Geum.ru

Учебное пособие Санкт-Петербург 2005 удк 662. 61. 9: 621. 892: 663. 63 Ббк г214(я7)

Вид материалаУчебное пособие

Содержание


2. Нетрадиционные энергоресурсы планеты
3.2. Управляемый термоядерный синтез
Плазма – это четвертое агрегатное состояние вещества, возникающее, когда газ разогревается до сверхвысоких температур – сотен ты
Подобный материал:
1   2   3

2. Нетрадиционные энергоресурсы планеты


Помимо ископаемого топливно-энергетического сырья на земном шаре существуют иные источники производства энергии - солнечная, ветровая, приливная, геотермальная, биологическая, энергия температурного градиента океанских вод. В настоящее время они используются мало из-за технологических трудностей освоения и высокой стоимости производимой энергии, но на эти виды приходится значительная часть общего энергетического потенциала планеты. Солнечная энергия - самый крупный энергетический источник на Земле. Количество тепла, поступающего на 1 кв. м поверхности Земли в год, оценивается в 3,16х109 КДж. Общее количество солнечной энергии в 20 тыс. раз превышает современное потребление энергии мировым хозяйством. Но плотность солнечного излучения на поверхности суши столь мала (даже в тропических пустынях днем она равна 5-6 кВт ч/ кв.м в день, а в умеренном поясе - всего 3-4 кВт ч/кв.м), что ее трудно технически освоить. Сейчас используют солнечные печи для получения низкотемпературного топлива, однако производство энергии на гелиотермальных ЭС в широких масштабах – дело будущего. Предполагают, что к 2020г за счет солнечной энергии мировые потребности в электроэнергии будут удовлетворяться на 15-20%.

Ветровая энергия используется с незапамятных времен в Англии, Голландии, Франции и других странах, но в очень небольших масштабах. Общие ресурсы ветровой энергии Земли огромны, хотя и строго локализованы. Для получения 1 единицы электрической мощности за счет ветровой энергии требуется в среднем в 4-5 раз больше площади, чем для гелиоустановок. Технические трудности очень велики, но общий потенциал ветровой энергии Земли примерно равен 300 млрд. кВт/час в год.

Приливная энергия морских волн оценивается величиной от 8,7 до 10,8 млрд. Дж. В настоящее время можно использовать менее 2% этого потенциала. Трудность заключается в преобразовании ударной силы волны в гравитационную, тепловую и электрическую формы энергии. По оценкам в мире имеется свыше 25 участков морских побережий с высокими приливами (не менее 7 м высотой) и соответствующей топографией, пригодных для строительства ПЭС. Пока в мире действуют две ПЭС – в России (Кислогубская) и во Франции (в устье Гаронны).

Биоконверсионная энергия – энергия, аккумулированная в биомассе. Количество энергии, заключенной в фитомассе лесов мира, оценивается величиной 180 тыс. Дж. Древесина служила источником топлива еще с первобытных времен, и до сих пор она (вместе с навозом и прочими отходами сельскохозяйственного производства) дает около 3,6 тыс. Дж энергии, потребляемой, главным образом, населением развивающихся стран. Существуют опытные разработки по получению биогаза из отходов сельского хозяйства, но в промышленных масштабах этот процесс еще не разработан.

Геотермальная энергия - внутренняя энергия Земли. Нормальный температурный градиент Земли - 3° на 100 м глубины, в отдельных местах этот показатель может повышаться до 5° на 100 м и даже до 1° на 5 м глубины. Если ограничить глубину 5 км, то по данным академика Кириллина условный запас геотермальной энергии составляет величину, имеющую примерно тот порядок, что и ресурсы всех видов минерального топлива на Земле - 880 млрд. т. у.т. Геотермальные ЭС действуют в Италии, США, Японии, Исландии и др.; всего в мире их насчитывается 188 общей мощностью в 4760 МВт. Предполагают, что в будущем их основное назначение будет заключаться в производстве тепла, а не электричества, так как температуры источников все же низкие.

