ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ РЕСУРСЫ. На протяжении тысячелетий основными видами используемой человеком энергии были химическая энергия древесины, потенциальная энергия воды на плотинах, кинетическая энергия ветра и лучистая энергия солнечного света. Но в 19 в. главными источниками энергии стали ископаемые топлива: каменный уголь, нефть и природный газ.
В связи с быстрым ростом потребления энергии возникли многочисленные проблемы и встал вопрос о будущих источниках энергии. Достигнуты успехи в области энергосбережения. В последнее время ведутся поиски более чистых видов энергии, таких, как солнечная, геотермальная, энергия ветра и энергия термоядерного синтеза.
Потребление энергии всегда было прямо связано с состоянием экономики. Увеличение валового национального продукта (ВНП) сопровождалось увеличением потребления энергии. Однако энергоемкость ВНП (отношение использованной энергии к ВНП) в промышленно развитых странах постоянно снижается, а в развивающихся – возрастает.
ИСКОПАЕМЫЕ ТОПЛИВА
Существуют три основных вида ископаемых энергоносителей: уголь, нефть и природный газ. Примерные значения теплоты сгорания этих видов топлива, а также разведанные и промышленные (т.е. допускающие экономически рентабельную разработку при данном уровне техники) запасы нефти представлены в табл. 1 и 2.
Таблица 1. ТЕПЛОТВОРНАЯ СПОСОБНОСТЬ ИСКОПАЕМЫХ ТОПЛИВ
Таблица 1. ТЕПЛОТВОРНАЯ СПОСОБНОСТЬ ИСКОПАЕМЫХ ТОПЛИВ
Топливо
Теплотворная способность, ГДж
1 т каменного угля
30,5
1 т нефти
46,6
1000 м 3 (н.) природного газа
38,5
1 т бензина
47,0
Таблица 2. МИРОВЫЕ ЗАПАСЫ НЕФТИ
Таблица 2. МИРОВЫЕ ЗАПАСЫ НЕФТИ (ОРИЕНТИРОВОЧНЫЕ ДАННЫЕ), МЛРД. Т
Регион
Разведанные запасы
Промышленные запасы
Ближний Восток
82
50
Страны СНГ
51
10
Африка
34
7,5
Латинская Америка
31
9,5
Дальний Восток и Океания
27
3
США
27
4
Китай
17
3
Канада
13
1
Западная Европа
3
3
Всего:
285
91
Запасы нефти и природного газа.
Трудно точно рассчитать, на сколько лет еще хватит запасов нефти. Если существующие тенденции сохранятся, то годовое потребление нефти в мире к 2018 достигнет 3 млрд. т. Даже допуская, что промышленные запасы существенно возрастут, геологи приходят к выводу, что к 2030 будет исчерпано 80% разведанных мировых запасов нефти.
Запасы угля.
Запасы угля оценить легче (см. табл. 3). Три четверти мировых его запасов, составляющих по приближенной оценке 10 трлн. т, приходятся на страны бывшего СССР, США и КНР.
Таблица 3. МИРОВЫЕ ЗАПАСЫ КАМЕННОГО УГЛЯ
Таблица 3. МИРОВЫЕ ЗАПАСЫ КАМЕННОГО УГЛЯ (ОРИЕНТИРОВОЧНЫЕ ДАННЫЕ)
Регион
Хотя угля на Земле гораздо больше, чем нефти и природного газа, его запасы не безграничны. В 1990-х годах мировое потребление угля составляло более 2,3 млрд. т в год. В отличие от потребления нефти, потребление угля существенно увеличилось не только в развивающихся, но и в промышленно развитых странах. По существующим прогнозам, запасов угля должно хватить еще на 420 лет. Но если потребление будет расти нынешними темпами, то его запасов не хватит и на 200 лет.
ЯДЕРНАЯ ЭНЕРГИЯ
Запасы урана.
В 1995 более или менее достоверные мировые запасы урана оценивались в 1,5 млн. т. Дополнительные ресурсы оценивались в 0,9 млн. т. Крупнейшие из известных источников урана находятся в Северной Америке, Австралии, Бразилии и Южной Африке. Считается, что большими количествами урана обладают страны бывшего Советского Союза.
В 1995 число действующих ядерных реакторов во всем мире достигло 400 (в 1970 – только 66) и их полная мощность составила около 300 000 МВт. В США планируется и ведется строительство лишь 55 новых АЭС, а проекты 113 других аннулированы.
Реактор-размножитель.
Безопасность ядерных реакторов.
Однако действие такой системы исследовалось в основном путем компьютерного моделирования. Обстоятельная проверка некоторых результатов моделирования проводилась на небольших опытных реакторах в Японии, Германии и США. Самым слабым местом используемых компьютерных программ являются, по-видимому, предположения о том, что отказать может не более одного узла сразу и что ситуацию не усложнит ошибка оператора. Оба эти предположения оказались неверными в самой серьезной из аварий, происшедших на АЭС в США.
