Лекция № 4
ТОПЛИВНО-ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ РЕСУРСЫ
Основные понятия в энергосбережении. Источники энергии. Возобновляемые и истощаемые энергетические ресурсы. Виды топлива
Энергетика – это область человеческой деятельности, связанная с производством, передачей и использованием энергии.
Энергосистема – совокупность энергетических ресурсов всех видов, методов их получения, преобразования, распределения и использования, а также технических средств и организационных комплексов, обеспечивающих снабжение потребителей всеми видами энергии.
Энергия – мера движения и взаимодействия материальных тел.
Мощность – количество энергии в единицу времени, определяющее интенсивность движения и взаимодействия материальных тел. Это скорость изменения энергии.
Топливо – горючие вещества с углеродной основой, используемые для получения тепловой энергии путем их сжигания.
Ядерное топливо – вещества и материалы, используемые для получения энергии в ядерном реакторе.
Энергосбережение – организационная научная, практическая, информационная деятельность государственных органов, юридических и физических лиц, направленная на снижение расхода топливно-энергетических ресурсов в процессе их добычи, переработки, транспортировки, хранения, производства, использования и утилизации.
Возобновляемые энергетические ресурсы – энергетические ресурсы рек, водохранилищ, ветра, солнца, биомассы и другие, возобновляемые в ходе естественных природных процессов.
Вторичные энергетические ресурсы (ВЭР) – энергия, получаемая в ходе любого технологического процесса или процесса жизнедеятельности человека в результате недоиспользования первичной энергии или в виде энергосодержащего побочного продукта основного производства и не применяемая в этом процессе.
Нетрадиционные (альтернативные) источники энергии – источники электрической и тепловой энергии, использующие для ее производства возобновляемые и вторичные энергетические ресурсы.
Эффективное использование ТЭР – использование всех видов энергии экономически оправданными, прогрессивными способами при существующем уровне развития техники и технологий и соблюдении законодательства.
Истощаемые энергетические ресурсы – это накопленные в процессе эволюционного развития нашей планеты в ее недрах запасы веществ и соединений, способные при определенных условиях высвобождать энергию.
Топливно-энергетические ресурсы - совокупность природных и произведенных энергоносителей, запасенная энергия которых при существующем уровне развития техники и технологии доступна для использования в хозяйственной деятельности.
Топливно-энергетические ресурсы делятся на первичные и вторичные.
К первичным энергетическим ресурсам относят те ресурсы, которые люди получают непосредственно из природных источников для последующего преобразования в другие виды энергии, либо для непосредственного использования. Часто первичные ресурсы должны быть извлечены и подготовлены к дальнейшему использованию.
Первичные ресурсы подразделяют на возобновляемые и невозобновляемые.
Вторичные энергетические ресурсы - энергетические ресурсы, получаемые в виде побочных продуктов основного производства или являющиеся такими продуктами.
Топливно-энергетические ресурсы включают не только источники энергии, но и произведенные энергетические ресурсы: тепловую энергию (в первую очередь энергию горячей воды и водяного пара) и электрический ток.
Произведенные энергетические ресурсы получают, используя энергию первичных и вторичных энергоресурсов. Электрическая энергия впоследствии может быть снова преобразована в другие виды энергии.
Основные виды энергетических ресурсов представлены схеме, изображенной на рис. 1.
Энергетика составляет основу основ современной цивилизации. Её история насчитывает тысячелетия, ведь человек начал потреблять энергоресурсы уже с тех пор как научился использовать в своих целях огонь. На каждом этапе исторического развития усложнение хозяйственной деятельности и желание повысить уровень жизни неизбежно приводило к нехватке энергии, к противоречию между желаемым и возможным. Для преодоления противоречия необходимо было находить новые источники сил и энергии, появление которых, в свою очередь, ускоряло рост производства, науки, численности и благосостояния населения, вследствие чего вновь возникали проблемы энергообеспечения. Проблема энергии и энергоресурсов была и остается одной из важнейших глобальных проблем, в решении которой заинтересованы все народы, все страны мира.
Рис.1 Виды топливно-энергетических ресурсов
Энергетические ресурсы – носители энергии, которые используются в настоящее время или могут быть полезно использованы в перспективе.
