Основы возобновляемой энергетики – Лекция 1

Вид материала

Содержание

Однако, как стало известно недавно
1.8 Оценка энергоресурсов
При использовании традиционного способа "собирания" (т.е. фокусировки
1.9 Энергия будущего
Большой интерес в этом отношении вызывает оценка водорода
2. Невозобновляемые источники энергии (НВИЭ)
Прогнозные запасы.
Обеспеченность запасами при сохранении современного уровня добычи превышает
Природный Газ, , добыча и прогноз запасов на XXI век.
Потенциальный резерв будущего — метан в газогидратах. Общие ресурсы метана газогидратов в Мировом океане, по максимальным оценка
2.3.1 Сжиженный природный газ.
100 новых заводов по сжижению газа и приемных терминалов
На основе угля уже в середине века будет вырабатываться половина мировой электроэнергии, увеличится производство из угля жидкого
Потенциальные запасы угля в мире оцениваются в
В 2003 г. в мире было добыто
Сжигание угля в виде
В энергетике возможность применения
Если в 2000 г. чистые угольные технологии вообще не использовались, то в 2030 г. на их долю прогнозируется выработка
Метан угольных шахт.
В США добыча угольного метана превысила
...
Полное содержание

Подобный материал:

Основы возобновляемой энергетики – Лекция 1

Ч.1-(1.Вв. 2 НВИЭ)

Разделы, главы :

I . 1.1-1.9 Введение: история,источники и преобразование энергии, состояние, ресурсы и энергия будущего. Современный мировой и российский энергетический рынок: набор и соотношение возобновляемых и невозобновляемых источников энергии.

Основные аксиомы современной энергетики:

Углеводородные ресурсы формировались в осадочном чехле Земли на протяжении сотен миллионов лет. В зависимости от температуры, давления и химических факторов органическое вещество преобразовывалось в нефть, газ, уголь, горючие сланцы, битумы.

•Масштаб добычи и расходования ископаемых энергоресурсов, металлов, потребления воды, воздуха и вместе с этим масштаб воздействия на окружающую среду для производства необходимого человечеству количества энергии огромен, а запасы ресурсов и резервы устойчивости биосферы, увы, ограничены.

•Одним из техногенных воздействий энергетики на природные комплексы является газовый фактор, служащий регулятором жизнедеятельности. Устранение негативных последствий развития энергетики, должны формироваться на основе приоритетности газового фактора и включать в себя технологические решения использования традиционной (невозобновляемой) и возобновляемой энергетики.

Экспозиции фотоматериалов с 1-8 смотреть в разделе

“Дополнительные учебные материалы в PDF “

.6 Современная энергетика

Современная энергетика является основой развития общества, ее производственных сил и стабильного развития экономики.
В настоящее время, в основе производства тепловой и электрической энергии лежит процесс сжигания ископаемых энергоресурсов - угля, нефти, газа, а в атомной энергетике - деление ядер атомов урана и плутония при поглощении нейтронов.
Все это невозобновляемые источники энергиии:
«Невозобновляемая энергия, та солнечная энергия, которая некогда излилась на Землю, зафиксировалась биогенными процессами, сохранилась... (в виде) энергии нефти, угля, газа. Используя эту энергию, мы нарушаем баланс энергии не только в пространстве, но и во времени, перенося его из прошлого и тратя в настоящем». .А. Флоренский.
«Невозобновляемые ресурсы -это Богом данное богатство, которое принадлежит всем, а не только нынешнему поколению»
Д. И. Менделеев
Главными источниками энергии на сегодня являются :
углеводороды — (состояние на 2003 г.)
нефть (42% мирового энергобаланса),
природный газ (24% мирового энергобаланса),
уголь (26% мирового энергобаланса),
энергия атома --- ( состояние на 2003 г)
атом ( 4% мирового энергобаланса).
Возобновляемые источники энергии –(состояние на 2003г):
гидроэнергия ( 3% мирового энергобаланса),
энергия солнца, ветра, приливных волн, геотермального тепла, сжигания биомассы ( 1% мирового энергобаланса).
В настоящее время энергия используется :
30% — для получения электричества,
33% — для функционирования транспортных средств,
28% — в промышленности,
8% — в бытовой сфере (без учета электричества),
1% — в науке, культуре и СМИ.
Крупнейшие производители энергии :
США (20% от мирового производства),
Россия (13% от мирового производства),
Китай (10% от мирового производства ).
Крупнейшие потребители энергии:
США ( 25% мировой энергии ),
Китай ( 10% мировой энергии ),
Россия ( 8% мировой энергии ).

