Областной этап Всероссийского заочного конкурса научно-исследовательских, изобретательских и творческих работ Юность. Наука

Вид материалаКонкурс

Содержание


Использование энергии ветра
Подобный материал:
1   2   3


Топливная энергетика

Топливная энергетика включает комплекс отраслей, занимающихся добычей, переработкой и реализацией топливно-энергетического сырья и готовой продукции. Включает угольную, газовую, нефтяную, торфяную, сланцевую и уранодобывающую промышленность.

Топливно-энергетическая промышленность прошла в своем развитии несколько этапов: угольный (до середины XX в.), нефтяной и газовый (до 80-х гг. XX в.). В то время как мировая энергетика вступила в переходный этап — постепенного перехода от использования минерального топлива к возобновляемым и неисчерпаемым энергоресурсам, вес топливной энергетики в России остаётся значительным и роль её не уменьшается.

Нефтегазовый сектор

В 90-е годы 20 века основу топливной энергетики России — нефтегазовый сектор активно приватизировался. В частные руки на различном основании были переведены наиболее выгодные активы сектора. К концу 1997 года государство сохранило за собой почти столько же компаний сколько и было в частной собственности, но эти компании были не самыми крупными и качественными. С повышением цен на нефть государство попыталось переломить ситуацию. В 2003 году руководство страны предприняло действия по банкротству одной из крупнейших нефтяных компаний «ЮКОС» и распродажи её активов, которые в основном достались государственной компании «Роснефть». Далее государственной компанией (с лета 2005) «Газпром» был куплен менее крупный частный актив «Сибнефть». В итоге за 3 года с середины 2004 года по середину 2007 года государство увеличило своё присутствие в секторе с 16,41 % до 40,72 %.

Газ:

Основой топливной и в целом внутренней энергетики на 2000-е остаётся эксплуатация значительных газовых месторождений Западной Сибири (Уренгойское, Ямбургское, перспективные Бованенковское и Заполярное). В 2005 году добыча газа составила около 590 млрд. м³, внутреннее потребление составило 386 млрд. м³ — более половины всего энергопотребления в стране. Запасы природного газа на 2005 год оцениваются в размере 47,82 трлн. м³, экспорт достигает значений 187 млрд. м³/год.

Нефть:

Второй по значению для внутренней энергетики подотраслью является нефтяная промышленность, обеспечившая на 2005 год внутреннее потребление в размере около 110 млн. т. нефти и газового конденсата, что составило около 20 % полного потребления энергоресурсов.

Крупнейшие нефтяные месторождения — Самотлорское, Приобское, Русское, Ромашкинское. Запасы жидких углеводородов на 2007 год оцениваются в размере не менее 9,5 млрд. т.

В стране действует 41 крупный нефтеперерабатывающий завод, общая их мощность составляет около 300 млн. т., рабочая мощность на 2006 год около 255 млн. т. На внутренний рынок в 2007 году было поставлено около 32 млн. т. дизельного топлива, 29 млн. т. бензина, 7 млн. т. мазута и 5 млн. т. керосина. Крупнейшие нефтеперерабатывающие заводы: Омский НПЗ, Ангарский НПЗ и Киришский НПЗ. Большинство предприятий работает на изношенном и устаревшем оборудовании.

Крупнейшие нефтяные компании России: государственные — «Роснефть» и «Газпром нефть», частные — «Лукойл», «ТНК-BP», «Сургутнефтегаз», «Татнефть».

Добыча угля и других горючих ископаемых

Несколько меньшую роль играет угольная промышленность, в 2005 году обеспечившая около 18 % потребности в топливе, поставив около 148 млн т. топливного угля. Доказанные и разрабатываемые запасы угля в стране на 2006 год составляют около 157 млрд т., экспорт достигает значения 80 млн т/год. Крупнейшие разрабатываемые месторождения энергетического угля — месторождения Кузбасса и месторождения Канско-Ачинского угольного бассейна (Березовское, Бородинское, Назаровское).

Крупнейшие угледобывающие компании «СУЭК», «Кузбассразрезуголь», "Южкузбассуголь, «Южный Кузбасс».

Страна обладает значительными запасами горючих сланцев. Разведано около 35,47 млрд т. из них доказанных в Ленинградской области — 3,6 млрд т. в Поволжье — 4,5 и республике Коми в Вычегодском бассейне — 2,8 млрд т. На Ленинградском и Кашпирском месторождениях имеются мощности, однако на 2007 год добыча практически не ведётся. Имеются крупные запасы природных битумов.

