Geum.ru

Проблемы использования альтернативных источников энергии в современном мире. Т. В. Липчук, магистр архитектуры

Вид материалаДокументы

Содержание


Битуминозные песчаники
Горючие сланцы
Подобный материал:
ПРОБЛЕМЫ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ АЛЬТЕРНАТИВНЫХ ИСТОЧНИКОВ ЭНЕРГИИ В СОВРЕМЕННОМ МИРЕ.

Т.В. Липчук, магистр архитектуры,

Россия. Г.Москва, РУДН


Возрастающий интерес к проблемам использования энергетических ресурсов связан с увеличением до невиданных ранее масштабов потребления ископаемого топлива, с глобальным потеплением и последствиями парникового эффекта.

В настоящее время понимание того, что запасы органического топлива истощаются, и его использование во все возрастающих объемах ведет к загрязнению окружающей среды, стало всеобщим. Выделение углекислого газа, приводящего к глобальному потеплению, в России достигло 16 т. в год на одного жителя; в Европе 12 т. Кроме того, выделение двуокиси серы является причиной участившихся в последние десятилетия кислотных дождей. В будущем неизбежно сокращение потребления органического топлива и его замена другими источниками энергии.

Если принимать это во внимание, то все более привлекательным становится использование альтернативных источников энергии, к которым относятся: солнечная радиация, энергия ветра, энергия рек, приливов и океанских волн, энергия, заключенная в биомассе и органических отходах и т.д.

Но анализ ситуации с поиском альтернативных источников энергии говорит о том, что, например, заменить нефть и газ на принципиально новые виды топлива в мировом энергетическом балансе в обозримом будущем вряд ли удастся. Современный уровень технологий лишь приближается к масштабному освоению таких перспективных и нетрадиционных источников нефти и газа, как битуминозные песчаники, горючие сланцы и газогидраты.

Битуминозные песчаники представляют собой смесь песка, глины, воды и нефтебитума. Некоторые развитые страны приступили к добыче и переработке битуминозных песков с целью получения из них, так называемой, нетрадиционной нефти. Однако на промышленном уровне нефть из битума получают только в Канаде (свыше 1 млн. баррелей в день), где нефтеносные песчаники содержат уникально высокую концентрацию битума. Прогнозируется, что в 2010 году добыча достигнет 1,3 млн. баррелей в день, а к 2015 году превысит 2,7 млн.

Многие эксперты полагают, что дефицит традиционной нефти будет восполнен нетрадиционной, изменив при этом мировую геополитику. Вопрос лишь в стоимости барреля натуральной и нетрадиционной нефти. По оценке Национального совета США, разработка битуминозных пород рентабельна при цене на нефть не менее 100-120 долл./тонна.

Горючие сланцы по внешнему виду напоминают уголь, но имеют более высокую воспламеняемость, поскольку в больших количествах содержат битуминозные вещества. Согласно оценке Мирового энергетического совета, содержание нефти в мировых запасах горючих сланцев составляет 411 млрд. тонн, из которых 370 млрд. тонн считаются извлекаемыми.

Основные ресурсы горючих сланцев - до 70% - сосредоточены в США, и только около 9% приходится на долю России.

До последнего времени сланцы в ограниченном объеме используются в химической промышленности, строительстве и энергоснабжении. Но технологии получения нефти из сланцев на промышленном уровне находятся в стадии исследований.

Добыча нефти из сланцев требует громадных по масштабу горных работ: из тонны сланцев получают от 0,5 до 2 баррелей нефти, при этом остается свыше 700 кг. пустой породы, и происходит загрязнение окружающей среды тяжелыми металлами (ртутью, кадмием, свинцом).

Высокая стоимость работ препятствует интенсивной переработке горючих сланцев и нефтеносных песков. Стоимость добычи битумов прогнозируется в размере 220-314 долл./куб.м., а получение синтетической нефти из горючих сланцев - 346 долл./куб.м. Таким образом, крупномасштабная переработка горючих сланцев и битуминозных песчаников - дело будущего.

Среди перспективных новых видов углеводородного сырья ученые выделяют гидрат метана, который представляет собой супрамолекулярное соединение метана с водой. Вокруг молекулы метана образуется решетка молекул воды. Соединение устойчиво при низкой температуре и повышенном давлении. Например, гидрат метана стабилен при температуре 0 °C и давлении порядка 25 бар и выше. Такое давление имеет место на глубине океана около 250 м. При атмосферном давлении гидрат метана сохраняет устойчивость при температуре -80 °C. Внешне и по физическим свойствам газогидраты напоминают мокрый снег или лед, причем этот «лед» хорошо горит. Подводная тектоническая активность периодически разрушает газогидратные залежи. А разрушение вызывает резкое понижение температуры в пласте, что создает условия для образования нового гидратного льда. Если гидрат метана нагревается, либо повышается давление, соединение распадается на воду и природный газ (метан). Из одного кубического метра гидрата метана при нормальном атмосферном давлении можно получить 164 кубических метра природного газа.

Прогнозные запасы газового гидрата, содержащегося в донных отложениях Мирового океана и в вечной мерзлоте, значительно превосходят прогнозируемые запасы природного, и даже если незначительную часть (10%) этих запасов считать извлекаемыми, они как минимум вдвое превысят количество имеющихся на планете запасов нефти, угля и газа, вместе взятых. Таким образом, морские газогидраты - еще одна кладовая, на которую энергетики мира делают все более серьезные ставки, рассматривая их как наиболее вероятный нетрадиционный источник природного газа.