Потребление энергии в современном мире продолжает расти. В 2003 г. мировой энергобаланс достиг 13,6 млрд. т у.т.
По прогнозу Мирового энергетического агентства (МЗА) потребление ископаемого (традиционного)топлива достигнет максимума в 2030 г.
После этого начнется снижение его доли до 60% в 2050 г.
до 20% к 2100 г.
Такое резкое изменение структуры энергетического баланса планеты может произойти за счет следующих факторов:
исчерпание существующих резервов ископаемого топлива и вовлечение в эксплуатацию месторождений, расположенных в отдаленных районах;
ужесточение экологических требований с целью сокращения выброса в атмосферу парниковых газов и избежания необратимых изменений климата Земли;
крупномасштабное освоение возобновляемых источников энергии;
внедрение более эффективных методов разведки, добычи, транспортировки, переработки и потребления ископаемого топлива.
Следует учитывать, что за последние три десятилетия XX века разведанные запасы нефти в мире выросли вдвое, а добыча - в полтора раза.
Как известно, в настоящее время, в основе производства тепловой и электрической энергии лежит процесс сжигания ископаемых энергоресурсов - угля, нефти, газа, а в атомной энергетике - деление ядер атомов урана и плутония при поглощении нейтронов.
Масштаб добычи и расходования ископаемых энергоресурсов, металлов, потребления воды, воздуха и вместе с этим масштаб воздействия на окружающую среду для производства необходимого человечеству количества энергии огромен, а запасы ресурсов и резервы устойчивости биосферы, увы, ограничены.
Особенно остро стоят проблемы быстрого исчерпания запасов органических природных энергоресурсов и загрязнения среды, характерных для их использования в больших масштабах.
Одним из техногенных воздействий энергетики на природные комплексы является газовый фактор, служащий регулятором жизнедеятельности. Устранение негативных последствий развития энергетики, должны формироваться на основе приоритетности газового фактора и включать в себя технологические решения использования традиционной (невозобновляемой) и возобновляемой энергетики.
Следует обратить внимание, что в итоговом документе Конвенции ООН об изменении климата, состоявшейся в Киото (1997 г.), установлены строгие ограничения для государств мира по выбросу в атмосферу Земли двуокиси углерода и других загрязняющих газов

(метан, азотные и сернистые соединения и др.), ведущих к парниковому эффекту и кислотному загрязнению биосферы.

Согласно принятым там международным обязательствам по сокращению выбросов парниковых газов Россия, Украина, Австралия, Испания, Новая Зеландия и Норвегия имеют положительный лимит.
В то время как страны ЕЭС должны на своих территориях снизить вредные выбросы на 8 %, США – на 7 %, Япония – на 6 % и т.д. Установлено, что сокращение выбросов углекислого газа на 1 тонну оценивается в 10 долларов США, которые выплачиваются МБРР, что может послужить источником финансирования развития в России возобновляемой энергетики.
«Между тем, какие бы сомнения ни предшествовали его ратификации Россией, сейчас следует констатировать: наша страна благодаря ему оказалась в уникально выгодной ситуации. Фактически речь идет о том, что страны с развитой экономикой платят нам за модернизацию наших предприятий в рамках продажи Россией части квот на выброс газов».
В конце июня 2005г. РАО «ЕЭС России» продало квоты на выброс парниковых газов Дании, получив за это 20 млн евро на модернизацию своих дочерних компаний.Сейчас Правительство России рассматривает возможность заключения соглашений по реализации проектов в рамках Киотского протокола с шестью странами – Францией, Германией, Австрией, Канадой, Швецией.

Однако, как стало известно недавно:

Страны, не присоединившиеся к Киотскому протоколу, заключили секретное соглашение об ограничении выброса в атмосферу парниковых газов. Документ призван стать альтернативой Киотскому протоколу, который вступил в силу всего пять месяцев назад. Для России это не слишком приятная новость, так как наша страна уже начала продавать странам ЕС часть квот на выброс парниковых газов.

