие – имеет 508 эксплуатационных сква­жин на 63 месторождениях нефти. Разведанные запасы нефти составляют около 80 млн. т, газоконден­сата – 0,44 млн. т, попутного газа – 9734 млн. м³. Годовая потребность Республики Беларусь в нефти составляет 16-18 млн. т, а собственные ресурсы составляют всего лишь 9-10%. Осталь­ное количество нефтепродуктов в республику поставляет около 70 субъек­тов хозяйствования.

Наиболее распространенным видом местного топлива в Беларуси являет­ся торф. Торфяные отложения имеются практически во всех регионах. По запасам торфа (первичные запасы составляли 5,65 млрд. т, оставшиеся гео­логические оцениваются в 4,3 млрд. т) Беларусь занимает второе место в СНГ, уступая только России. Разведано более 9000 месторождений торфа общей площадью в границах промышленной глубины 2,54 млн. га. В по­следнее время годовая добыча составляет 27-30 млн. т. Наиболее богатые залежи его находятся в Брестской, Витебской, Могилевской областях, в ко­торых геологический запас торфа составляет около 68% от общего запаса в стране. Месторождения бурого угля находятся, так же, как и нефть, в Припятском прогибе. Прогнозные ресурсы его на глубине 600 м оценивают­ся в 410 млн. т. В настоящее время наиболее изученными являются неогеновые угли (зале­гают на глубине 20-80 м). Разведанные запасы угля пока не разрабатываются, поскольку уголь за­легает на большой глубине, мощность его пластов небольшая. Имеющиеся запасы бурых углей в объеме 151,6 млн. т пригодны для ис­пользования после брикетирования с торфом, однако их добыча нецелесо­образна, т. к. экологический ущерб превысит полученные результаты. Нецелесообразна и добыча горючих сланцев в объеме имеющихся запа­сов 11 млрд. т, поскольку стоимость получаемых продуктов выше мировых цен на нефть. Топливом будущего считают водород, получаемый при электролизе воды. Применение этого топлива позволило бы решить три проблемы: уменьшить потребление органического и ядерного топлива, удовлетворить возрастающие потребности в энергии, снизить загрязнение окружающей среды [15].