28 мая 1979 в Три-Майл-Айленде близ Гаррисберга (шт. Пенсильвания) отказ оборудования и ошибка оператора привели к выходу из строя реактора с частичным расплавлением его активной зоны. Небольшое количество радиоактивных веществ было выброшено в атмосферу. Через семь лет после аварии Министерству энергетики США удалось извлечь разрушенную сборку активной зоны для обследования. Ущерб, нанесенный жизням людей и их собственности за пределами территории АЭС, был незначителен, но из-за этой аварии у общественности сложилось неблагоприятное мнение о безопасности реактора.
Деление ядер – не идеальное решение проблемы энергоресурсов. Более перспективной в экологическом плане представляется энергия термоядерного синтеза.
Энергия термоядерного синтеза.
Такую энергию можно получать за счет образования тяжелых ядер из более легких. Этот процесс называется реакцией ядерного синтеза. Как и при делении ядер, небольшая доля массы преобразуется в большое количество энергии. Энергия, излучаемая Солнцем, возникает в результате образования ядер гелия из сливающихся ядер водорода. На Земле ученые ищут способ осуществления управляемого ядерного синтеза с использованием небольших, поддающихся контролю масс ядерного материала.
Дейтерием D и тритием T называются тяжелые изотопы водорода 2 H и 3 H. Атомы дейтерия и трития необходимо нагреть до температуры, при которой они полностью диссоциировались бы на электроны и «голые» ядра. Такая смесь несвязанных электронов и ядер называется плазмой. Для того чтобы создать реактор термоядерного синтеза, нужно выполнить три условия. Во-первых, плазма должна быть достаточно сильно нагрета, чтобы ядра могли сблизиться на расстояние, необходимое для взаимодействия. Для дейтерий-тритиевого синтеза необходимы очень высокие температуры. Во-вторых, плазма должна быть достаточно плотной, чтобы в одну секунду происходило много реакций. И в-третьих, плазма должна достаточно долго удерживаться от разлетания, чтобы могло выделиться значительное количество энергии.
Исследования в области управляемого термоядерного синтеза ведутся в двух основных направлениях. Одно из них – удержание плазмы магнитным полем, как бы в магнитной бутылке. Второе (метод инерционного удержания плазмы) – очень быстрое нагревание лучом мощного лазера (см. ЛАЗЕР) дейтерий-тритиевой крупинки (таблетки), вызывающее реакцию термоядерного синтеза в форме управляемого взрыва.
Энергия ядер дейтерия, содержащихся в 1 м 3 воды, равна примерно 3 ґ 10 12 Дж. Иначе говоря, 1 м 3 морской воды в принципе может дать столько же энергии, как и 200 т нефти-сырца. Таким образом, мировой океан представляет собой практически неограниченный источник энергии.
В настоящее время ни методом магнитного, ни методом инерционного удержания плазмы еще не удалось создать условия, необходимые для термоядерного синтеза. Хотя наука неуклонно движется по пути все более глубокого понимания основных принципов реализации обоих методов, пока нет оснований полагать, что термоядерный синтез начнет давать реальный вклад в энергетику ранее 2010.
АЛЬТЕРНАТИВНЫЕ ИСТОЧНИКИ ЭНЕРГИИ
В последнее время исследуется ряд альтернативных источников энергии. Наиболее перспективным из них представляется солнечная энергия.
Солнечная энергия.
У солнечной энергии два основных преимущества. Во-первых, ее много и она относится к возобновляемым энергоресурсам: длительность существования Солнца оценивается приблизительно в 5 млрд. лет. Во-вторых, ее использование не влечет за собой нежелательных экологических последствий.
Однако использованию солнечной энергии мешает ряд трудностей. Хотя полное количество этой энергии огромно, она неконтролируемо рассеивается. Чтобы получать большие количества энергии, требуются коллекторные поверхности большой площади. Кроме того, возникает проблема нестабильности энергоснабжения: солнце не всегда светит. Даже в пустынях, где преобладает безоблачная погода, день сменяется ночью. Следовательно, необходимы накопители солнечной энергии. И наконец, многие виды применения солнечной энергии еще как следует не апробированы, и их экономическая рентабельность не доказана.
Можно указать три основных направления использования солнечной энергии: для отопления (в том числе горячего водоснабжения) и кондиционирования воздуха, для прямого преобразования в электроэнергию посредством солнечных фотоэлектрических преобразователей и для крупномасштабного производства электроэнергии на основе теплового цикла.
Геотермальная энергия.
Геотермальная энергия, т.е. теплота недр Земли, уже используется в ряде стран, например в Исландии, России, Италии и Новой Зеландии. Земная кора толщиной 32–35 км значительно тоньше лежащего под ней слоя – мантии, простирающейся примерно на 2900 км к горячему жидкому ядру. Мантия является источником богатых газами огненно-жидких пород (магмы), которые извергаются действующими вулканами. Тепло выделяется в основном вследствие радиоактивного распада веществ в земном ядре. Температура и количество этого тепла столь велики, что оно вызывает плавление пород мантии. Горячие породы могут создавать тепловые «мешки» под поверхностью, в контакте с которыми вода нагревается и даже превращается в пар. Поскольку такие «мешки» обычно герметичны, горячая вода и пар часто оказываются под большим давлением, а температура этих сред превышает точку кипения воды на поверхности земли. Наибольшие геотермальные ресурсы сосредоточены в вулканических зонах по границам корковых плит.