По данным сообщившей об этом газеты The Australian, секретное соглашение подписали, в частности, США, Китай, Индия, Австралия и Южная Корея – страны, где вырабатывается до 40% газов, приводящих к парниковому эффекту. Новая группа, предположительно, будет называться Азиатско-тихоокеанское партнерство во имя развития без загрязнения и в защиту климата. Особенностью документа станет ограничение вредных выбросов и использование новейших технологий, обеспечение их доступности для всех регионов.
«Впрочем, в любом случае было ясно, что без участия в киотском процессе таких стран, как Индия, Китай и США, полноценного рынка квот на выбросы создано не будет», – считает эксперт Института финансовых исследований Олег Ордин.
В отличие от Киотского протокола, новое соглашение не устанавливает количественных ограничений, не уточняется, и о каких новейших технологиях идет речь. От участия в протоколе отказались США и Австралия, заявившие, что целью должно быть не ограничение объемов выбросов газов в атмосферу, а решение проблемы с помощью технологических средств.
На новые промышленные гиганты – Индию и Китай – действие протокола не распространяется. Это объясняется тем, что они отнесены к числу развивающихся, а не индустриальных стран. Южная Корея ратифицировала Киотский протокол наряду с другими его участниками, в числе которых страны Европейского союза.
В индустриально развитых странах проживает в целом менее миллиарда человек (20% населения Земли), которые потребляют 80% мировых природных ресурсов и продолжают наращивать потребление.
Если в начале нашей эры на Земле проживало всего 250 млн. человек, то к 1900 г. мировое население выросло до 1600 млн., к 2002 г. -до 6220 млн. человек. Наивысшие темпы прироста населения в мире были зафиксированы в 1980-е гг. (3% в год); в настоящее время они снизились до 2,7%, но продолжают оставаться высокими. По прогнозам, в 2050 г. численность населения планеты может достичь 9,2 млрд., а в 2100 г. - даже 12 млрд. человек. Такой прирост может оказаться катастрофическим для человечества наша планета может обеспечить едой, пресной водой и минеральными ресурсами около 9 млрд. человек.
Темпы прироста населения в развивающихся странах составляют до 5% в год благодаря сохранению высокой рождаемости и падению смертности, в развитых странах рождаемость непрерывно снижается в ряде стран Западной Европы прирост населения нулевой, а в Канаде и Японии он составляет менее 1%.

1.7 Ресурсы энергетики

Для сравнения различных энергоресурсов используют понятие условное топливо, теплотворная способность которого принимается равной 7000 ккал/кг, а в качестве единицы энергии величину Q:

1 Q=2,52х10¹⁷ккал=1,05х10²¹Дж=2,93х10¹⁴кВт.ч=3,35х10⁴ ГВт/год (тепловой).
1 Q - энергии выделяется при сжигании 36 млрд. т. услов. топлива (т.у.т.).

В настоящее время (2000 г.) мировое энергопотребление составляет около 0,5 Q/год и растет со скоростью 3-4% в год, т.е. удваивается каждые 20 лет.

По приблизительным подсчетам, первичная энергия распределяется примерно в равных долях между производством электроэнергии, отоплением жилых домов, промышленными целями и транспортом.

Предполагается, что в будущем энергопотребление выйдет на стационарный уровень. Этот уровень можно оценить следующим образом: сейчас удельное энергопотребление в развитых странах составляет в среднем более 10 кВт/год на человека (в мире в среднем около 3 кВт/год/чел.).

По оценкам, для обеспечения высокого уровня жизни, присущего сегодня населению высокоразвитых стран, в будущем будет достаточно удельного энергопотребления на уровне 20 кВт/год/чел.

Предполагая, что распределение энергии будет равномерным среди всех жителей земного шара (что, вероятно, будет еще не скоро) и учитывая, что, по прогнозам, население Земли стабилизируется к 2100 г. на уровне примерно 12 млрд. человек, получим уровень стабилизации энергопотребления около 7 Q в год.

На рис.2.1 показана динамика и прогноз производства энергии за счёт различных ресурсов. Как видно из этого рисунка, приведенная цифра значительно выше сегодняшнего уровня энергопотребления и превышает прогнозируемые возможности использования известных энергетических ресурсов.
В связи с этим перед человечеством возникает множество проблем, таких как исчерпание традиционных источников энергии, воздействие энергетики на окружающую среду, увеличение материальных затрат на наращивание и эксплуатацию энергетического комплекса, разработка новых источников и новых
способов получения и использования энергии.