Энергетические ресурсы являются частью всей совокупности природных ресурсов и подразделяются на восполняемые и невосполняемые. Восполняемыми, или возобновляемыми источниками энергии называются источники, потоки энергии которых постоянно существуют или периодически возникают в окружающей среде и не являются следствием целенаправленной деятельности человека. К восполняемым энергоресурсам относят энергию:
– Солнца
– мирового океана в виде энергии приливов и отливов, энергии волн
– рек
– ветра
– морских течений
– вырабатываемую из биомассы
– водостоков
– твердых бытовых отходов
– геотермальных источников
Недостатком возобновляемых источников энергии является низкая степень ее концентрации. Но это в значительной степени компенсируется широким распространением, относительно высокой экологической частотой и их практической неисчерпаемостью. Такие источники наиболее рационально использовать непосредственно вблизи потребителя без передачи энергии на расстояние. Энергетика, работающая на этих источниках, использует потоки энергии, уже существующие в окружающем пространстве, перераспределяет, но не нарушает их общий баланс. Неиспользование потоков энергии возобновляемых источников приводит к ее безвозвратной потере, предопределяет несколько иной подход к оценке эффективности устройств, применяющих эти источники, по сравнению с устройствами, работающими на невозобновляемых ресурсах. К невосполняемым энергетическим ресурсам относят:
– каменный уголь
– нефть
– природный газ
– бурый угль
– горючие сланцы
К сожалению, большинство энергии, потребляемой человеком, превращается в бесполезное топливо из-за низкой эффективности использования имеющихся энергетических ресурсов. Энергия, которая содержится в природных источниках и может быть преобразована в электрическую, тепловую, механическую, химическую, названа первичной. Первичная энергия делится на традиционные виды энергии и нетрадиционные виды энергии. Первые включают в себя ядерную энергию, энергию из органического топлива (твердые, жидкие и газообразные виды топлива), гидроэнергию рек. Энергия, которая получается после преобразования первичной на специальных установках, называется вторичной. К источникам энергии можно отнести: космические лучи, энергию морских приливов и отливов, биоэнергию, атмосферное электричество, потенциальную и кинетическую энергию воды, воздуха и т.д., земной магнетизм, энергию атомного синтеза и распада и др.
Самым первым видом твердого топлива были древесина и другие растения. После перехода от древесного топлива к угольному наступила эра электричества. К твердому топливу относят: древесину, уголь, торф, горючие сланцы. Ископаемые твердые топлива являются продуктом разложения органической массы растений. Жидкие виды топлива получают путем переработки нефти. Сырую нефть нагревают до 300... 370 °С, после чего полученные пары разгоняют на фракции, конденсирующиеся при различной температуре:
– сжиженный газ
– бензин
– керосин
– дизельное топливо
– мазут
Под энергоресурсами понимаются материальные объекты, в которых сосредоточена энергия, пригодная для практического использования человеком. Энергия, непосредственно извлекаемая в природе, называется первичной, а энергоресурсы – первичными энергоресурсами.
Классификация первичной энергии
На классификационной схеме (рис. 2) выделены традиционные виды энергии, которые широко используются человечеством, и нетрадиционные виды энергии, мало использовавшиеся до последнего времени в силу отсутствия экономических условий и эффективных способов их промышленного преобразования в такие энергоносители как электроэнергия, тепловая или механическая энергия.
Рис.2 – Классификация первичных энергоресурсов
Энергоресурсы подразделяют также на возобновляемые и невозобновляемые.
Невозобновляемые энергоресурсы – это те, которые ранее были накоплены в природе и в новых геологических условиях либо вообще не образуются, либо их образование идет с гораздо меньшей скоростью, чем потребление.
Возобновляемые энергоресурсы – это те, восстановление которых постоянно осуществляется в природе (на схеме эти виды энергии показаны в ячейках с заливкой).
Особое значение среди энергии всех видов занимает солнечная энергия, так как, с одной стороны, большинство видов энергоресурсов – результат преобразования солнечной энергии, а с другой стороны потенциальная мощность и емкость этого источника значительно превышают данные показатели для всех остальных энергоресурсов вместе взятых. Солнце играет решающую роль в энергетическом балансе нашей планеты.