Газообразные ископаемые энергетические ресурсы. Особенности и перспективы добычи и использования

Газообразное топливо. Природный газ, основу которого составляет метан, является наиболее экологически чистым видом топлива. При добыче и переработке природного газа производятся его осушка, очистка от сероводорода и отделение наиболее тяжелых фракций. К природному газообразному топливу относится также попутный нефтяной газ, залегающий вместе с нефтью в нефтяных пластах, а также образующийся при переработке нефти. Кроме метана он содержит этан, пропан, бутан и пары более тяжелых углеводородов.

На газоперерабатывающих заводах из попутного газа отделяют бензиновые фракции. Топливо транспортируется по трубопроводам, перевозится морским и железнодорожным транспортом. Оно используется для выработки тепловой и электрической энергии, непосредственно сжигается в печах при осуществлении высокотемпературных технологических процессов (черная металлургия, получение стекла, цемента и др.). Более 50 % всего органического топлива, используемого в России, сжигается на тепловых электростанциях и в котельных.

К котельно-печному топливу относятся, в первую очередь, природный газ, мазут и каменный уголь, т.е. те виды топлива, которые сжигаются в котлах электростанций, отопительных и производственно-отопительных котельных, промышленных печах. Часто эти виды топлива также называют энергетическими.

Горючие ВЭР – побочные горючие газы металлургических производств, горючие газы и отходы процессов переработки углеродистого и углеводородного сырья; твердые и жидкие топливные отходы, непригодные для дальней- шей технической переработки (щепа, обрезки, стружка, опилки) и др. К горючим ВЭР относятся доменный, конвертерный, коксовый и генераторный газы, являющиеся низкокалорийными видами топлива. Доменный газ (его также называют колошниковым) – это отходящий газ доменных печей, который содержит 20–30 % оксида углерода и 1–8 % водорода. Основную часть его составляют азот и диоксид углерода. Низшая теплота сгорания доменного газа составляет 3,6 – 4,6 МДж/м. Конвертерный газ образуется при конвертерной выплавке стали. Его состав следующий: 67–79 % оксида углерода; 13–16 % диоксида углерода; 5– 1 4 % азота; 0–3 % водорода и воды. Низшая теплота сгорания 11 равна 8,4–9,2 МДж/м3. Коксовый газ получается при коксовании каменного угля. Он содержит 55–60 % водорода, 20–30 % метана, 5–7 % оксида углерода. Его низшая теплота сгорания составляет 17,2–18,8 МДж/м. Генераторный газ образуется при газификации угля в газогенераторах. Он содержит большое количество углекислоты. Теплота сгорания генераторно- го газа в зависимости от способа газификации составляет от 4 до 10–13,5 МДж/м3. К горючим ВЭР можно отнести также отходы деревообрабатывающей промышленности и бытовой му

На добычу 1 тыс. м3 газа в среднем по стране расходуется 0,6 кВт•ч электроэнергии, 0,0057 Гкал тепловой энергии и 5,5 кг у.т. котельнопечного топлива. В пересчете на условное топливо на добычу 1 тыс. м3 газа затрачивается 7 кг у.т. На переработку 1 тыс. м3 газа расход ТЭР составляет 16,9 кг у.т., в том числе электроэнергии – 14,5 кВт • ч тепловой энергии – 0,023 Гкал и котельнопечного топлива – 6,5 кг у.т. Всего же с учетом транспортировки для полезного использования 1 тыс. м3 природного газа необходимо затратить 1,35 т условно го топлива.

Ежегодное увеличение темпов добычи энергоресурсов в целом и по отдельным энергоносителям (нефть, газ, уголь и др.) наблюдалось в мире до начала энергетического кризиса 1973–1974 гг. В последнее десятилетие темпы роста потребления энергетических ресурсов в промышленно развитых странах имеют тенденцию к снижению. Средний ежегодный прирост потребления в мире за это время составил 1,7 % в год, в США – 0,4 %, а в странах Западной Европы – 0,25 %. В этих странах некоторое увеличение количества потребляемой энергии сопровождается существенно более рациональным ее использованием. Это результат эффективной энергетической политики государств, направленной на экономическое стимулирование энергосбережения, внедрение новых технологий, активную информационную работу, связанную с воспитанием общества в духе рационального использования энергии.

Характерной чертой современного этапа развития мировой энергетики является быстрый рост цен на основные виды органического топлива, связанный с ростом их мирового потребления, усложнением условий добычи, глобальной политической и экономической нестабильностью. Повышение цен на основные виды органического топлива в Европе за период 2000–2005 гг. на природный газ (трубопроводный) – в 1,9 раза;

Важным стимулом энергосбережения является необходимость сокращения выбросов парниковых газов, в первую очередь диоксида углерода, вызывающих глобальное потепление. В мире наблюдается увеличение неравномерности развития различных регионов по производству и потреблению энергоресурсов. Страны Западной Европы, а также такие страны, как США, Япония, занимая менее 10 % территории, при населении менее 20 % производят более 50 % мирового промышленного продукта, почти 65 % электроэнергии и потребляют более 55 % природных энергетических ресурсов (рис. 2.4). Основным потребителем энергоресурсов в мире являются США, которые потребляют около четверти (точнее, 22,1 % в 2005 г.) всей производимой в мире энергии.