Перспективы топливной энергетики в России заключаются в использовании научных достижений для уменьшения потери топлива и сырья и вовлечение в эксплуатацию новых месторождений. Топливно-энергетическая промышленность оказывает значительное негативное влияние на окружающую среду: при добыче полезных ископаемых нарушается почвенный покров, целые природные ландшафты. При добыче и транспортировке нефти и газа происходит загрязнение атмосферы, почв и мирового океана.



Энергетика возобновляемых источников

Возобновляемые источники энергии (ВИЭ) – в современной мировой практике к ВИЭ относят: гидро, солнечную, ветровую, геотермальную, гидравлическую энергии, энергию морских течений, волн, приливов, температурного градиента морской воды, разности температур между воздушной массой и океаном, тепла Земли, биомассу животного, растительного и бытового происхождения.
  • Питьевая вода
  • Топливо, получаемое в результате переработки растений: спирт, биогаз, биодизель
  • Древесина
  • Бумага
  • Кожа

Представьте себе, что вы месяцами катаетесь на машине, не доливая в бак бензина, обеспечиваете дом энергией океанских волн или подключаете ваш ноутбук к розетке прямо на пиджаке. Растущие цены, общая тревога и озабоченность, новая политика правительства – все это, хочешь не хочешь, подталкивает нас к новым усилиям, направленным на обновление всей энергосистемы. Для полномасштабного внедрения некоторых из этих идей потребуются годы и годы. Другие прямо сейчас можно брать на вооружение. Доживем ли мы когда-нибудь до эпохи с бездонными источниками энергии? Строго говоря, вряд ли. Запасы нефти на Земле безусловно ограниченны. Даже водород, которым питается ядерная реакция на Солнце, и тот – увы! – когда-нибудь закончится. Если не брать в расчет шансов на неожиданный прорыв в технологиях ядерного синтеза, никакой другой источник не обещает в мановение ока решить все наши проблемы. Скорее, энергетические запросы человечества будут удовлетворяться путем объединения различных передовых технологий. В этом союзе сыграют свою роль энергия солнца, ветра, морских волн и другие альтернативные источники. Промышленность как потребитель тоже сделает шаг навстречу – современная технология успешно учится делать больше, потребляя меньше. В конце концов, смиримся с тем, что запасы всех энергоресурсов ограниченны, зато безграничной остается способность человека порождать новые идеи.

Существуют различные мнения о том, к какому типу ресурсов следует относить ядерное топливо. Запасы ядерного топлива с учётом возможности его воспроизводства в реакторах-размножителях, огромны, его может хватить на тысячи лет. Несмотря на это его обычно причисляют к невозобновляемым ресурсам. Основным аргументом для этого является высокий риск для экологии, связанный с использованием ядерной энергии.

Применение возобновляемых источников энергии в России при наличии колоссальных возможностей практически отсутствует, в отличие от большинства промышленно развитых государств. Обусловлено это не столь развитой инфраструктурой и низкой плотностью заселения, а также относительно низкими ценами на природный газ.

Биоэнергетика

Древесина

Из возобновимых ресурсов наиболее широкое применение имеет энергетическое использование древесины в виде дров. Это прежде всего отопление домов, приготовление пищи и подогрев воды в слаборазвитых сельскохозяйственных районах где нет доступа к магистральному природному газу, относительно дорога доставка угля, и имеются значительные лесные запасы. Однако отдача от такого применения чаще всего относительно не велика. Объём таких заготовок оценивается специалистами до 50 млн м³/год, при полном объёме рубок в 350 млн м³ (1996 год) и максимально возобновимом объёме в 800 млн м³/год. Однако освоение данного потенциала в возобновимом виде из-за труднодоступности возможно только при высоких инфраструктурных затратах. Применение естественных лесов в энергетике менее рентабельно, нежели в целлюлозно-бумажной или деревообрабатывающей отраслях.

Наиболее высокая продуктивность, где возможно эффективное выращивание энергетических лесов, отмечается на Северном Кавказе, в Алтайском крае и центре европейской части.

Одным из перспективных направлений развития использования древесины можно считать технологии гидролиза.