Основным недостатком геотермальной энергии является то, что ее ресурсы локализованы и ограничены, если изыскания не показывают наличия значительных залежей горячей породы или возможности бурения скважин до мантии. Существенного вклада этого ресурса в энергетику можно ожидать только в локальных географических зонах.
Гидроэнергия.
Гидроэнергетика дает почти треть электроэнергии, используемой во всем мире. Норвегия, где электроэнергии на душу населения больше, чем где-либо еще, живет почти исключительно гидроэнергией.
На гидроэлектростанциях (ГЭС) и гидроаккумулирующих электростанциях (ГАЭС) используется потенциальная энергия воды, накапливаемой с помощью плотин. У основания плотины расположены гидротурбины, приводимые во вращение водой (которая подводится к ним под нормальным давлением) и вращающие роторы генераторов электрического тока.
Существуют очень крупные ГЭС. Широко известны две большие ГЭС в России: Красноярская (6000 МВт) и Братская (4100 МВт). Самая крупная ГЭС в США – Грэнд-Кули полной мощностью 6480 МВт. В 1995 на гидроэнергетику приходилось около 7% электроэнергии, вырабатываемой в мире.
Гидроэнергия – один из самых дешевых и самых чистых энергоресурсов. Он возобновляем в том смысле, что водохранилища пополняются приточной речной и дождевой водой. Остается под вопросом целесообразность строительства ГЭС на равнинах.
Приливная энергетика.
Существуют приливные электростанции, в которых используется перепад уровней воды, образующийся во время прилива и отлива. Для этого отделяют прибрежный бассейн невысокой плотиной, которая задерживает приливную воду при отливе. Затем воду выпускают, и она вращает гидротурбины.
Приливные электростанции могут быть ценным энергетическим подспорьем местного характера, но на Земле не так много подходящих мест для их строительства, чтобы они могли изменить общую энергетическую ситуацию.
Ветроэнергетика.
Исследования, проведенные Национальной научной организацией США и НАСА, показали, что в США значительные количества ветроэнергии можно получать в районе Великих озер, на Восточном побережье и особенно на цепочке Алеутских островов. Максимальная расчетная мощность ветровых электростанций в этих областях может обеспечить 12% потребности США в электроэнергии в 2000. Крупнейшие ветроэлектростанции США расположены под Голдендейлом в штате Вашингтон, где каждый из трех генераторов (установленных на башнях высотой 60 м, с диаметром ветрового колеса, равным 90 м) дает 2,5 МВт электроэнергии. Проектируются системы на 4,0 МВт.
Твердые отходы и биомасса.
Примерно половину твердых отходов составляет вода. Легко собрать можно лишь 15% мусора. Самое большее, что могут дать твердые отходы, – это энергию, соответствующую примерно 3% потребляемой нефти и 6% природного газа. Следовательно, без радикальных улучшений в организации сбора твердых отходов они вряд ли дадут большой вклад в производство электроэнергии.
На биомассу – древесину и органические отходы – приходится около 14% полного потребления энергии в мире. Биомасса – обычное бытовое топливо во многих развивающихся странах.
Были предложения выращивать растения (в том числе и лес) как источник энергии. Быстрорастущие водяные растения способны давать до 190 т сухого продукта с гектара в год. Такие продукты можно сжигать в качестве топлива или пускать на перегонку для получения жидких или газообразных углеводородов. В Бразилии сахарный тростник был применен для производства спиртовых топлив, заменяющих бензин. Их стоимость ненамного превышает стоимость обычных ископаемых энергоносителей. При правильном ведении хозяйства такой энергоресурс может быть восполняемым. Необходимы дополнительные исследования, особенно быстрорастущих культур и их рентабельности с учетом затрат на сбор, транспортировку и размельчение.
Топливные элементы.
Топливные элементы как преобразователи химической энергии топлива в электроэнергию характеризуются более высоким КПД, нежели теплоэнергетические устройства, основанные на сжигании. Если КПД типичной электростанции, сжигающей топливо, не превышает примерно 40%, то КПД топливного элемента может достигать 85%. Правда, пока что топливные элементы относятся к дорогостоящим источникам электроэнергии.
РАЦИОНАЛЬНОЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ЭНЕРГИИ
Хотя в мире пока еще не ощущается нехватки энергоресурсов, в предстоящие два-три десятилетия возможны серьезные трудности, если не появятся альтернативные источники энергии или не будет ограничен рост ее потребления. Очевидна необходимость более рационального использования энергии. Имеется ряд предложений по повышению эффективности аккумулирования и транспортирования энергии, а также по более эффективному ее использованию в различных отраслях промышленности, на транспорте и в быту.
Аккумулирование энергии.
Нагрузка электростанций изменяется на протяжении суток; происходят также ее сезонные изменения. Эффективность работы электростанций можно повысить, если в периоды провала графиков энергетической нагрузки затрачивать излишек мощности на перекачку воды в большой резервуар. Затем в периоды пиковой нагрузки можно выпускать воду, заставляя ее вырабатывать на ГАЭС дополнительную электроэнергию.
