30. Классификация топливно-энергетических ресурсов
Основными видами энергетических ресурсов в современных условиях являются горючие ископаемые (уголь, нефть, природный газ, торф, сланцы) и продукты их переработки; энергия воды (гидроэнергия); биомасса (древесина и другое растительное сырье); атомная энергия. Частично используется энергия ветра, а также морских приливов и отливов.
Мировые запасы основных видов топлива оцениваются в 12800 млрд т условного топлива (т у. т.). Из этого количества около 11200 млрд т составляют ресурсы угля, 740 млрд т – нефти и 630 млрд т – природного газа.
Энергетические ресурсы разделяются на топливные (уголь, нефть, природный газ, сланцы, битуминозные пески, торф, биомасса) и нетопливные (гидроэнергия, энергия ветра, лучистая энергия Солнца, глубинная теплота Земли и др.); возобновляемые и невозобновляемые; первичные и вторичные.
Все возобновляемые энергетические ресурсы являются производными от энергии Солнца, но в целях удобства классифицированы по следующим категориям: солнечная энергия (прямая радиация); гидроэнергетические ресурсы (испарительно-конденсационный цикл); энергия ветра и волн; биомасса (растительного и животного происхождения). К практически неисчерпаемым относят геотермальные и термоядерные энергетические ресурсы. В геотермальные ресурсы включена глубинная теплота Земли, которая может быть использована как для теплоснабжения, так и для выработки электроэнергии. Термоядерные ресурсы (реакции синтеза) измеряются тепловым эквивалентом преобразования дейтерия, содержащегося в морской воде, лития, находящегося в земной коре.
К невозобновляемым энергетическим ресурсам относятся те, запасы которых по мере их добычи необратимо уменьшаются. К ним относятся уголь, сланцы, нефть, битуминозные пески и природный газ. Все названные выше виды энергоресурсов относятся к первичным.
Вторичными энергетическими ресурсами (ВЭР) называется энергетический потенциал продукции, отходов, побочных и промежуточных продуктов, образующихся в технологических агрегатах, который не используется в самом агрегате, но может быть частично или полностью использован для энергоснабжения других агрегатов. Так, вторичными энергоресурсами производства аммиака, наиболее энергоемкого в химической промышленности, являются жидкие углеводороды, танковые и продувочные газы, физическая теплота дымовых газов трубчатых печей и огневых подогревателей природного газа, физическая теплота конвертированных газов и физическая теплота синтез-газа.
Жидкие углеводороды содержат в своем составе пентан и более тяжелые углеводороды. Этот вид горючих ВЭР образуется при сепарации природного газа перед его поступлением на конверсию и обычно выдается в сеть предприятия для сжигания.
Сконденсировавшийся аммиак содержит в себе растворенные газы, которые выделяются из него при дросселировании. Они выводятся из сборника жидкого аммиака и называются танковыми. Основными составляющими этих газов являются водород, метан, азот и аммиак, который обычно улавливается в специальных устройствах. Танковые газы после выделения аммиака используют вместе с продувочными газами в качестве котельно-печного топлива. Продувочные газы представляют собой часть циркуляционного газа, «выдуваемого» из системы для поддержания в агрегате содержания инертных примесей на определенном уровне.
Дымовые газы образуются в трубчатых печах конверсии природного газа и в огневых подогревателях природного газа, поступающего на сероочистку перед конверсией. Теплота дымовых газов может быть использована для подогрева природного газа, парогазовой смеси и воздуха, поступающих на конверсию, и для перегрева водяного пара, вырабатываемого в котле-утилизаторе.
Физическая теплота конвертированного газа используется для выработки пара в котле-утилизаторе. С этой же целью используется и физическая теплота синтез-газа, которая, кроме того, служит и для подогрева холодной азотоводородной смеси, поступающей в колонну синтеза.
Вторичные энергетические ресурсы могут использоваться непосредственно без изменения вида энергоносителя для удовлетворения потребности в топливе или теплоте либо с изменением энергоносителя путем выработки теплоты, электроэнергии, холода или механической работы в утилизационных установках.
Источник
7.3 Классификация энергетических ресурсов.
Практически вся энергия, используемая на Земле, поступает к нам от Солнца, за исключением небольшого количества гравитационной энергии взаимодействия Земли с Луной и Солнцем, а также тепловой энергии земной коры, получаемой от раскаленного ядра земли. Под действием солнечных лучей, за счет фотосинтеза, хлорофилл растений разлагает диоксид углерода СО2, поглощаемый из воздуха, на кислород О2 и углерод С. Последний накапливается в стволах растений. Уголь, нефть, газ, торф и т.д. — это по сути запасы лучистой энергии Солнца. Энергия воды, ветра — также, в конечном счете, результаты солнечной активности: ветер возникает вследствие неодинакового нагревания поверхности Земли Солнцем, а вода, отдающая свою кинетическую энергию при движении, получает ее при испарении с поверхности озер и океанов под действием солнечной инсоляции.
Все машины, работающие на ископаемом топливе или использующие энергию ветра и воды, а также люди и животные, потребляющие пищу, в конечном счете, получают свое «топливо» от Солнца.
Энергетическим ресурсом называют любой источник энергии, естественный или искусственно активированный, в котором сосредоточена энергия, используемая человеком.