  1. Будущее энергетики

3.1. Водород против нефти

США являются крупнейшим потребителем нефти в мире и ее крупнейшим импортером. По данным Американского института нефти (American Petroleum Institute), 43% нефтепродуктов используется в качестве топлива для автомобилей. Поэтому упор делается на поиск вещества, способного заменить традиционный бензин. Американский институт нефти также прогнозирует, что 95% доступных источников нефти в мире будут исчерпаны в ближайшие 56 лет, оставшиеся 5% иссякнут через 88 лет. Таким образом, человечеству дано максимум 30-50 лет, чтобы найти замену традиционной нефти.

Ричард Кэммак, автор исследования 'Водород как Топливо' (Hydrogen as Fuel), считает, что водород потенциально может стать идеальным топливом. В частности потому, что в природе существует подобный механизм - известны бактерии, использующие водород в качестве единственного источника энергии. Водород широко распространен на Земле, его достаточно просто добывать (из воды водород добывается с помощью реакции электролиза), хранить и перевозить. Из водорода можно произвести в три раза больше энергии, чем из аналогичного количества бензина. Водород очень взрывоопасен, но, по данным National Hydrogen Association, вероятность взрыва водорода не выше вероятности взрыва бензина.

Исследования по использованию водорода сегодня активно проводят зарубежные автомобилестроительные компании, которые начали выпуск экспериментальных автомобилей, работающих на водородных двигателях (в США их называют fuel-cells cars - 'автомобили на топливных элементах'). Топливные элементы, изобретенные более полутора веков назад, это электрохимические устройства, которые получают электроэнергию за счет реакций взаимодействия водорода и кислорода. Единственным 'вредным' выбросом, образующимся в результате работы подобных двигателей, является вода.

Современный уровень развития технологий не позволяет использовать водород эффективно. Изготовление водородного топлива для автомобилей ныне в четыре раза дороже, чем производство автомобильного бензина в количестве, достаточном для производства аналогичного количества энергии. Кроме того, остается проблемой создание 'водородной инфрастуктуры' - сети заправочных станций - сервисных центров, необходимых для обслуживания автомобилей, работающих на водородном топливе, также водород требует особо внимательного обращения. В 2001 году Массачусетский Технологический Институт (Massachusetts Iinstitute of Technology) опубликовал результаты исследования, согласно которым, хранение и транспортировка водородных автомобильных двигателей в сто раз дороже, чем их бензиновых аналогов.

Существуют также серьезные сомнения в том, что водородное топливо действительно столь экологически безопасно, как утверждают его сторонники. Исследование Калифорнийского Технологического Института (California Institute of Technology) показало, если водород станет популярным автомобильным топливом, то его количество в атмосфере значительно увеличится. Это может привести к уничтожению озонового слоя, защищающего Землю от смертоносных космических лучей, глобальному изменению климата и активному размножению опасных микробов. Кроме того, водородные двигатели в процессе работы выделяют намного больше газов, разрушающих озоновый слой Земли (в частности, оксидов азота), чем современные модели традиционных бензиновых автомобилей. К этому выводу в 2003 году пришли исследователи Массачусетского Технологического Института.

Добывать водород из воды ныне очень дорого, поэтому в США 95% водорода производятся из природного газа (метана). Это, в свою очередь, делает водородное топливо дороже, чем наиболее дешевый сегодня энергоноситель - природный газ. Джозеф Ромм прогнозирует, что если США перейдут на водородные автомобили, то вместо зависимости от поставщиков нефти Соединенные Штаты попадут в зависимость от поставщиков газа.


3.2. Управляемый термоядерный синтез

Термоядерный синтез – это слияние атомных ядер легких элементов в более тяжелые, при котором выделяется огромное количество энергии. Два тяжелых изотопа водорода – дейтерий и тритий – при термоядерной реакции превращаются в гелий. Один грамм такого топлива даст 90 тысяч киловатт-часов энергии – столько же, сколько дает сжигание 11 тонн каменного угля.

Институт физики плазмы имени Макса Планка в Мюнхене занимается созданием новых материалов для термоядерных установок, разрабатывает также методы нагревания плазмы и удержания ее в магнитной ловушке, изучает воздействие плазмы на стенки плазменной камеры.