Более широкое применение могло бы найти использование мощности базового режима электростанции для накачки сжатого воздуха в подземные полости. Турбины, работающие на сжатом воздухе, позволили бы экономить первичные энергоресурсы в периоды повышенной нагрузки.
Передача электроэнергии.
Большие энергетические потери связаны с передачей электроэнергии. Для их снижения расширяется использование линий передачи и распределительных сетей с повышенным уровнем напряжения. Альтернативное направление – сверхпроводящие линии электропередачи. Электросопротивление некоторых металлов падает до нуля при охлаждении до температур, близких к абсолютному нулю. По сверхпроводящим кабелям можно было бы передавать мощности до 10 000 МВт, так что для обеспечения электроэнергией всего Нью-Йорка было бы достаточно одного кабеля диаметром 60 см. Установлено, что некоторые керамические материалы становятся сверхпроводящими при не очень низких температурах, достижимых с помощью обычной холодильной техники. Это удивительное открытие могло бы привести к важным новациям не только в области передачи электроэнергии, но и в области наземного транспорта, компьютерной техники и техники ядерных реакторов. См. также СВЕРХПРОВОДИМОСТЬ.
Водород как теплоноситель.
Водород можно было бы без особых трудностей транспортировать по трубопроводам для природного газа. Можно также хранить его в жидком виде в криогенных резервуарах. Водород легко диффундирует в некоторые металлы, например титан. Его можно накапливать в таких металлах, а затем выделять, нагревая металл.
Это метод, позволяющий более эффективно использовать ископаемые энергоносители. Идея состоит в том, чтобы заменить медные токовые обмотки обычного машинного электрогенератора потоком ионизованного (проводящего) газа. Наибольший экономический эффект МГД-генераторы могут давать, вероятно, при сжигании угля. Поскольку в них нет движущихся механических частей, они могут работать при очень высоких температурах, а это обеспечивает высокий КПД. Теоретически КПД таких генераторов может достигать 50–60%, что означало бы до 20% экономии по сравнению с современными электростанциями на ископаемых энергоносителях. Кроме того, МГД-генераторы дают меньше сбросной теплоты.
Дополнительное их преимущество состоит в том, что они в меньшей степени загрязняли бы атмосферу выбросами газообразных оксидов азота и соединений серы. Поэтому МГД-электростанции могли бы, не загрязняя окружающей среды, работать на углях с повышенным содержанием серы.
Серьезные исследования в области МГД-преобразователей ведутся в Японии, Германии и особенно в России. Так, например, в России была запущена малая МГД-установка мощностью 70 МВт на природном газе, которая служила также опытной для создания электростанции на 500 МВт. В США разработки ведутся в меньших масштабах и в основном в направлении систем, работающих на угле. В течение 500 ч непрерывно проработал МГД-генератор мощностью 200 МВт, построенный фирмой «Авко Эверетт».
Пределы потребления энергии.
Непрерывный рост потребления энергии не только ведет к истощению запасов энергоресурсов и загрязнению среды обитания, но и в конце концов может вызвать значительные изменения температуры и климата на Земле.
Энергия химических, ядерных и даже геотермальных источников в конечном счете превращается в тепло. Оно передается земной атмосфере и сдвигает равновесие в сторону более высокой температуры. При нынешних темпах роста численности населения и душевого потребления энергии к 2060 повышение температуры может составить 1 ° C. Это заметно скажется на климате.
Энергетические ресурсы СССР, тт. 1–2. М., 1968 Антропов П.Я. Топливно-энергетический потенциал Земли. М., 1974 Одум Г., Одум Е. Энергетический базис человека и природы. М., 1978
ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ РЕСУРСЫ (а. energy resources; н. Energieressourcen; ф. ressources energetiques; и. recursos energetiсоs) — все доступные для промышленного и бытового использования источники разнообразных видов энергии: механической, тепловой, химической, электрической, ядерной.
Темпы научно-технического прогресса, интенсификация общественного производства, улучшение условий труда и решение многих социальных проблем в значительной мере определяются уровнем использования энергетических ресурсов. Развитие топливно-энергетического комплекса и энергетики является одной из важнейших основ развития всего современного материального производства.
Среди первичных энергоресурсов различают невозобновляемые (невоспроизводимые) и возобновляемые (воспроизводимые) энергетические ресурсы. К числу невозобновляемых энергетических ресурсов относятся в первую очередь органические виды минерального топлива, добываемые из земных недр: нефть, природный газ, уголь, горючие сланцы, другие битуминозные горные породы, торф. Они используются в современном мировом хозяйстве в качестве топливно-энергетического сырья особенно широко и, поэтому, нередко называется традиционными энергетическими ресурсами.