Торф

До 90-х годов ощутимую роль в топливной энергетике занимала торфяная промышленность, годовая добыча которой в середине 70-х достигала 90 млн. тонн. преимущественно топливного сырья, на середину 2000-х добыча торфа не превышает 5 млн. тонн в год. Разведанные запасы торфа свыше 150 млрд. т. (40 % влажности), ежегодно образуется до 1 млрд. м³ торфа, основные запасы сконцентрированы в западной Сибири и на северо-западе европейской части. Ресурсы торфяных месторождений несколько более концентрированы, однако при этом зачастую ещё более труднодоступны, чем лесные.

Некоторое количество торфа сжигается на электростанциях: Шатурская ГРЭС в 2005 году использовала 0,67 млн. т., ТГК-5 в 2006 году применила 0,57 млн. т.

Геотермальная энергетика

Геотермальная энергетика — направление энергетики, основанное на производстве электрической и тепловой энергии за счёт тепловой энергии, содержащейся в недрах земли, на геотермальных станциях. Обычно относится к альтернативным источникам энергии, использующим возобновляемые энергетические ресурсы.

В вулканических районах циркулирующая вода перегревается выше температур кипения на относительно небольших глубинах и по трещинам поднимается к поверхности иногда проявляя себя в виде гейзеров. Доступ к подземным тёплым водам возможен при помощи глубинного бурения скважин. Более чем такие паротермы распространены сухие высокотемпературные породы, энергия которых доступна при помощи закачки и последующего отбора из них перегретой воды. Высокие горизонты пород с температурой менее 100 °C распространены и на множестве геологически малоактивных территорий, потому наиболее перспективным считается использование геотерм в качестве источника тепла.

Достоинства и недостатки

Главным достоинством геотермальной энергии является ее практическая неиссякаемость и полная независимость от условий окружающей среды, времени суток и года.

Существуют следующие принципиальные возможности использования тепла земных глубин. Воду или смесь воды и пара в зависимости от их температуры можно направлять для горячего водоснабжения и теплоснабжения, для выработки электроэнергии либо одновременно для всех этих целей. Высокотемпературное тепло около вулканического района и сухих горных пород предпочтительно использовать для выработки электроэнергии и теплоснабжения. От того, какой источник геотермальной энергии используется, зависит устройство станции.

Если в данном регионе имеются источники подземных термальных вод, то целесообразно их использовать для теплоснабжения и горячего водоснабжения. Например, по имеющимся данным, в Западной Сибири имеется подземное море площадью 3 млн. м2 с температурой воды 70—90 °С. Большие запасы подземных термальных вод находятся в Дагестане, Северной Осетии, Чечне, Ингушетии, Кабардино-Балкарии, Закавказье, Ставропольском и Краснодарском краях, Казахстане, на Камчатке и в ряде других районов России.

Какие проблемы возникают при использовании подземных термальных вод? Главная из них заключается в необходимости обратной закачки отработанной воды в подземный водоносный горизонт. В термальных водах содержится большое количество солей различных токсичных металлов (например, бора, свинца, цинка, кадмия, мышьяка) и химических соединений (аммиака, фенолов), что исключает сброс этих вод в природные водные системы, расположенные на поверхности.

Наибольший интерес представляют высокотемпературные термальные воды или выходы пара, которые можно использовать для производства электроэнергии и теплоснабжения.

Итак, достоинствами геотермальной энергии можно считать практическую неисчерпаемость ресурсов, независимость от внешних условий, времени суток и года, возможность комплексного использования термальных вод для нужд теплоэлектроэнергетики и медицины. Недостатками ее являются высокая минерализация термальных вод большинства месторождений и наличие токсичных соединений и металлов, что исключает в большинстве случаев сброс термальных вод в природные водоемы.

На 2006 в России разведано 56 месторождений термальных вод с дебитом, превышающим 300 тыс. м³/сутки. На 20 месторождениях ведется промышленная эксплуатация, среди них: Паратунское (Камчатка), Казьминское и Черкесское (Карачаево-Черкессия и Ставропольский край), Кизлярское и Махачкалинское (Дагестан), Мостовское и Вознесенское (Краснодарский край). На конец 2005 года установленная мощность по прямому использованию тепла составляет свыше 307 МВт.

Почти все Российские геотермальные электростанции расположены на территории Камчатки и Курил, суммарный электропотенциал термальных вод только Камчатки оценивается в 1 ГВт рабочей электрической мощности. Российский геотермальный потенциал реализован в размере чуть более 80 МВт установленной мощности (2009) и около 450 млн. кВт/час годовой выработки (2009).