* К месторождениям "обычной" нефти отнесены месторождения, которые можно разведывать и разрабатывать при современных технико-экономических условиях (на суше без полярных районов на глубине до 200 м и в акваториях с глубиной моря также до 200 м).
** Месторождения "необычной" нефти связывают с месторождениями, которые будут открыты в полярных или других труднодоступных районах на континентах, в глубоководных акваториях, с месторождениями нефтеносных сланцев и битуминозных песков. Разведка и разработка таких месторождений потребуют новых технологий, пока что развивающихся и невыгодных сегодня.
*** Для возобновляемых источников энергии указана их мощность,Q в год.
*4 Оценка запасов урана стоимостью менее 130 долл./кг (в ценах 1979 г.), при которой его использование в реакторах на тепловых нейтронах является сколько-нибудь экономически оправданным.
*5 Оценка запасов урана стоимостью менее 300 долл./кг, обеспечивающей необходимую рентабельность АЭС с реакторами-размножителями. Запасы урана в океане оцениваются в 3,4-10⁴ Q, а в земной коре на глубине до 500 м-в 6,7-10⁶ Q.

1.8 Оценка энергоресурсов.

Легко оценить, что традиционные органические ископаемые ресурсы, даже если учесть вероятное замедление темпов роста энергопотребления и ориентироваться на геологические ресурсы, будут в значительной мере израсходованы в 21 веке.
Отсюда следует важный вывод о небольших потенциальных возможностях энергетики на традиционном органическом топливе, если исходить из предполагаемых энергопотребностей на долгосрочную перспективу.
Такая энергетика позволяет покрыть потребности общества лишь на ближайшей фазе развития и обеспечить плавный, безболезненный переход к альтернативным источникам, способным обеспечить энергопотребности в отдаленной фазе.
При этом, как видно из рис. 2.1, только использование «других» источников при условии дополнительного наращивания их мощности может обеспечить необходимый уровень энергопотребления.
Роль таких альтернативных источников энергии, как:
ветер, биомасса и гидроэнергия, ограничена их небольшими ресурсами (в смысле мощности).
Геотермальная энергия, несмотря на большие ресурсы, имеет все же локальное значение из-за весьма неравномерного распределения источников и низкой интенсивности.
Тепловая энергия океанов также имеет низкую интенсивность (по расчетам, для того, чтобы получить энергию 2Q, необходимо понизить на 1°С температуру водной поверхности океанов между 20° с. ш. и 20° ю. ш.), поэтому ее извлечение

сопряжено со значительными техническими сложностями и требует огромных материальных затрат.

Кроме того, извлечение большого количества тепла из океана может иметь непредсказуемые экологические последствия.
Таким образом, упомянутые источники энергии при несомненной их ценности для отдельных регионов вряд ли будут играть сколько-нибудь заметную роль в мировом топливо энергетическом балансе даже в отдаленном будущем.
Солнечная энергия обладает огромными ресурсами, но эта энергия тоже поступает на Землю с крайне низкой интенсивностью (на экваторе в среднем за сутки около 250 Вт/м.2, в то время как в современных парогенераторах на ТЭС тепловой поток составляет 10⁵ — 10⁶ Вт/м.²).
Таким образом, главная проблема солнечной энергетики заключается в разработке методов "собирания" энергии, т.е. повышения ее интенсивности в сотни раз еще до того, как она превратится в тепло.
При использовании традиционного способа "собирания" (т.е. фокусировки солнечных лучей на коллекторе и нагревании при этом теплоносителя), для того, чтобы обеспечить энергетические потребности человечества в будущем за счет солнечной энергии, необходимо будет занять отражателями огромные площади на земной поверхности (~ 1 млн. км.² ), что сопряжено с гигантскими материальными затратами.

В связи с этим, в ближайшее время вряд ли удастся использовать солнечную энергетику в качестве крупномасштабного источника энергии.

1.9 Энергия будущего

Тем не менее, различные виды использования солнечной энергии могут решить многие региональные проблемы, снизив общие потребности в энергопотреблении. Поэтому способы аккумуляции и использования солнечной энергии представляют несомненный интерес.
Другим аспектом решения энергетической проблемы является совершенствование технологии потребления энергии ( включая её передачу и хранение ) как из новых так и из традиционных источников.
Большой интерес в этом отношении вызывает оценка водорода как альтернативного (и достаточно универсального !) энергоносителя, способного на качественно ином уровне решить вопросы технологии использования, транспорта и хранения энергоресурса.
Как видно из рис. 2.1, уголь способен ещё более сотни лет оставаться важным энергоресурсом.
Поэтому увеличение эффективности преобразования энтальпии угля в полезные формы свободной энергии и значительное снижение при этом вредных выбросов в атмосферу является одной из важнейших физико-технических задач, успешное решение которой способно значительно ослабить остроту экологических проблем энергетики.
Из приведенной таблицы 2.1.1. видно, что "традиционная" ядерная энергетика (на тепловых нейтронах) также не обладает достаточными запасами топлива для обеспечения мировых потребностей на длительный период.
Но в случае использования реакторов-размножителей топливные ресурсы ядерной энергетики значительно возрастают, а переход к термоядерной энергетике открывает практически неограниченные возможности для производства энергии.
Из сказанного выше становится очевидно, что в настоящее время ядерная энергия представляется реальным источником энергии, способным покрыть растущие энергопотребности в будущем.
Однако перед ядерной энергетикой стоит множество еще не решенных проблем, таких как:
широкое внедрение АЭС с реакторами-размножителями,
овладение термоядерной энергией,
повышение безопасности объектов ядерной энергетики,