Быстрое развитие мировой энергетики в 20 в. опиралось на широкое использование минерального (ископаемого) топлива, особенно нефти, природного газа и угля, добыча которых до середины 70-х гг. была сравнительно недорогой и в техническом отношении доступной. Доля нефти и газа в мировом потреблении энергетических ресурсов достигала 60% и доля угля — свыше 25% (в 1950 доля угля составляла 50%). Следовательно, свыше 85% суммарного потребления энергетических ресурсов в мире в тот период приходилось на невозобновляемые ресурсы органические топлива и лишь около 15% — на возобновляемые ресурсы (гидроэнергия, дровяное топливо и др.). С 70-х гг., когда сложность и стоимость добычи нефти и газа стали резко увеличиваться в связи с исчерпанием или значительным сокращением их запасов в легкодоступных месторождениях, появилась необходимость их жёсткой экономии и строго ограниченного использования в качестве топлива.
Значительно возрастает роль и таких возобновляемых нетрадиционных энергетических ресурсов, как солнечная энергия (энергия солнечной радиации, поступающей на поверхность Земли), энергия внутреннего тепла самой Земли (в первую очередь геотермальная энергия), тепловая энергия Мирового океана (обусловленная большими перепадами температур между поверхностными и глубинными слоями воды), энергия морских и океанических приливов и энергия волн, ветровая энергия, энергия биомассы, основой которой является механизм фотосинтеза (биоотходы сельского хозяйства и животноводства, промышленные органические отходы, использование древесины и древесного угля). По имеющимся прогнозам, доля возобновляемых энергетических ресурсов (гидроэнергетических и перечисленных нетрадиционных) достигнет в 1-й четверти 21 века примерно 7-9% в мировом суммарном использовании всех видов первичных энергоресурсов (свыше 20-23% будет приходиться на атомную ядерную энергию и около 70% сохранится за органическим топливом — углём, газом и нефтью).
Для сопоставления тепловой ценности различных видов топливно-энергетических ресурсов используется расчётная единица, называемая условным топливом.
Энергетические ресурсы Российской Федерации
1.1 Состав ТЭК России
1.2 Роль и значение ТЭК для экономики и внешней торговли России
2. Современная энергетическая политика России
2.1 Проблемы и угрозы энергетической безопасности России
2.2 Энергетическая безопасность и энергетическая политика России
В энергетическом секторе мирового хозяйства ведущую роль играют топливно-энергетические ресурсы — нефть, нефтепродукты, природный газ, каменный уголь, энергия (ядерная, гидроэнергия).
Среди топливно-энергетических ресурсов особое место занимают нефть и природный газ. Эта группа товаров сохраняют роль лидеров среди прочих товарных групп в международной торговле, уступая только продукции машиностроения.
Россия играет ключевую роль на мировом рынке энергетических ресурсов.
Наша страна выступает одним из гарантов общей энергетической безопасности и стабильности мира в долгосрочной перспективе, т.к. доля России в мировом производстве нефти более 12%, природного газа около 30%, угля около 7%. Суммарно на Россию приходится 10,5% производства первичной энергии.
Для самой России топливно-энергетический комплекс (ТЭК) приносит более 50% доходов федерального бюджета.
Также сегодня ТЭК обеспечивает 25% валового внутреннего продукта и 30% объема промышленного производства в стране. Темпы добычи нефти и газа в России все нарастают, так добычи природного газа в России к 2010 г. может составить 645-665 млрд. м³., а к 2020 г. возрасти до 710-730 млрд. м³. [1] А по другим прогнозам она напротив может упасть на 30-50%.
В настоящее время, в силу сырьевой ориентации российской экономики наличие ТЭР стало основой успешного развития регионов РФ, обладающих ими.
С ними напрямую связано благосостояние всех граждан России, такие проблемы, как безработица и инфляция. Возросшее значение ТЭР в развитии нашей страны обусловило пристальный интерес к ним со стороны общества и правительства, а появившиеся в последние десятилетия проблемы отрасли становятся проблемами каждого гражданина России.
Эффективная энергетическая политика для России имеет стратегическое значение, отсюда и высока актуальность данной темы.
Цель работы — анализ современного состояния энергетического сектора и рассмотрение энергетической политики России.
Определить роль и значение энергетического сектора для России;
Проанализировать современное использование энергетических ресурсов и определить проблемы связанные с их использованием;
Рассмотреть основные направления перспективного развития энергетической политики России.
В настоящее время энергетическая безопасность России признана одним из приоритетов национальной политики.
Появились специализированные публикации и нормативные документы по проблеме. Для написания этой работы использовались такие труды как: «Энергетика России», 2008; «Энергетическая безопасность России», 2004; «Реформирование энергетики и энергетическая безопасность», 2006 и другие работы.
При написании работы использовались последние статистические данные Госкомстата РФ, аналитического центра «Минерал», а так же Федерального агентства по недропользованию РФ.
Состав ТЭК России
Топливно-энергетический комплекс (ТЭК) России объединяет отрасли по добычи топливно-энергетических ресурсов и производству на их основе электроэнергии.
Топливно-энергетические ресурсы — запасы топлива и энергии в природе, которые при современном уровне техники могут быть практически использованы человеком для производства материальных благ.
К топливно-энергетическим ресурсам относятся: различные виды топлива: каменный и бурый уголь, нефть, горючие газы, горючие сланцы, торф, дрова; — энергия падающей воды рек, морских приливов, ветра; — солнечная и атомная энергия [5, C.44].