Ветроэнергетика

Ветроэнергетика — отрасль энергетики, специализирующаяся на использовании энергии ветра — кинетической энергии воздушных масс в атмосфере. Энергию ветра относят к возобновляемым видам энергии, так как она является следствием деятельности солнца. Ветроэнергетика является бурно развивающейся отраслью, так в конце 2009 года общая установленная мощность всех ветрогенераторов составила 157 гигаватт, увеличившись в 6 раз с 2000 года.

Т
Карта скорости ветра на территории РФ, м/с
ехнический потенциал ветровой энергии России оценивается в размере свыше 50 трлн. кВт·час/год. Экономический потенциал составляет примерно 260 млрд. кВт·час/год, то есть около 30 процентов производства электроэнергии всеми электростанциями России.

Особой концентрацией ветропотенциала отличаются побережья Тихого и Арктического океанов, предгорные и горные районы Кавказа, Урала, Алтая, Саян. В приближённых к потребителям и имеющим подходящую инфраструктуру возможно строительство крупных ветропарков, среди них можно выделить побережья Кольского полуострова, Приморья, юга Камчатки, Каспийское и Азовское побережья.

Развитию масштабной ветроэнергетики в стране располагают запасы природного газа, лучше других видов топлива подходящего для высокоманевренной генерации, а в отдельных районах, как например Карелия, Мурманская область, Кавказ — действует маневренная гидроэнергетика. Весьма эффектно применение малых ветроустановок, например для поднятия грунтовой воды и непосредственной выработки тепла, в степной сельской местности.

Одна из самых больших ветроэлектростанций России (5,1 МВт) расположена в районе посёлка Куликово Зеленоградского района Калининградской области. Её среднегодовая выработка составляет около 6 млн. кВт/час. На Чукотке действует Анадырская ВЭС мощностью 2,5 МВт (10 ветроагрегатов по 250 кВт) среднегодовой выработкой более 3 млн. кВт/час, параллельно станции установлен ДВС, вырабатывающий 30 % энергии установки. Также крупные ветроэлектростанции расположены у деревни Тюпкильды Туймазинского района республики Башкортостан (2,2 МВт). В Калмыкии в 20 км от Элисты размещена площадка Калмыцкой ВЭС планировавшейся мощностью в 22 МВт и годовой выработкой 53 млн. кВт/ч, на 2006 год на площадке установлена одна установка «Радуга» мощностью 1 МВт и выработкой от 3 до 5 млн. кВт/ч. В республике Коми вблизи Воркуты строится Заполярная ВДЭС мощностью 3 МВт. На 2006 действуют 6 установок по 250 кВт общей мощностью 1,5 МВт. На острове Беринга Командорских островов действует ВЭС мощностью 1,2 МВт.

У
Расчётная установленная мощность ветроустановки, кВт
становленная мощность ветряных электростанций в стране на 2007 год составляет около 16,5 МВт, суммарная выработка не превышает 25 млн. кВт·час/год.

Использование энергии ветра:

В 2008 году суммарные мощности ветряной энергетики выросли во всём мире до 120 ГВт. Ветряные электростанции всего мира в 2007 году произвели около 200 млрд. кВт/час, что составляет примерно 1,3 % мирового потребления электроэнергии. Во всём мире в 2008 году в индустрии ветроэнергетики были заняты более 400 тысяч человек. В 2008 году мировой рынок оборудования для ветроэнергетики вырос до 36,5 миллиардов евро, или около 46,8 миллиардов американских долларов.

В 2007 году в Европе было сконцентрировано 61 % установленных ветряных электростанций, в Северной Америке 20 %, Азии 17 %.


Строительство ветротурбины в Германии

Кол-во энергии выработанной на ветроустановках в мире:

Страна

2005 г., МВт.

2006 г., МВт.

2007 г., МВт.

2008 г. МВт.

2009 г. МВт.

США

9149

11603

16818

25170

35159

Германия

18428

20622

22247

23903

25777

Китай

1260

2405

6050

12210

25104

Испания

10028

11615

15145

16754

19149

Индия

4430

6270

7580

9645

10833

Италия

1718

2123

2726

3736

4850

Франция

757

1567

2454

3404

4492

Великобритания

1353

1962

2389

3241

4051

Португалия

1022

1716

2150

2862

3535

Дания

3122

3136

3125

3180

3465