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, иливозобновляемыми 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].

Эффективность использования и потребления энергии в различных странах и в Республике Беларусь

Бурно развивающаяся экономика стран планеты Земля в XX в. требовали все больше затрат топливно-энергетических ресурсов. Добыча газа, нефти, угля привела к нефтяному кризису в 1973–1974гг. В настоящее время энергетическая проблема остается актуальной практически для всех стран Европы. Беларусь обеспечивает себя энергоресурсами только на 16%, остальное приходиться получать путем импорта. Республика импортирует (из России) весь потребляемый уголь, более 90% нефти, 100% природного и четверть сжиженного газа. Энергоемкость продукции наших предприятий выше, чем в индустриально развитых странах Запада. Климат в нашей стране более холодный, что обуславливает и большой расход ТЭР на обогрев производственных зданий и жилищно-бытового сектора. Энергоемкость нашей сельхозпродукции в 3–5 раз выше, чем в развитых странах. Нельзя сбрасывать со счетов и технологическое отставание нашего производства от производства Запада. Энергоемкость ВВП в нашей стране меньше на 17%, чем на Украине, и на 42% меньше, чем в России, но в два раза больше, чем в Германии. Наша республика входит в пятерку бывших союзных республик, имеющих наибольшую энергоемкость ВНП. По сравнению с Японией, имеющей самую низкую энергоемкость ВВП, в нашей стране этот показатель в 11,3 выше, чем в Японии, но в 1,3 раза ниже, чем на Украине, и в 1,2 раза, чем в России. Оплата в год за энергоносители нашей страной достигает 1,8 млрд. долларов. 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[12].

На сегодняшний день выделяют следующие группы потребителей энергии: энергоемкие, крупные производства и потребители, из­держки которых на энергопотребление невелики. Первая группа потребителей – основные энергоемкие отрасли про­мышленности (выплавка стали, алюминия, производство химических веществ, цемента, бумаги и т.д.) – в условиях жесткой международной конкуренции могла выжить, только приняв на вооружение технологи­ческие процессы, обеспечивающие эффективное использование энер­гии. В этих отраслях возникли побудительные мотивы и имелись ос­новные средства для осуществления программ эффективного энергоиспользования. Тем не менее, часто им предоставлялась прави­тельственная поддержка для ускорения процесса модернизации и по­вышения конкурентоспособности национальных компаний.

В других областях, включая остальные отрасли промышленности, издержки, связанные с энергопотреблением, не настолько велики, чтобы вынуждать этих потребителей принимать немедленные действия. Если цена оказывалась выше той, которую потребитель был в состоянии пла­тить, в краткосрочном плане, скорее всего, произошло бы сокращение потребления путем предоставления меньшего количества услуг или пе­реориентации производства на выпуск другой, менее энергоемкой про­дукции, что не является признаком более эффективного использования энергии. Этой группе потребителей необходимо было предоставить со­ответствующие средства и создать стимулирующие условия. Был осуще­ствлен широкий круг открыто финансируемых программ, согласованных действий на уровне правительства, формирующих поведение потребите­лей и побуждающих их к внедрению энергосберегающих технологий и оборудования. Эти программы включали:

– исследования и разработки по усовершенствованию промышлен­ных процессов, строительных технологий и материалов, элект­родвигателей, приборов и т.д.; нормативные положения по ис­пользованию энергии, в частности для зданий, а также для авто­мобилей и электрических приборов, введение стандартов и маркировок, обязательные проверки эффективности использования энергии крупными потребителями; информационные программы дляпотребителей и программы обу­чения для технического персонала и управляющих,

– финансовое стимулирование (субсидии, мягкие займы, налого­вые льготы) для поощрения внедрения инноваций, инвестиций вэффективное использование энергии;

– создание учреждений, организаций и обслуживающих предпри­ятий для проектирования и осуществления программ и проектов эффективного использования энергии[15].

По расчетам отечественных и зарубежных специалистов, потен­циальная возможность энергосбережения в странах СНГ, Цент­ральной и Восточной Европы в настоящее время оценивается в зависимости от состояния их экономики в размере примерно 20-30% от общего объема потребления топливно-энергетических ресурсов.Республика Беларусь, как и многие страны мира, не имеет воз­можности обеспечить свои потребности собственными энергоресур­сами. Для примера, обеспе­ченность за счет энергоресурсов, добываемых в республике, в 1990 г. составила 12,8%, что соответствует 5,7 млн. тонн. В перспективе эта доля уменьшится из-за сокращения добычи собственной нефти. В то же время длительный период неэффектив­ного энергопотребления создал в Беларуси огромный неиспользован­ный потенциал энергосбережения, оцениваемый в 32% от уровня сум­марного потребления топливно-энергетических ресурсов в 1994 г., что соответствует 12 млн. тонн условного топлива. Поэтому реали­зация имеющегося потенциала энергосбережения стала приоритетом энергетической и экономической политики государства. Энергосбе­режение занимает место, по значению равное техническому перево­оружению и развитию топливных отраслей и рассматривается как крупный потенциальный источник энергетических ресурсов, способный обеспечить 30-40% потребностей Беларуси в энерго­ресурсах. Эффективность использования энергоресурсов явля­ется также фактором, который определяет производство конку­рентоспособной продукции и, в конечном итоге, стабильность и эффективность национальной экономики.

Потребление первичной и подведенной энер­гии на душу населения в 1990 г. в странах СНГ было соответственно в 1,3 и 1,4 раза выше, чем в Европейском Союзе и примерно соответ­ствовало показателю по Германии.Потребление подведенной электроэнергии в целом по СНГ в 1990 г. соответствовало уровню Европейского Союза.С 1990 по 1993 г. энерго- и электропотребление в странах СНГ су­щественно снизилось, однако в значительно меньшей степени, чем по­казатель ВВП.В 1990 г. энергоемкость экономики по первичной и подведенной энергии в целом по СНГ была соответствен­но в 3, 2,7, 2 и 3,5 раза выше, чем в Европейском Союзе, Германии, США и Японии.За 1990-1993 гг. энерго- и электроемкость экономики в целом по СНГ существенно возросли и стали в среднем в 3,9 раза выше, чем в Европейском Союзе. В основном это обусловлено снижением объемов производства многими предприятиями, которые при этом продолжают потреблять значительное количество энергоресурсов из-за неоптималь­ности режимов работы оборудования[13].

К сожалению, пока в странах СНГ сохраняется неэффективное про­изводство, транспортировка и потребление энергоресурсов. В настоя­щий период относительно низких мировых цен на топливо, в период реструктуризации экономики и первых признаков ее оживления меры по повышению энергетической эффективности экономики являются чрезвычайно важными для стран СНГ. Оценка состояния энергетики показывает, что при повышении темпов экономического роста к 2025 г. страны СНГ смогут достичь современного уровня энерго- и электроем­кости промышленно развитых стран. Энергосбережение должно стать одним из стержней их энергетической политики. В странах СНГ имеет­ся огромный потенциал энергосбережения, и реализация комплексной энергосберегающей политики и отдельных программ по повышению эффективности использования топливно-энергетических ресурсов дол­жна играть приоритетную роль в международном сотрудничестве стран – членов СНГ и стран дальнего зарубежья.

Дата добавления: 2015-06-27