Топливно-энергетический потенциал РФ [12, C.78]
Главные для России виды ТЭР — топливные (природный газ, нефть, уголь), объем их производства приведен в таблице 2.
Показатели динамики добычи первичных ТЭР. [5, 8]
Анализируя основные показатели производства ТЭР за последние годы, можно отметить, что начиная с 1992 года добыча ТЭР в стране снижалось.
С 1997 году впервые получен прирост добычи. В настоящее время по добычи ТЭР Россия достигла докризисного периода (1991) и продолжает их наращивать, хотя, с учетом экономического кризиса и снижения спроса в мире на энергоносители, можно прогнозировать некоторое снижение объемов добычи ТЭР в России в ближайшие годы [11, C.669].
Так же к группе топливных ресурсов относится торф и горючий сланец.
Наша страна является лидером по производству обогащенного ядерного топлива и занимает 40 процентов его мирового рынка.
Российские газоцентрифужные разделительные заводы обеспечивают потребности в ядерном топливе не только собственных потребителей, но и примерно трети всех АЭС в мире. Однако по запасам урановых руд, Россия уступает лидерам (США, Австралии, Бразилии). После распада СССР и потери крупнейших месторождения в Средней Азии и Украине в РФ добывается 3000 тонн урана в год, нехватка сырья устраняется за счет экспорта, так в 2008 году было заключено соглашение о ежегодной закупке 4500 тонн уранового концентрата в Австралии [4].
Гидроэнергетические ресурсы еще один существенный энергетический ресурс России.
На территории нашей страны сосредоточено около 9% мировых запасов гидроресурсов. По обеспеченности гидроэнергетическими ресурсами Россия входит в число лидеров (второе место).
Энергетический топливный комплекс Россия
Общий валовой гидроэнергопотенциал России оценивается в 2900 млрд кВт-ч годовой выработки электроэнергии. Технически достижимый уровень использования гидроэнергоресурсов оценивается в 70% от указанной цифры. В настоящее время уровень освоения гидропотенциала России составляет всего 20%, притом, что Россия занимает второе место в мире по запасу гидроресурсов.
На рисунке 1 представлен топливно-энергетический баланс России за 2008 год.
Рис.1. Топливно-энергетический баланс России [14]
Таким образом, Россия богата разнообразными энергетическим ресурсами и является мировым лидером по их добычи. Однако, используются они не равномерно.
На рисунке представлен топливно-энергетический баланс России. Видно, что в нем преобладают природный газ, нефть и уголь. На другие виды топливно-энергетических ресурсов, в том числе альтернативные источники приходится всего 8,7%.
1.2 Роль и значение ТЭК для экономики и внешней торговли России
Топливно-энергетический комплекс тесно связаны со всей промышленностью страны. На использование (добычу, транспорт, перерарботку) ТЭР расходуется более 20% всех денежных средств.
На отрасли занятые использованием ТЭР приходится 30% основных фондов и 30% стоимости промышленной продукции России. Предприятия ТЭК используют 10% продукции машиностроительного комплекса, 12% продукции металлургии, потребляет 2/3 труб в стране, дает больше половины экспорта РФ и значительное количество сырья для химической промышленности [3, C.7].
Топливно-энергитические ресурсы — важнейший экспортный товар России, обеспечивающий основную долю валютных поступлений, формирующий бюджет нашей страны, поддерживающий ее авторитет на международной арене.
Рис.2.Доля энергоресурсов в товарной структуре экспорта России [14]
Нефть важнейший продукт потребления на внутреннем рынке. Потребление нефти внутри РФ оценивается долей около 60%. Нефть основное сырье, для нефтеперерабатывающей, нефтехимической и химической промышленности, продукты первичной переработки нефти (мазут) — важное сырье для топливной промышленности.
Кроме этого нефть важнейший экспортный товар для России, от которого во много зависит наполняемость федерального бюджета (рисунок 3).
Рис.3 Динамика экспорта нефти из России [8, C.55]
Россия — крупнейший в мире экспортёр газа, на её долю приходится более 20% мировых межгосударственных поставок.
Экспорт природного газа из РФ впервые за последние годы сократился — на 2,1% по сравнению с 2005 г.; он составил 182,8 млрд. куб. м, или около 31% добытого (рисунок 4).
Рис.4 Динамика экспорта газа из России [8, C.71]
Россия входит в число лидеров по экспорту угля на мировой рынок, поставляя его в 45 стран мира.
Так и энергетического, занимая третье место по объёмам экспорта угля в мире после Австралии и Индонезии. С 1999 г.
российский экспорт угля неуклонно растёт, в 2006 г. он увеличился очень существенно — на 18%, превысив 90 млн. т. [2, C.24]. Более 80% российского угольного экспорта составляют угли Кузнецкого бассейна, отличающиеся высоким качеством. В мировом объеме экспорт российского угля составляет около 12%.
В 2006 г. российский экспорт вырос более чем на 9 % и составил, 7,36 млн. т.
Классификация энергетических ресурсов
Энергетический ресурс — это запасы энергии, которые при данном уровне техники могут быть использованы для энергоснабжения. Это широкое понятие относится к любому звену «энергетической цепочки», к любой стадии энергетического потока на пути от природного источника стадии потребления энергии.
Энергоресурсы классифицируются в зависимости от целей и задач классификации.
Если за основу взять стадии энергетического потока, то рассматривать следующие виды энергетических ресурсов, энергии энергоносителей:
— природные энергетические ресурсы, которые, в свою очередь подразделяются на: топливные: органическое топливо—уголь, нефть, газ, сланцы, торф, дрова и некоторые другие (например, битуминозные пески); расщепляющиеся материалы (ядерное горючее) – уран 235 и 238; нетопливные: гидроэнергия, энергия Солнца, ветра, приливов, морских волн, геотермальная энергия и некоторые другие виды (например, энергия разности температурных потенциалов океанских глубин и поверхности);
— преобразованные энергетические ресурсы: электроэнергия, лота, сжатый воздух и газы (азот, кислород, водород, аргон, оксид, углерода и др.), генераторный газ, коксовый газ, сланцевый газ, газ нефтепереработки, биогаз и некоторые другие (например, жидкое топливо, получаемое из низкокачественных углей);
— побочные (вторичные) энергоресурсы: горючие производственные и непроизводственные отходы (твердые, жидкие, газообразные); тепловые отходы (преимущественно жидкие и газообразные); избыточное давление продуктов и промежуточных продуктов (переделов).
Мировые запасы топливно-энергетических ресурсов.
Учет мировых запасов топливно-энергетических ресурсов и перспективы их использования представляют собой глобальную проблему, постоянно заботящую мировую научную общественность. Европейское объединение независимых экспертов «Римский клуб», готовит периодические доклады о путях развития человечества, где существенное место занимают топливноэнергетические вопросы.
Так, в 70-е годы XX в. в связи с энергетическим кризисом 1972 г. общие мировые запасы органических топлив с учетом экономически оправданной извлекаемости оценивались (с округлением) всего в 1 трл.т (в условном исчислении).
Если принять за основу перспективных расчетов тенденции прошлого — удвоение суммарного мирового энергопотребления каждые 20 лет, то при потреблении в 2000 и последующих годах (при стабилизации потребления) по 20 млрд, т этих запасов должно было бы хватить всего на 50 лет, т. е., считая от 1980 г., только до 2030 г.
Следует отметить, что аналогичные опасения возникали у человечества также в начале XX века, когда прогнозировалась исчерпаемость топливных запасов (преимущественно угля) к 60-м годам. Однако тогда мировая энергетика находилась на другом, значительно более низком уровне развития и соответственно значительно хуже были исследованы топливные месторождения, а некоторые из них вообще еще не были открыты.
Тогда мировая общественность впервые задумалась о поиске новых видов энергии для будущего удовлетворения своих постоянно растущих потребностей.
Именно тогда были предложены многие из известных сегодня альтернативных, так называемых «возобновляемых» видов энергии: солнечная, геотермальная, энергия ветра, приливов и отливов, движения волн, разница термического потенциала поверхности и глубин мирового океана и многое другое.
При дополнительных исследованиях и уточнениях после 1980 г. во время своеобразной «инвентаризации» мировых запасов цифры стали более оптимистичными — природного органического топлива должно хватить на весь XXI в.
Однако все эти прогнозы, как и в начале века, дали ощутимый толчок к поиску возобновляемых энергоресурсов, альтернативных органическому топливу.
По данным ЮНЕСКО в недрах Земли содержится 1016 т (1010 Гига-тонн — Гт; 1 Гт = 1 млн. т) ископаемого углерода. К сожалению, не весь он легко или рентабельно добываем.
Уголь является после дров самым широко применяемым видом природного органического топлива.
Известные, доступные для разработки, запасы угля оцениваются в 600 Гт (примерно в 4 раза больше добытого). Возможно, что запасы угля на Земле достигают 10 000Гт.
Предполагается, что 2500 Гт из них доступны для разработки.
Нефть, по оценкам ЮНЕСКО, использована примерно на 1/3 от уровня и доступных для разработки мировых запасов.
Доказанные запасы составляют 884 Гт, однако в конечном счете пригодными для добычи могут оказаться около 300 Гт. В последние годы открываются или уточняются по запасам месторождения нефти общим объемом около 5 Гт ежегодно, т.е. больше, за год. Предполагается, что в настоящее время достигнут максимум добычи нефти, после чего ее мировое производство и потребление начнут снижаться.
Природный газ к настоящему использован примерно на 40 % его известных запасов, около 590 Гт, причем его извлекаемость больше, чем у нефти, и составить также примерно 300 Гт.
Максимум производства и потребления ожидается в 2010 г., когда его потребление в 3- раза превысит существующее.
Горючие сланцы и битуминозные пески — наименее эффективные виды ископаемого органического топлива. Из них, правило, добывается нефть, причем значительная часть добываемого сырья составляет пустая порода.
Так, в бывшем СССР ежегодно перерабатывалось 35 млн. тонн сланцев, из которых извлекалось около 12 т нефти.
Доказанные на по оценкам 70—80-х годов XX в. составляют примерно 900 млрд. т в пересчете на угольный эквивалент (с теплотой сгорания 6000 ккал/кг).
В числе: уголь — 600 млрд.т, нефть — 200 млрд.т, газ — 100 млрд.т; потребление энергии в год — 5 млрд.т. Позже мировые запасы несколько переоценены, и современные цифры, особенно по запасам угля, существенно выше.
Среди возобновляемых источников энергии наиболее существенными признаются следующие.
Геотермальная энергия.
Каждый квадратный метр поверхности Земли постоянно излучает около 0,06 Вт—слишком малая величина, чтобы ее мог ощутить человек. Однако в целом планета ежегодно теряет около 2,8- 1014 кВт ч. При таких темпах Земля должна бы остыть до температуры космического пространства через 200 млн.
лет. Но тот факт, что Земле уже 4,5 млрд. лет, означает, что энергия поступает изнутри нее, и именно от нагрева в результате радиоактивного распада определенных изотопов в горных породах земной коры, находящихся порой на значительной глубине. Известно понятие геотермический градиент: температура земных недр возрастает на 30°С с увеличением глубины на 1 километр. В некоторых районах геотермическая активность усиливает этот эффект и температура может повышаться до 80°/км. Однако пар геотермального происхождения имеет температуру выше 300 °С, что ограничивает эффективность его использования.
Таким образом, геотермальная энергия — это фактически разновидность ядерной энергии.
В настоящее время действует около 20 геотермальных электростанций мощностью от нескольких МВт до 500 МВт каждая.
Их общая мощность около 1,5 ГВт (1 ГВт = 103 МВт = 106 кВт). В среднем одна буровая скважина, пробуренная на нужную глубину (от сотен метров до километра в зависимости от характера земной коры), может дать около 5 MВт, и срок ее действия—10 — 20 лет.
Приливные волны Мирового океана несут около 3 ТВт знергии (1 ТВт = 1012Вт= 109кВт= 106 МВт = 103 ГВт).
Однако ее получение рентабельно лишь в нескольких районах планеты, где приливы особенно высоки, например, в некоторых районах Ла-Манша и Ирландского моря вдоль побережья Северной Америки и Австралии и на отдельных участках Белого и Баренцева морей.
По техническим причинам приливные станции работают лишь на 25 % своей нормативной мощности, так что из общего потенциала 80 ГВт может быть использовано лишь 20 ГВт.
Несколько лет действует одна из самых крупных приливных электростанций близ Ла-Ранс (Франция) проектной мощностью 240 МВт, которая при довольно небольших затратах производит 60 МВт.
Волны Мирового океана содержат еще около 3 ТВт энергии. Обычная волна в Северном море несет 40 кВт энергии на каждый метр длины на протяжении 30 % времени своего существования и около 10 кВ на метр в течение 70 % времени.
Расчетные данные о том, какую энергию можно получить от волн, сильно расходятся. Согласно одним — это 100 ГВт во всем мире, по другим — 120 ГВт можно получить лишь у берегов Англии. Несколько экспериментальных прототипов волновых энергетических установок построено в Англии и Японии.
Дующие на Земле ветры обладают энергией в 2700 ТВт, но лишь 1/4 часть их находится на высоте до 100 метров над поверхностью Земли. Если на всех континентах построить ветряные установки, беря в расчет только поверхность суши и учитывая неизбежные потери, то это может дать максимум 40 ТВт.
Однако даже 1/10 часть этой энергии превышает весь гидроэнергетический потенциал. При использовании энергии ветра человечество столкнулось с неожиданными проблемами.
В США на побережье Флориды были сооружены мощные ветряки с диаметром лопастей свыше 3-х метров. Оказалось, что эти установки генерируют довольно мощное излучение неслышимого инфразвука, который, во-первых удручающе действует на человеческую психику, а во-вторых, резонирует естественные колебания таким образом, что на расстоянии нескольких километров дрожат и лопаются стекла в домах, стеклянная посуда, люстры и т.п.
Изменение (уменьшение) диаметра ветряных установок пока не дало положительных результатов, так что дальнейшее сооружение подобных генераторов является проблематичным.
Гидроэнергия. На Земле имеется 1018 т воды, однако лишь 1/2000 часть ее ежегодно вовлекается в круговорот, испаряясь и вновь выпадая на поверхность в виде дождя и снега. Но даже эта ничтожная доля составляет 500 000 км3 воды. Ежегодно из океанов испаряется 430 000 и с суши 70 000 км3 воды.
Из них 390 000 км3 воды выпадает в виде осадков обратно в океаны и 110 000 — на сушу. Таким образом, ежегодно 40 000 км3 воды стекает с континентов в океаны. Средняя высота континентов — 80 м.
Легко подсчитать, что общая потенциальная гидроэнергия на земном шаре составляет 10 Твт (примерно нынешний объем общемирового потребления), около 15 % может быть рентабельно использовано, что дает потенциал 1,5 Твт.
Энергетический потенциал гидроресурсов, использовать который экономически целесообразно, в России составляет порядка 1 трлн. кВт ч/год, в том числе на больших и средних реках около 850 млрд. кВт.ч/год. По этому показателю мы занимаем второе место в мире после Китая (табл. 2.1).