Однако на сегодняшний день промышленной технологии извлечения газа из газогидратов нет, предложенные до сих пор способы добычи малоэффективны. Помимо низкой экономичности есть и другая проблема – безопасность. Газогидраты относятся к метастабильным образованиям и при обычном давлении и температуре быстро разрушаются. Таким образом, речь идет, с одной стороны, о скрытом в гидратах метана огромном энергетическом потенциале, а с другой - об огромной опасности, которую газогидраты могут представлять для климата планеты. По мнению климатологов, метан - один из главных виновников глобального потепления. Все парниковые газы сравнивают, как правило, с углекислым газом. Если степень воздействия углекислого газа на климат условно принять за единицу, то парниковая активность метана составит 23 единицы. Разработка месторождений, в свою очередь, может вызвать дестабилизацию гидратов и превращение сцементированных ими пород на дне моря в разжиженную массу с крупномасштабными подводными обвалами и оползнями и, как следствие, разрушительными приливными волнами. Кроме того, нельзя не считаться и с возможностью выбросов огромных масс метана с морского дна в атмосферу, что чревато экологическими катастрофами.

Именно поэтому, не смотря на то, что запасы гидрата метана на планете огромны, до сих пор это соединение практически не используется как энергетический ресурс.

Сегодня японские корпорации разрабатывают проект, задача которого - создание крупного и мощного космического генератора электроэнергии. В течение предстоящих 30 лет на орбите планеты планируется поместить генератор, который постоянно будет производить электричество, передаваемое на Землю.

Таким образом, главная задача проекта заключается в создании новой технологии, которая позволит без проводов передавать электричество из космоса на планету. Теоретически, это можно было бы сделать при помощи микроволн, но как это сделать на практике, пока не ясно.

Компании планируют разработать технологию, позволяющую поместить на орбите станцию, мощностью 1 гигаватт. Для этого на орбите будет нужно разместить массив солнечных батарей площадью 4 кв. километра. В отличие от наземных солнечных батарей, космические - смогут генерировать ток круглосуточно без выходных дней и перерывов. Кроме того, космическим панелям не помешает плохая погода, а попадание прямых солнечных лучей позволит батареям генерировать в 3-4 раза больше электричества, чем их наземным аналогам.

Сложность космической электростанции может показаться чрезмерной в сравнении с обычными наземными полями солнечных батарей, но сторонники орбитальной системы рассчитывают, что все трудности, связанные с проектом, окажутся оправданы более высокой эффективностью станции и её непрерывной работой. И не смотря на то, что сейчас это звучит как научная фантастика, космическая генерация на основе фотоэлектрических панелей может быть очень значимым альтернативным источником энергии, когда ресурсы сжигаемого топлива будут истощены.

Рассмотрим еще один вид альтернативной, экологически чистой энергии. Проблема номер один существующих на сегодняшний день работающих на водороде источников питания, в том числе тех, которые предназначены для автомобилей, связана с применением платиновых катализаторов. Дело не только в цене платины, дело в ограниченности ее запасов и высокой востребованности другими отраслями. Мировые разведанные запасы платины сегодня составляют около 100 тысяч тонн, объем мирового рынка платины оценивается в 200-230 тонн в год. Из них 13-15 тонн востребованы химической промышленностью, 90-100 тонн - ювелирной, еще около 15 тонн - радиоэлектронной промышленностью, и около 65-70 тонн остается на долю автопрома. Сегодня в мире насчитывается 64 миллиона автомобилей, их число растет, и это значит, что платины не хватит на всех, даже в том случае, если на водородные двигатели будет переведена одна десятая или одна двадцатая часть мирового автопарка. Если учитывать, что для производства 1 кВт электроэнергии нужен 1 грамм платины, получается, что работающий на водороде автомобиль рискует стать поистине «золотым».

Проблема номер два - это отсутствие инфраструктуры для обслуживания и заправки водородного автотранспорта, необходимость создавать такую инфраструктуру с нуля, наконец, проблемы безопасности и подготовки персонала.

В целом, это далеко не «бесплатное» электричество, но это реальная альтернатива традиционным решениям топливного вопроса для регионов с децентрализованным энергоснабжением. Именно на таких территориях и стоит развивать альтернативную энергетику.

Развитие рынка альтернативной энергетики в Европе и Северной Америке, в том числе энергии ветра, солнца, связано во многом с поддержкой этого сектора государством. Например, жители стран Европейского союза, использующие альтернативную энергетику, получают энергию по более низким тарифам.

В России же пока нет большого внутреннего рынка для солнечной энергетики, во многом из-за климата. Потенциальными потребителями солнечной энергии могли бы стать Якутия, некоторые районы Дальнего Востока и Юг России, но строить централизованные энергетические системы для этих регионов слишком дорого. Их имеет смысл строить децентрализовано - например, в удаленных населенных пунктах.

Таким образом, одной из наиболее важных задач на сегодняшний день, является повышение энергоэффективности предприятий и использование энергосберегающих технологий.


Литература
  1. Безруких П.П. Аналитический доклад «Нетрадиционные возобновляемые источники энергии», 2008.
  2. «Нетрадиционные источники традиционного топлива», Эксперт № 32, 25 сентября 2007.
  3. «Гидрат метана – газовое топливо будущего», [Электронный ресурс] / Режим доступа: ссылка скрыта.
  4. «Энергия из космоса», [Электронный ресурс] / Режим доступа: ссылка скрыта.


T.V. Lipchuk

Pressing problems in usage of the alternative energy sources.


The presentation deals with the range of problems, which connected with the latest developments in and around the extraction and use of such alternative energy sources as tar sand reservoir, kerosene shale, methane hydrate, space electric power generator, hydrogen power source and so on.