надежная утилизация отходов .

Внимание:

Подробно и полностью материалы курса: Ч.1(I.-1.1-1.9 Введение, II. 2- НВИЭ, файл размером –78 МБ) записан по программе Microsoft Rower Point для показа слайд в аудитории и электронной записи для чтения.

Ч.1-(1.Вв. 2 НВИЭ) Лекция 2.

Разделы, главы :

2. Невозобновляемые источники энергии (НВИЭ):

2.1 Оценка НВИЭ.

2.2 Нефть.

2.3 Природный Газ.

2.4 Уголь.

Атом.

2.1 Оценка традиционной невозобновляемой энергетики.

Углеводородные ресурсы формировались в осадочном чехле Земли на протяжении сотен миллионов лет. В зависимости от температуры, давления и химических факторов органическое вещество преобразовывалось в нефть, газ, уголь, горючие сланцы, битумы.
Структура производства первичных энергоресурсов на начало XXI века:

Производство :

нефти - 3,6 млрд. т,
газа - 2,5 трлн. м³,
угля - 4,3 млрд. т,
АЭС -- 0,9 млрд. т. у. т (данные International Energy Outlook, 2003 г.),
ГЭС-- 0,85 млрд. т. у. т (данные ВР Statistical Review of World Energy, 2003 г.),
нетрадиционные возобновляемые источники около --- 0,05 млрд. т .у. т.
Суммарный баланс близок к большинству оценок других экспертов и составляет -13 млрд. т.у. т.

Нефть, добыча и прогноз запасов на XXI век.

Нефть в XX веке являлась не только ведущим энергоносителем, но и важнейшим геополитическим фактором развития мировой экономики.
Мировые запасы нефти в 2003 г. превысили 200 млрд. т, добыча — 3,8 млрд. т. За последние 40 лет запасы нефти выросли в пять раз с 34 до 165 млрд. т.
С континентальным шельфом связываются основные перспективы увеличения мировых запасов нефти и газа. К 2050 году в мире более половины нефти и газа будет добываться из морских месторождений. Важнейшие потенциально нефтегазоносные бассейны: западное побережье Африки, Мексиканский залив, Бразильский, Баренцево-Карский и Охотско-Чукотский шельфы, Каспийское, Средиземное и Черное моря.
Прогнозные запасы. В течение 100 лет прогнозируется увеличение суммарных запасов нефти до 900 млрд. т, т.е. увеличение запасов по сравнению с началом века более, чем в пять раз.
Обеспеченность запасами при сохранении современного уровня добычи превышает 50 лет. Доля трудно извлекаемых запасов возрастает и достигла уже 30%, извлекаемых запасов нефти при современных уровнях добычи хватит на 60-80 лет. По прогнозам мировые запасы нефти будут исчерпаны к концу XXI века.

Трубопроводный транспорт России (1860-1917- 1945-1991гг.)

Трубопроводный транспорт нефти России (СССР) имеет более чем вековую историю. Его появление связано с промышленным освоением нефтяных месторождений Баку и Грозного. У истоков создания трубопроводного транспорта был Д.И. Менделеев, считавший, что только строительство трубопроводов обеспечит надежную основу развития нефтяной промышленности и выведет российскую нефть на мировой рынок.
В общей сложности с 1941 по 1945 год в СССР было построено 1264 км магистральных нефте- и нефтепродуктопроводов.
К 1987 году в СССР было построено и введено в действие 94 тысячи километров магистральных нефте- и нефтепродуктопроводов.

В 1959 году Совет Экономической Взаимопомощи принял решение о строительстве магистрального нефтепровода из СССР в Польшу, Чехословакию, ГДР и Венгрию. Равных этому нефтепроводу в мире не было. Общая протяженность 6000 км. К концу 1970 года по нефтепроводу «Дружба» перекачивали нефти Татарии, Башкирии, Удмуртии, Мангышлака, Куйбышевской области и Западной Сибири .