Энергоресурсы можно классифицировать по следующим признакам:
В этом разделе остановимся на классификации первичных энергоресурсов. Классификация вторичных энергоресурсов будет рассмотрена при изложении последующих разделов дисциплины.
Первичные энергетические ресурсы в свою очередь разделяются:
2.По способам использования на топливные и нетопливные.
К топливным ресурсам относятся горючие вещества, которые сжигаются для получения тепловой энергии, например, все природные запасы топлив (нефть, газ, уголь, торф и т. п.).
К нетопливным ресурсам относятся источники, материалы или вещества, которые несут в себе энергию, но сжечь их не представляется возможным. Например, солнечная энергия, энергия ветра, энергия водного потока, урановая руда и т. п.
3. по признаку сохранения запасов на возобновляемые и невозобновляемые.
Возобновляемые ресурсы (источники энергии) – это ресурсы на основе постоянно существующих или периодически возникающих в окружающей среде потоков энергии. Возобновляемая энергия присутствует в окружающей среде в виде энергии, не являющейся следствием целенаправленной деятельности человека [31].
К возобновляемым энергоресурсам относят энергию: солнца, ветра, различных водных потоков, биомассы, тепловая энергия ядра земли и т.д.
Основным недостатком возобновляемых источников энергии является их низкая интенсивность, плотность энергии составляет от 0,3 кВт/м 2 и менее. Но это компенсируется широким их распространением, практической неисчерпаемостью и относительно высокой экологической частотой. Такие источники наиболее рационально использовать непосредственно вблизи потребителя без передачи энергии на расстояние.
Учитывая истощаемость природных энергетических ресурсов, использование возобновляемых источников энергии, как альтернативных, во многих странах с каждым годом возрастает. В соответствии с прогнозом, составленным на основании анализа темпов прироста установленной мощности различных видов возобновляемых источников энергии в странах ЕС до 2020 года, доля ветровой энергии будет составлять 16%, доля солнечной энергии – 21 — 26%, энергия биомасс – 42 — 45%, а доля геотермальной энергии – 7%.
Невозобновляемые ресурсы (источники энергии) – это природные запасы веществ и материалов, которые могут быть использованы человеком для производства энергии. Энергия невозобновляемых источников, в отличии от возобновляемых, находится в природе в связанном состоянии и высвобождается в результате целенаправленных действий человека [31].
К невозобновляемым энергетическим ресурсам относят: каменный уголь, нефть, газ, ядерное топливо и т.п.
Мировые запасы каменного угля оцениваются в 10-12 трлн т. При общем росте уровня энергопотребления к 2015 году в объеме примерно 17 млрд. т У.Т., доля угля в общемировом потреблении энергии предположительно останется стабильной и составит около 31%. К 2025 г. во многих отраслях экономики ожидается замещение угля природным газом, однако реальное снижение его доли в мировом потреблении первичной энергии будет незначительным.
Запасы нефти оцениваются в 191 млрд. т и распределены крайне неравномерно на Земле: на Ближнем и Среднем Востоке (67%), в Африке (12,5%), Юго-Восточной Азии и Дальнем Востоке (3%), Северной Америке (9%), Центральной и Южной Америке (5,5%), Западной Европе (3 %). По уровню добычи нефти в 2005 г. на страны ОПЕК приходится 41,7%, а на Россию – 12,1% от мировой добычи.
Запасы природного газа оцениваются в 179,8 трлн. м 3 и также распределены в мире неравномерно. Основные разведанные запасы газа в мире сосредоточены в России (26,6%), Иране (14,9%), Катаре (14,3%). Добыча газа в России составляет 21,6%, в США – 19%, Канаде -6,7% от мировой. Потребление газа в 2005 г. составила: в ЕС-25 – 17,1%, доля Китая – 1,7%, Индии – 1,3%. Доля потребления Беларуси – 0,2% по нефти и 0,7% по газу. По оценкам МЭА, природный газ будет самым динамичным видом первичного ресурса и к 2025 г. объемы его потребления увеличатся почти на 70%. Прогнозируется, что уровень потребление природного газа в 2025 году по сравнению с 2001 годом, увеличится с 2,5 до 4,27 триллионов м 3 , и его доля в мировом потреблении первичной энергии возрастет с 23% до 25%.
Мировые запасы энергетических ресурсов принято характеризовать числом лет, в течение которых запасов данного ресурса хватит для производства энергии при современном уровне его потребления. Из доклада комиссии Мирового энергетического совета, запасов угля хватит на 200 лет, газа — на 70 лет, нефти — на 40 лет, а урановой руды – на 85 лет.
Доля различных видов энергетических ресурсов в общемировой выработке первичной энергии на начало XXI века представлена на рисунке 7.3.
В таблице 7.2 приведена структура мирового энергопотребления в последние десятилетия ХХ века. В таблице структура энергопотребления приведена без учета, так называемых, некоммерческих источников энергии – дров, сельскохозяйственных и промышленных отходов и т. п. Как видно из таблицы, после нефтяного кризиса 70 годов, доля нефти в потреблении постепенно уменьшается, а доля природного газа – возрастает.
Рисунок 7.3. Доля различных видов энергетических ресурсов в общемировой выработке первичной энергии (2000 г.),%
Таблица 7.2. Структура мирового энергопотребления в 1970 – 2000 гг., %.
Источник