Наблюдается рост потребления газа в быту как наиболее чистого органического топлива. Характер дальнейших изменений в структуре мирового топливно-энергетического баланса и прогнозы на ближайшую перспективу приведены в табл. 2.1. Исходя из прогнозов, нефть и газ будут доминировать в энергетическом балансе еще несколько десятилетий

Прогноз изменения энергетического баланса России отражен в Энергетической стратегии до 2020 г. и в проекте Энергетической стратегии до 2030 г. (ЭС- 2030), одобренной Правительством РФ в августе 2009 г. Динамика производства, внутреннего потребления и экспорта первичных энергоресурсов на период к 2020 г. - доля газа должна возрасти с 33 до 39–40 %

Суммарная добыча природного газа – основы энергетического баланса страны – к 2025 г. возрастёт в 1.25(1.5) раза. В регионе Урала и Западной Сибири добыча газа увеличится примерно в 1.1(1.25) раза; при этом доля региона в суммарной добыче снизится до 72–73 %. Напротив, будет динамично расти добыча газа в европейской части страны: в 2.8(3.7) раза. Особенно интенсивным следует ожидать рост добычи газа в регионе Восточной Сибири и Дальнего Востока – не менее чем в 6.5(7.5) раза

Характерной особенностью российского энергетического комплекса является необходимость транспорта энергетических ресурсов на большие расстояния. Это определяется удалённостью размещения центров потребления энергии от основных топливных баз. Как известно, основное энергопотребление сосредоточено в европейской части России, тогда как большая часть запасов природных энергоресурсов находится в восточных регионах. В перспективе эта ситуация усложнится.

В регионе Восточной Сибири и Дальнего Востока в перспективе производство первичных энергоресурсов возрастёт в 3.6(4.2) раза, причём темпами, опережающими потребление и позволяющими увеличить экспорт. При этом произойдёт многократное увеличение добычи сырой нефти и природного газа. Заметно увеличится потребление природного газа, особенно на ТЭЦ крупных городов, что необходимо для улучшения экологической обстановки.

Возобновляемые источники энергии – это источники 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.

К возобновляемым энергоресурсам относят энергию:

- Солнца;

- мирового океана в виде энергии приливов и отливов, энергии волн;

- рек;

- ветра;

- морских течений;

- морских водорослей;

- 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.

Учитывая истощенность энергетических ресурсов, роль использования возобновляемых источников энергии во многих странах с каждым годом возрастает. Так, выработка электроэнергии на ветряных установках увеличивается в среднем в год на 24%, от солнечных батарей - на 17, а на геотермальных станциях - на 4%.

 

6. Особенности производства электроэнергии на гидроэлектростанциях.

Гидроэнергетические ресурсы – на сегодняшний день наиболее используемый вид возобновляемых источников энергии.

На гидроэлектростанциях (ГЭС) используется кинетическая энергия потока воды, за счет которой вращаются гидравлическая турбина и связанный с ней электрогенератор. Работа ГЭС существенно улучшает работу энергосистем, в которые она входит. Она дает возможность покрывать пиковые нагрузки и обеспечивает аварийный резерв энергосистемы.

В отличие от тепловых электростанций ГЭС не выбрасывают вредные вещества в окружающую среду. Тем не менее нельзя не отметить, что ГЭС оказывают на нее негативное влияние. В частности, при их строительстве происходит затопление земель для создания водохранилищ.

Получаемая на ГЭС электроэнергия существенно дешевле, чем энергия, вырабатываемся на тепловых электростанциях, однако строительство ГЭС, связанное с сооружением плотин, требует больших капиталовложений.

7. Единицы измерения топливно-энергетических ресурсов.

 

Первичное условное топливо.

При анализе энергопотребления региона или конкретного объекта обычно не принимаются во внимание затраты энергии на добычу топлива, его транспортировку потребителю, подготовку или переработку. Поэтому помимо понятия условного топлива вводится понятие первичного условного топлива, в котором учитываются ранее указанные затраты энергии, с единицей измерения «тонна первичного условного топлива» (т п.у.т.).

С помощью перевода в первичное условное топливо всех составляющих энергопотребления предприятия можно определить фактические затраты топлива в стране для обеспечения работы предприятий.

Сущность понятия первичного условного топлива очевидна из следующего примера. Допустим, используют 1 т мазута, что соответствует 1,32 т условного топлива. При этом для добычи, транспортировки нефти и получения мазута уже было затрачено некоторое количество энергетических ресурсов (электричества, котельно-печного и моторного топлива). Эти дополнительные энергоресурсы можно выразить в условном топливе.

С учетом изложенного общие затраты энергии в среднем по стране при использовании 1 т мазута будут больше. Как показывают результаты проведенных специалистами расчетов, дополнительные затраты при использовании количества мазута, эквивалентного 1 т у.т., составят 107 кг у.т. Тогда затраты топлива в среднем по стране при использовании 1 т мазута составят 1,32 • 17 1,107=1,46 т п.у.т. Это число и представляет собой затраты первичного условного топлива.

В случае производства тепловой энергии учитывают не только дополнительные затраты на добычу, транспортировку и подготовку топлива, но и потери при сжигании топлива в котельной установке, при транспортировке теплоносителей по тепловым сетям.

Затраты первичного условного топлива при производстве электрической энергии включают в себя также необратимые потери при преобразовании электрической энергии в тепловую, т.е. вычисляются с учетом КПД электрической станции.

Затраты первичного условного топлива на выпуск продукции – это суммарные затраты первичных энергетических ресурсов с учетом затрат на добычу, транспортировку, подготовку самих энергоресурсов, а также их потерь при преобразовании в другие виды энергии.

Затраты первичного условного топлива могут быть рассчитаны на единицу энергоресурса (например, на 1 т мазута, как это показано в таблице 1), или на 1 т условного топлива данного энергоресурса (например, на количество мазута, соответствующее 1 т у.т.).

Таблица 1.