Природный Газ, , добыча и прогноз запасов на XXI век.

В течение 100 лет суммарные запасы газа прогнозируются в объеме 550 трлн. м3 увеличение запасов по сравнению с началом века в три раза.
Около 40% мировых запасов газа сосредоточено в странах Персидского залива.
Мировые запасы газа в 2003 г. оценивались в 174 трлн. м3,
добыча приблизилась к 3 трлн. м3.
В России произведено 616 млрд. м3 газа,
В целом по миру обеспеченность современных уровней добычи газа доказанными запасами составляет 50 лет.

Многие эксперты прогнозируют максимальную добычу в 2030-2050 гг. в объеме 7-8 трлн. м3 газа, с последующим ее снижением. В результате уже к 2075 г. мировые запасы будут в значительной степени исчерпаны.

Значительным резервом является метан угольных пластов. Хотя потенциальные ресурсы угольного метана оцениваются в 400 трлн. м3, осваивать их технологически сложно и к концу XXI века из ресурсов в категорию промышленных запасов прогнозируется перевод только десятой их части (40 трлн. м3), а вероятная годовая добыча составит 0,5 трлн. М3
Потенциальный резерв будущего — метан в газогидратах. Общие ресурсы метана газогидратов в Мировом океане, по максимальным оценкам, достигают 20000 трлн. м3 (Геологическая служба США). На газовых месторождениях в зоне вечной мерзлоты создаются благоприятные условия для преобразования газа в газогидрат.
2.3.1 Сжиженный природный газ.

Производство сжиженного природного газа - одна из уникальных быстрорастущих отраслей промышленности в мире. СПГ, или по принятой в мировой практике терминологии LNG (Liquid Natural Gas), - очищенный и охлажденный в специальных криогенных установках до температуры ниже минус 160°С природный газ (метан). При этом объем газа уменьшается в 600 раз.
В ближайшем будущем будут построены около 100 новых заводов по сжижению газа и приемных терминалов, что позволит увеличить мировое производство СПГ в два раза, а к 2020 г. в четыре раза.

Динамика производства и прогноз дальнейшего роста СПГ по данным Exxon Mobil, ILNGA (млрд. м3)

Уголь ,добыча и прогноз запасов на XXI век.

Уголь в XX веке играл важнейшую роль в мировом развитии как основной источник энергии, а в настоящее время на его долю приходится 25% от мирового энергобаланса.
Основной потребитель угля - топливно-энергетический комплекс. На основе угля уже в середине века будет вырабатываться половина мировой электроэнергии, увеличится производство из угля жидкого моторного топлива. Высвобождающиеся объемы нефти и газа будут направляться в химическую промышленность.
Успешно апробированы новые типы парогазовых ТЭС - при сжигании угля выбросы вредных веществ уменьшаются в десятки раз, на 20% возрастает коэффициент полезного действия.
Перспективное направление развития угольной энергетики - водо-угольные смеси. Ведутся интенсивные исследования по использованию суспензий в парогазовых и парогазотурбиииых установках, доменных печах и химической промышленности. Освоена транспортировка водоугольной смеси в железнодорожных цистернах и по трубопроводам.
Огромные перспективы связаны с производством синтетического жидкого топлива методом гидрогенизации (термическое преобразование угля в присутствии водорода). Например, получаемый таким способом синтетический керосин JP-1O все более вытесняет другие виды авиамоторного топлива. С развитием атомно-водородной отрасли в XXI веке уголь станет одним из основ ных потребителей водорода. Оптимальный вариант - строительство завода по переработке угля вблизи АЭС. ..

Потенциальные запасы угля в мире оцениваются в 4800 млрд. т, доказанные запасы угля в мире оцениваются в 984 млрд. т. Угольные месторождения имеются более чем в 80 странах, но 82% мировых доказанных запасов угля сосредоточены в 7 странах — США, России, Китае, Австралии, Индии, Германии и ЮАР.
В 2003 г. в мире было добыто 4,8 млрд. т каменного и бурого угля. Лидером по добыче является Китай — 1,4 млрд. т, на втором месте — США — около 1 млрд. т. На их долю приходится почти половина мировой добычи. Максимальный рост добычи углей наблюдается в последние годы в Китае. Только за один 2002 год Китай сделал гигантский скачок, увеличив добычу на 400 млн. т, т.е. на величину, в два раза большую, чем годовая добыча России.
Исходя из ограниченности ресурсов нефти и газа и учитывая технологические возможности экологически чистого сжигания угля, можно предположить, что к концу XXI века добыча угля возрастет в 5 раз — до 23 млрд. т.
С целью получения экологически чистого, малодымного топлива осуществляется горячее брикетирование и гранулирование угля.
Внедрение опыта по технологиям коксования дешевых слабо-спекающихся углей.