Плазма – это четвертое агрегатное состояние вещества, возникающее, когда газ разогревается до сверхвысоких температур – сотен тысяч и миллионов градусов. Тогда электроны отрываются от атомных ядер, и создается среда, состоящая из ионов и электронов – положительно и отрицательно заряженных частиц. В горячей плазме атомные ядра движутся с такой скоростью, что при столкновении происходит их слияние, в результате чего выделяется энергия. Термоядерные реакции протекают на Солнце и других звездах. Однако там условия особые: вследствие огромной массы вещество звезды сильно сжато под действием гравитации. А на Земле теоретически все выглядит так: для осуществления термоядерного синтеза газ необходимо разрядить до плотности 1014 частиц на кубический сантиметр (это в 150 тысяч раз меньше плотности земной атмосферы) и разогреть до 100 миллионов градусов. Если удастся удержать вещество в таком состоянии хотя бы в течение секунды, начнется термоядерная реакция. Но вот этого ученые не могут добиться. Одна из проблем: немыслимую температуру в сотни миллионов градусов не способен выдержать ни один материал. Поэтому плазму нужно изолировать от стенок камеры. Плазма хорошо проводит электрический ток и потому «держится» за магнитное поле. С его помощью физики и пытаются изолировать горячую плазму от стенок камеры.

Магнитных систем, обеспечивающих такую изоляцию, несколько. Главные – это токамаки и стеллараторы. В токамаке, который был изобретен в СССР, магнитная ловушка создается двумя электрическими токами. Один течет по катушке, намотанной на тороидальную камеру, другой пропускается через саму плазму, находящуюся в этой камере. В стеллараторе второй ток отсутствует, правда, форма тороидальной катушки у этой системы более сложная.

В 1960-х годах именно такие токамаки позволили ученым Советского Союза продвинуться далеко вперед на пути к управляемому термоядерному синтезу и установки этого типа считаются самыми перспективными и используются во всем мире. Токамак последнего поколения вплотную подводит человечество к промышленному производству энергии на основе управляемого термоядерного синтеза.

Библиографический список

  1. Гуреев А.А., Серегин Е.П., Азев B.C. Квалификационные методы испытаний нефтяных топлив. М, Химия, 1984.- 200 с.
  2. Топлива, смазочные материалы, технические жидкости. Ассортимент и применение: Т 581 Справочник / И.Г. Анисимов, К.М. Бадыштова и др.; Под ред. В.М. Школьникова. Изд. 2-е перераб. и доп. - М.: Издательский центр "Техинформ", 1999.-596 с.
  3. Т.Н. Митусова, Е.В. Полина, М.В. Калинина. Современные дизельные топлива и присадки к ним. — М.: Издательство «Техника». ООО «ТУМА ГРУПП», 2002. — 64 с.
  1. П.Ревель, Ч.Ревель. Среда нашего обитания. Энергетические проблемы человечества. М.: «Мир», 1995, кн.3.



Содержание


Введение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3

1. Жидкое топливо . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3

1.1. Свойства и состав нефти . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3

1.2. Фракционная перегонка нефти . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5

1.3. Другие способы переработки нефти . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7

1.4. Эксплуатационные, физико-химические свойства и

показатели качества нефтепродуктов . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10

1.5. Классификация нефтяных

жидких топлив по назначению . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12

1.6. Бензин . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12

1.7. Керосин . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15

1.8. Топливо для реактивных двигателей . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15

1.9. Дизельное топливо . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16

1.10. Котельные и тяжелые моторные топлива . . . . . . . . . . . . . . 22

2. Нетрадиционные энергоресурсы планеты . . . . . . . . . . . . . . . . . 29

3. Будущее энергетики . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31

3.1. Водород против нефти . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31

3.2. Управляемый термоядерный синтез . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32

Библиографический список . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34


Учебное издание

ЛАТУТОВА Марина Николаевна

ЛУКИНА Людмила Георгиевна

Топливо

Учебное пособие


План 2005 г., № 3

Публикуется в авторской редакции.

Подписано в печать с оригинал-макета 20.05.05.

Формат 60´84 1/16. Бумага для множ. апп. Печать офсетная.

Усл. печ. л. 2,2. Уч.-изд. л. 2,2. Тираж 150 экз.

Заказ Цена

Петербургский государственный университет путей сообщения.

190031, СПб., Московский пр., 9.

Типография ПГУПС. 190031, СПб., Московский пр., 9.