Возобновляемые и невозобновляемые энергетические ресурсы Почти вся энергия поступает на поверхность Земли от Солнца, за исключением небольшого количества теплоты за счет радиоактивности земной коры, наличия раскаленного земного ядра, а также гравитационной энергии взаимодействия Земли с Луной и Солнцем. Но надо отметить, что основным энергети-ческим источником жизни на Земле является Солнце. Под действием солнечных лучей хлорофилл растений разла-гает углекислоту, поглощаемую из воздуха, на кислород и угле-род. Последний накапливается в растениях. Уголь, газ, торф и т.д. – это запасы лучистой энергии Солнца. Энергия воды, ветра – также, в конечном счете, результаты солнечной активности: ветры возникают при неодинаковом нагревании Земли Солнцем, а вода, отдающая потенциальную энергию при падении, получает ее при испарении озер и океанов под действием солнечного света и ветра. Растительная и животная жизнь образует цикл, который на-чинается с солнечного света, воды и углекислого газа и заканчи-вается водой, углекислым газом, теплом и механической энергией животных и человека. Все машины, работающие на нефтепро-дуктах, угле, ветре, движущейся воде, все животные и человек, потребляющие пищу, в конечном счете, получают свое «топливо» от Солнца. Энергетические ресурсы – это материальные объекты, в которых сосредоточена энергия, пригодная для практического использования человеком. Энергетическим ресурсом называют любой источник энер-гии, естественный или искусственно активированный. Энергети-ческие ресурсы – носители энергии, которые используются в настоящее время или могут быть полезно использованы в перспективе. Одна из классификаций природных ресурсов – классифика-ция по признаку исчерпаемости, в соответствии с которой энер-гетические ресурсы разделяют на исчерпаемые и неисчерпаемые В свою очередь, исчерпаемые можно разделить на во-зобновляемые и невозобновляемые. К возобновляемым относят ресурсы, восстанавливаемые природой (земля, растения, животные и т.д.), к невозобновляемым – ресурсы, ранее нако-пленные в природе, но в новых геологических условиях практически не образующиеся (нефть, уголь и другие запасы недр). К неисчерпаемым относятся космические, климатические, водные ресурсы. Из всех видов энергоресурсов энергия Солнца имеет особое значение. Все виды энергоресурсов есть результат естественных преобразований солнечной энергии. Уголь, нефть, природный газ, торф, горючие сланцы и дрова – это запасы лучистой энергии Солнца, извлеченные и преобразованные растениями. В процессе реакции фотосинтеза из неорганических элементов окружающей среды – воды Н2О и углекислого газа СО2 – под воздействием солнечного света в растениях образуется органическое вещество, основным элементом которого является углерод С. В определен-ную геологическую эпоху на протяжении миллионов лет из от-мерших растений под воздействием давления и температурного режима, которые, в свою очередь, являются результатом кон-кретного количества энергии Солнца, падающего на Землю, и об-разовались органические энергетические ресурсы, основу которых составляет углерод, ранее накопленный в растениях. Энергия воды также получается за счет солнечной энергии, испаряющей воду и поднимающей пар в высокие слои атмосферы. Ветер возникает за счет различной температуры нагревания Солнцем разных точек нашей планеты. Кроме того, непосредственно излучение Солнца, приходящееся на поверхность Земли, обладает огромным потенциалом энергии. Классификация природных ресурсов. Как уже было сказано выше, образование органического то-плива является результатом, с одной стороны, естественных пре-образований солнечной энергии, а с другой, – результатом тепло-вого, механического и биологического воздействия в течение многих столетий на останки растительного и животного мира, откладывавшиеся во всех геологических формациях. Все это топ-ливо имеют углеродную основу, и энергия высвобождается из не-го, главным образом, в процессе образования диоксида углерода (СО2). представлен поток энергии и продуктов сгорания органического топлива при получении полезной энергии. В современном природопользовании энергетические ресурсы классифицируют на три группы – участвующие в постоянном обороте и потоке энергии (солнечная, космическая энергия и т.д.), депонированные энергетические ресурсы (нефть, газ и т.