Перевод электростанций, расположенных вблизи угольных месторождений, на синтез-газ.
Получение моторного топлива путем ожижения углей (метанол, диметилэфир). В среднем из 17-20 тонн угля может быть получена 1 тонна жидкого топлива (бензин, дизельное топливо, газ).
В процессе ожижения производится значительное количество водорода, который используется в химической промышленности или как водородное топливо.
Электрохимическая переработка бурых углей для получения гуминовых удобрений.
Для производства водоугольных смесей пригодны как каменные, так и бурые угли. Более предпочтительны каменные, поскольку теплотворная способность их больше, соответственно при одних и тех же затратах рентабельность производства суспензий на базе каменных углей выше.
Сжигание угля в виде водоугольных суспензий позволяет по сравнению с углем практически предотвратить образование летучей золы, в два раза уменьшить образование диоксида серы, в 6-8 раз снизить содержание оксидов азота в продуктах горения. При сжигании нового топлива степень выгорания достигает 97-99%.
В энергетике возможность применения угольных суспензий не ограничи-вается только сжиганием их в топках электрических и тепловых станций, а также котельных. Ведутся интенсивные работы по использованию таких суспензий в парогазовых и парогазотурбинных установках как с предварительной газификацией, так и с непосредственным их сжиганием в турбинных агрегатах.

Бурно развивается внутрицикловая газификация угля на теплоэлектро-станциях (ТЭС), на которых синтез-газ утилизируется в газовой турбине, а продукты сгорания используются при генерации пара для паровой турбины.
ТЭС экологически менее опасны, т.к. благодаря предварительной очистке газа сокращаются выбросы оксидов серы, азота и твердых частиц. Кроме того, существенно увеличивается коэффициент полезного действия электростанции и сокращается расход топлива.
Если в 2000 г. чистые угольные технологии вообще не использовались, то в 2030 г. на их долю прогнозируется выработка 72 % электроэнергии на основе угля, что составляет 33% от мирового объема производства электроэнергии.

Если на нефть и газ к 2030г..прогнозируется увеличение цен на 25-30%, то на уголь ожидается крайне незначительный рост цен.
Н

а Всемирной встрече на высшем уровне по устойчивому развитию общества, проходившей в Йоханнесбурге в 2002 г., было отмечено, что чистые угольные технологии являются единственным долгосрочным средством одновременного решения двух проблем: снижения выбросов парниковых газов и обеспечения человечества необходимой энергией.

Метан угольных шахт.

Метан угольных пластов традиционно рассматривался, в первую очередь, как взрывоопасная смесь, затрудняющая разработку угольных месторождений,
В то же время метан обладает большим энергетическим потенциалом, и его мировые ресурсы оцениваются в 300-450 трлн. куб. м. - в два раза больше, чем современные запасы обычных месторождений газа.
Промышленная добыча больших объемов метана осуществляется скважинным способом. В американском угольном бассейне Powder River пробурено около 9000 скважин, а в ближайшее десятилетие их число возрастет в 5 раз.
В США добыча угольного метана превысила 40 млрд. куб. м - и вклад в выработку электроэнергии достиг 10%.

Пока газ используется только на нужды угольного производства, однако, после строительства газопроводов добыча увеличится:
до 4 млрд. куб. м. - в 2010 г.,
до 8 млрд. куб. м. - в 2020 г.
Хотя потенциальные ресурсы угольного метана оцениваются 400 трлн. куб. м, осваивать их технологически сложно, и к концу XXI века из ресурсов в категорию промышленных запасов прогнозируется перевод только десятой их части - 40 трлн. куб. м,

2.5 Использование энергии атома в XXI веке.

