Первичные энергоресурсы и их запасы

Наша планета богата различными энергоресурсами необходимыми для обеспечения жизни и производственной деятельности человека. Из всего многообразия энергоресурсов, встречающихся в природе, можно выделить основные, используемые в больших объемах для практических нужд. К ним относятся все виды органического топлива, такие, как уголь, нефть, газ, а также запасы урана и энергию рек, солнца, ветра и т.д.

Энергоресурсы разделяются на возобновляемые и невозобновляемые. К первым относят энергоресурсы, непрерывно восстанавливаемые природой (вода, ветер, солнце и др.), а ко вторым – энергоресурсы, накопленные ранее и сегодня практически не образующиеся (каменный уголь, нефть и т.п.).

Энергоресурсы, непосредственно извлекаемые из природных кладовых, называют первичными. Энергия, получаемая из этих ресурсов называется вторичной.

Процессы получение энергии необходимого вида и снабжение ею потребителей составляют основу и главную цель энергетического производства. Все предприятия, участвующие в этом производстве, образуют большую систему топливно-энергетического хозяйства (ТЭХ) страны. В энергетическом производстве можно выделить ряд этапов.

· Получение и концентрация энергоресурсов: добыча и обогащение, накопление воды на ГЭС и т.п.

· Транспорт энергоресурсов к объектам преобразования энергии по трубам, перевозка по суше и воде и т.п.

· Преобразование первичной энергии в более удобную для использования вторичную, обычно в тепловую и электрическую.

· Передача и распределение вторичной энергии.

· Потребление энергии в форме, доставленной потребителю, или преобразованной в соответствии с технологическим процессом.

КПД использования первичной энергии при современных технологиях составляет только 35–40 %. Большая часть ее теряется, в основном, в виде теплоты, расходуемой на обогрев окружающей среды.

Различные виды топлива характеризуются разным энергосодержанием. Удельная энергоемкость в Дж/кг и ккал/кг для основных видов топлива приведена в табл. 5.

Таблица 5

Запасенная в топливе энергия была накоплена в продолжение тысячелетий благодаря биологическим процессам и тектоническим катаклизмам на планете.

Статистические данные по использованию энергоресурсов устанавливают четкую прямо пропорциональную связь роста их потребления с повышением уровня материального благосостояния человечества. По мере роста ежегодной добычи первичных энергоресурсов запасы их становятся все меньше. Оценка оставшихся запасов топлива представляет несомненный интерес и не только для энергетиков. Конечно, эти оценки постоянно меняются в связи с открытиями новых месторождений и могут дать лишь приближенные представления, но достоверно можно утверждать, что в ближайшее столетия запасы органического топлива на планете в основном будут исчерпаны.

Рассмотрим существующие оценки запасов по основным видам первичных энергоресурсов.

Нефть. Это особо ценный вид топлива, используемый сегодня в основном для работы транспорта всех видов и главным образом автомобильного и воздушного, где она пока не заменима, и как сырье для химической промышленности. Это чудо природы, содержащее в своем составе более 900 химических соединений, концентрируется в огромных месторождениях. В Саудовской Аравии известно месторождение с запасом в 30 млрд. тонн сырой нефти. Прекрасное свойство ее – способность поступать на поверхность без затрат энергии.

Нефть известна давно и добывалась в небольших объемах с помощью колодцев. Первая в мире скважина пробурена в 1848 году на берегу Каспийского моря. Мировые геологические запасы нефти оцениваются более чем в 200 млрд. тонн, из них извлекаемых около 140 млрд. Более половины всех запасов сосредоточено в странах ОПЕК–63 % и России–14 %. Ежегодно в мире добывается около 3,5 млрд. т, в том числе в России в 2014 г. добыто 526 млн. т. Более 220 млн. т нашей нефти идет на экспорт. Основной базой добычи сегодня является Тюменский Север, где добывается более 2/3 российской нефти.

Еще недавно нефть считалась самым дефицитным видом топлива и как предупреждает ОПЕК в некоторых регионах последние запасы ее иссякнут уже в ближайшее десятилетие. Однако сегодня эти оценки уже не столь тревожны, так как заметно снижается потребление за счет развития новых технологий.

Природный газ. Мировые геологические запасы газа оцениваются примерно в 400–500 трлн. м³, извлекаемые в 165 трлн. Наибольшие запасы газа сосредоточены в России, Иране и США. Ежегодная добыча в мире составляет около 2,5 трлн. м³. В России добывается более 600 млрд. м³ природного газа, который используется в качестве топлива для электростанций и котельных, для газификации и как статья экспорта (в 2014 г. 180 млрд). Основными базами добычи в России являются север Тюменьской области, Оренбуржье и Прикаспийская низменность.

Уголь. Мировые геологические запасы угля в единицах условного топлива оцениваются в 12 трлн. т, из которых 6 трлн. относятся к достоверным. Наибольшими запасами располагают Россия, США, Германия, Англия и Китай. Из общих запасов современная технология позволяет экономически оправданно добывать примерно 1100 млрд. т у.т. Сегодня ежегодно добывается около 4,5 млрд. т, в том числе в Китае 1200 млн., в США около 1000 млн. и в России примерно 350 млн. т, из них экспортируется 151 млн.

В Китае и США уголь является основным видом топлива для электростанций в отличие от России, где используется в основном дефицитный природный и попутный газ (более 65 %) при доле твердого топлива (угля, торфа, сланцев), составляющей менее 30 %. Доля мазута составляет около 4 %. Безопасность энергоснабжения страны требует увеличения доли угля в структуре топливоснабжения ТЭС. Этому должно способствовать наметившееся существенное повышение цены на газ по сравнению с углем.

В границах России углепромышленными районами являются Кузнецкий, Печорский, Канско-Ачинский, Иркутский и Подмосковный бассейны. Наибольшие запасы энергетических углей (более 200 млрд. т) пригодных для разработки дешевым открытым способом располагаются в Канско-Ачинском бассейне.

Гидроэнергетические ресурсы. Гидроэнергия всех рек планеты в несколько раз превышает ежегодные потребности населения в энергии. Около 25 % этого потенциала может использоваться по экономическим и техническим условиям для выработки электроэнергии, что примерно в 2 раза превышает ежегодную выработку всеми электростанциями мира. Сегодня используется примерно десятая часть этого потенциала.

Гидроэнергетический потенциал рек России эквивалентен более чем 3000 млрд. кВт ч и используется менее чем на 10 %. Уникальные запасы гидроэнергии сосредоточены в Сибири на реках Ангаре и Енисее.

В мировой практике накоплен опыт достаточно полного использования энергии рек в странах Скандинавии и Южной Америки. Высокими темпами наращивается мощность ГЭС в Китае, где на реке Янцзы построена самая мощная в мире ГЭС «Три ущелья», на которой установлены 26 гидрогенераторов по 700 МВт каждый. В далекой перспективе намечается строительство еще нескольких ГЭС и довести установленную мощность ГЭС на реке до сотни ГВт.