д.) и искусственно активированные источники энергии (атомная и термоядерная энергии). В экономике природопользования различают валовой, тех-нический и экономический энергетические ресурсы. Валовой (теоретический) ресурс представляет суммарную энергию, заключенную в данном виде энергоресурса. Технический ресурс – это энергия, которая может быть по-лучена из данного вида энергоресурса при существующем разви-тии науки и техники. Он составляет от доли процента до десятка процентов от валового, но постоянно увеличивается по мере усо-вершенствования энергетического оборудования и освоения но-вых технологий. Экономический ресурс – энергия, получение которой из данного вида ресурса экономически выгодно при существующем соотношении цен на оборудование, материалы и рабочую силу. Он составляет некоторую долю от технического и тоже увеличивается по мере развития энергетики. Энергетические ресурсы принято характеризовать числом лет, в течение которых данного ресурса хватит для производства энергии на современном качественном уровне. Из доклада ко-миссии Мирового энергетического совета (1994 г.) при совре-менном уровне потребления запасов угля хватит на 250 лет, газа – на 60 лет, нефти – на 40 лет. При этом по данным Между-народного института прикладного системного анализа, мировой спрос на энергоносители вырастет с 9,2 млрд. т в пересчете на нефть (конец 1990-х гг.) до 14,2–24,8 млрд. т в 2050 году. Доля различных видов энергетических ресурсов в общеми-ровой выработке первичной энергии на начало 90-х годов Мировые запасы энергетических ресурсов по состоянию на конец XX века представлены в табл. 1.3. Доля различных видов энергетических ресурсов в общемировой выработке первичной энергии (1998 г.),% Вторичные энергоресурсы, источники поступления, пути использования Любой технологический процесс требует определенного расхода топлива, электрической и тепловой энергии; в результате химических реакций, механических воздействий горючие газы, теплоносители, газы и жидкости с избыточным давлением выде-ляют тепло. Эти энергетические ресурсы, как правило, использу-ются не в полном объеме или не используются вовсе. Неисполь-зуемые в данном технологическом процессе или установке энер-гетические отходы получили название вторичных энергетических ресурсов (ВЭР). Долгое время использованию вторичных энергоресурсов не уделялось достаточного внимания, не была в полной мере рас-крыта их сущность, отсутствовали методики расчетов ВЭР. Вторичными энергетическими ресурсами являются энер-гетический потенциал продукции, отходов, побочных и промежу-точных продуктов, образующихся в технологических агрегатах (установках), которые не могут быть использованы в самом агре-гате, но могут частично или полностью использоваться для энер-госнабжения других потребителей. Термин «энергетический потенциал» означает наличие оп-ределенного запаса энергии в виде химически связанного тепла, физического тепла, потенциальной энергии избыточного давления и напора, кинетической энергии и др. Таблица 1.3 Мировые запасы энергетических ресурсов, млрд. т условного топлива Источники энергии Энергетические ресурсы теоретические технические I. Невозобновляемые 1. Энергия горючих ископаемых: - уголь 17900 637 - нефть 1290 179 - газ 398 89,6 2. Атомная энергия 67 200 1340 II. Возобновляемые 1. Энергия Солнца: - на верхней границе атмосферы 197 000 - на поверхности Земли 81 700 6140 - по поверхности суши 28400 2460 - на поверхности Мирового океана 53 300 3690 2. Энергия ветра 21 300 22 3. Глубинное тепло Земли (до 10 км): - геотермальный тепловой поток, достигающий поверхности Земли 3,69 0,35 - гидротермальные ресурсы 1350 147 - метрогеотермальные ресурсы 36900 3070 4. Энергия Мирового океана: - градиента солености 43 000 430 - тепловая (температурная градиен-та) 12,3 0,61 - течений 8,6 0,12 -приливов 3,2 0,86 - прибоя 1 0,02 - морских ветровых волн 2,7 0,1 5. Горючие энергоресурсы (биомас-са): - на суше 44,2 4,9 - в Мировом океане 23,3 1,84 - органические отходы 2,5 1,23 6.Гидроэнергия крупных водопотоков 4,1 1,84 Химически связанное тепло продуктов топливоперераба-тывающих установок (нефтеперерабатывающих, газогенератор-ных, коксовальных, углеобогатительных и др.), а также тепловая энергия отходов, которая используется для подогрева потоков, поступающих в агрегат-источник ВЭР (регенерация, рекупе-рация), не относятся к вторичным энергетическим ресурсам. Выход вторичных энергетических ресурсов – это количе-ство вторичных энергоресурсов, которые образовались в данной установке за определенную единицу времени и годны к исполь-зованию в данный период времени. Выработкой за счет вторичных энергетических ресурсов на-зывается количество тепла, холода, электроэнергии, полученное за счет ВЭР в утилизационной установке. Выработки за счет ВЭР подразделяются на: возможную выработку, т.е. максимальное количество энергии, которое можно получить при работе уста-новки; экономически целесообразную выработку, т.е. выработку с учетом ряда экономических факторов (себестоимость, затраты труда и т.д.); планируемую выработку – количество энергии, ко-торую предполагается получить в определенный период при вводе вновь или модернизации имеющихся утилизационных установок; фактическую выработку – энергию, реально полученную за отчетный период. Использование вторичных энергетических ресурсов – это использованное количество ВЭР данного агрегата в других уста-новках и системах. Использование вторичных энергоресурсов по-требителем может осуществляться непосредственно без изменения вида энергоносителя или за счет преобразования его в другие виды энергии, или выработки тепла, холода, механической работы в утилизационных установках. Тепловые ВЭР – это физическое тепло отходящих газов, основной и побочной продукции, тепло золы и шлаков, горячей воды и пара, отработавших в технологических установках, тепло рабочих тел систем охлаждения технологических установок. Горючие ВЭР – горючие газы и отходы, которые могут быть применены непосредственно в виде топлива в других установках и непригодные в дальнейшем в данной технологии: отходы деревообрабатывающих производств (щепа, опилки, обрезки, стружки), горючие элементы конструкций зданий и сооружений, демонтированных из-за непригодности для дальнейшего исполь-зования по назначению, щелок целлюлозно-бумажного производ-ства и другие твердые и жидкие топливные отходы. К вторичным энергетическим ресурсам избыточного давления относится потенциальная энергия газов, воды, пара, по-кидающих установку с повышенным давлением, которая может быть еще использована перед выбросом в атмосферу, водоемы, ем-кости или другие приемники. Избыточная кинетическая энергия также относится к вто-ричным энергоресурсам избыточного давления. Основными направлениями использования вторичных энер-гетических ресурсов являются: топливное – когда они исполь-зуются непосредственно в качестве топлива; тепловое – когда они используются непосредственно в качестве тепла или для вы-работки тепла в утилизационных установках; силовое – когда они используются в виде электрической или механической энергии, полученной в утилизационных установках; комбинированное – когда они используются как электрическая (механическая) энергия и тепло, полученные одновременно в утилизационных установках за счет ВЭР. Значительное количество горючих ВЭР используется непо-средственно в виде топлива, такое же непосредственное приме-нение нашли и тепловые ВЭР, например, горячая вода системы охлаждения для отопления и др. Необходимо отметить, что изменение схем топливо- и теп-лопотребления, когда использование энергоресурсов внутри тех-нологических агрегатов улучшилось, а выход вторичных энерго-ресурсов сократился, не является использованием ВЭР. Такие преобразования схем только усовершенствовали технологический процесс данной установки (агрегата). При правильном использовании вторичных тепловых энер-гетических ресурсов, образовавшихся в виде тепла отходящих га-зов технологических агрегатов, тепла основной и побочной про-дукции, достигается значительная экономия топлива. Проведен-ными расчетами установлено, что стоимость теплоэнергии, полу-ченной в утилизационных установках, ниже затрат на выработку такого же количества теплоэнергии в основных энергоустановках. Выявление выхода и учета возможного использования вто-ричных энергоресурсов – одна из задач, которую необходимо решать на всех предприятиях и особенно предприятиях с большим расходом топлива, тепловой и электрической энергии. Использование вторичных энергетических ресурсов не ог-раничивается лишь энергетическим эффектом – это и охрана ок-ружающей среды, в том числе воздушного бассейна, уменьшение количества выбросов вредных веществ.Некоторые из этих вы-бросов могут давать дополнительную продукцию, например, сер-нистый ангидрид, выбрасываемый с отходящими газами, можно улавливать и направлять на выпуск серной кислоты. Считается целесообразным, если при реконструкции или расширении действующих, а также при проектировании новых предприятий будет предусматриваться разработка мероприятий по использованию ВЭР с обоснованием их экономической эф-фективности. Отказ потребителей от использования вторичных энергетических ресурсов как на действующих, так и проектируе-мых предприятиях может быть обоснован только расчетом, под-тверждающим экономическую неэффективность или техническую невозможность использования ВЭР.