1954 г.- вошла в строй первая в мире атомная электростанция в Калужской обл.( Обнинске) мощностью 5 МВт.
Первая промышленная АЭС мощностью 75 МВт была пущена в английском городе Шеффилд в 1956 г. Она работала на необогащенном уране, который помещался в кожух из магнокса - сплава магния и алюминия.
В последующие десятилетия было построено более 400 ядерных реакторов различных типов.
В 60-е гг. самыми распространенными были реакторы на легкой воде (LWR), а в следующем десятилетии их сменили реакторы на воде под давлением (PWR).
Ведущими странами, развивавшими атомную энергетику, стали :
СССР, США, Англия, Франция, Канада и Япония. До сих пор крупнейшей является японская АЭС Фукусима мощностью 10 ГВт.
Основным сырьем ядерной энергетики является уран. Общее количество урана, содержащегося в земной коре и водах Мирового океана, огромно, однако его концентрация почти повсюду крайне мала. В первичных породах она составляет всего 2,8 х 10^-6 г или 2,8 г на тонну породы.
Преобладающий в настоящее время тип ядерных реакторов делает рентабельным уран, затраты на добычу которого не превышают 80 долл. за кг. По последним оценкам, мировые запасы этого «дешевого» урана составляют 3,5 млн. т, в том числе доказанные - 3 млн. т. При современном уровне добычи (36 тыс. т в год) этих ресурсов хватит менее чем на сто лет.
Реакторы на быстрых нейтронах позволяют гораздо полнее использовать эти запасы, поэтому их внедрение может обеспечить ядерную энергетику ресурсами не менее чем на 1000 лет.
Большая часть урановых месторождений сосредоточена в Северной Америке, Африке, Австралии, странах СНГ. В настоящее время более половины мировой добычи урана (18 тыс. т или 52%) сосредоточено в двух странах - Канаде и Австралии.
Сегодня 27% мирового урана добывается открытым способом, 45% - шахтным,19% методом подземного выщелачивания, 9% побочный продукт разработок иных минералов.
Сегодня 80% добычи сосредоточено в руках восьми крупных горнодобывающих компаний: канадские «Когема» и «Камеко»,австралийские ЭРА и УМК, казахский «Казатомпром» и российский концерн «Приаргунский».
В настоящее время главными покупателями урана выступают США, страны Западной Европы, Япония и Южная Корея.
В роли продавцов выступают Канада, Австралия, страны Африки (Нигер, Намибия, ЮАР). После 1991 г. к ним добавились страны СНГ, где сокращение ядерных вооружений высвободило значительные запасы урана и оружейного плутония. В 1999 г. были подписаны соглашения о поставках в США и страны ЕС ядерных материалов из России и Казахстана.
Большие перспективы с точки зрения повышения эффективности ядерной энергетики имеет использование тория в качестве топлива для реакторов. В перспективе торий может быть использован путем превращения в радиоактивный изотоп - уран-233.
В земной коре имеются значительные запасы тория, в основном в составе минерала моназита, содержащего до 12% оксида тория.
В США первый опытный реактор с ториевым топливом демонстрировался еще в 1970-е гг.
В России с 1991 г. действует программа разработки ториевого топлива, одна из целей которой - утилизация запасов оружейного плутония (более 150 т). В процессе работы достигнуты большие успехи в разработке ториево-плутониевого топлива, которое уже с 2006 г. может использоваться на российских АЭС.
За полвека развития атомной энергетики в мире построено 439 энергоблоков с суммарной электрической мощностью более 250 ГВт.
По количеству атомных реакторов первое место в мире занимают США (103), за ними следуют Франция (59), Япония (53), Россия (30),
Великобритания (27), Германия (18), Южная Корея (18), Канада (17), Украина (13), Швеция (11).
Планы форсированного развития ядерной энергетики только в странах Азиатско-Тихоокеанского региона ( Китае, Индии, Южной Корее). К этой группе стран примыкает и Россия, которая после спада 1990-х гг. планирует использовать на полную мощность возможности существующих АЭС и продолжать строительство новых.
В России атомная энергетика в ближайшие годы останется вспомогатель-ной. Увеличение потребности в электроэнергии будет покрываться за счет роста выработки электроэнергии атомными электростанциями, которая должна возрасти со 150 ГВт-ч в 2003 г. до 208-212 ГВт-ч в 2010 г. и до 290-330 ГВт-ч в 2020 г.
Основными преимуществами атомной энергетики являются:
высокая конечная рентабельность и отсутствие выбросов в атмосферу продуктов сгорания - с этой точки зрения она может рассматриваться как экологически чистая.
Недостатки - потенциальная опасность радиоактивного заражения окружающей среды продуктами ядерного распада при аварии,
проблема переработки использованного ядерного топлива и окончательного захоронения радиоактивных отходов,

возможность использования ядерных материалов для производства оружия.

Blog

Основы возобновляемой энергетики – Лекция 1

Содержание

Внимание:

Внимание: