По определению Д. И. Менделеева, «топливом называется горючее вещество, умышленно сжигаемое для получения теплоты». Минеральное топливо - основной источник энергии в современном хозяйстве и важнейшее промышленное сырье. Переработка минерального топлива является базой формирования промышленных предприятий, в т. ч. нефтехимических, газохимических, торфобрикетных и т. п.
Топливо подразделяют на следующие четыре группы:
- твердое;
- жидкое;
- газообразное;
- ядерное.
Первейшим видом твердого топлива были (а во многих местах остаются и в настоящее время) древесина и другие растения: солома, камыш, стебли кукурузы и т. п.
Промышленная революция, которая в XIX веке полностью преобразовала аграрные страны Европы, а затем и Америку, произошла в результате перехода от древесного топлива к ископаемому угольному. Затем пришла эра электричества.
Открытие электричества оказало огромное влияние на жизнь человечества и обусловило зарождение и рост крупнейших городов мира.
Применение нефти и природного газа в сочетании с развитием электроэнергетики, а затем и освоение энергии атома позволили промышленно развитым странам осуществить грандиозные преобразования, итогом которых стало формирование современного облика Земли.
Таким образом, к твердому виду топлива относят:
- древесину, другие продукты растительного происхождения;
- уголь (с его разновидностями: каменный, бурый);
- торф;
- горючие сланцы.
Ископаемые твердые топлива (за исключением сланцев) являются продуктом разложения органической массы растений. Самый молодой из них торф, представляющий собой плотную массу, образовавшуюся из перегнивших остатков болотных растений. Следующими по «возрасту» являются бурые угли - землистая или черная однородная масса, которая при длительном хранении на воздухе частично окисляется (выветривается) и рассыпается в порошок. Затем идут каменные угли, обладающие, как правило, повышенной прочностью и меньшей пористостью. Органическая масса наиболее старых из них - антрацитов претерпела наибольшие изменения и на 93 % состоит из углерода. Антрацит отличается высокой твердостью.
Горючие сланцы представляют собой полезное ископаемое из группы твердых каустобиолитов, дающее при сухой перегонке значительное количество смолы, близкой по составу к нефти. Залежи горючих сланцев в Беларуси находятся на юге республики (Туровское месторождение в Гомельской области, Любанское - в Солигорском и Любанском районах Минской области), и открыты они в 1963 г. Прогнозные запасы составляют 11 млрд т, в т. ч. промышленные на глубине 300 м - 3,6 млрд т, что соответствует 792 млн т у. т. Наиболее изученным является Туровское месторождение.
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 (выход около 1 %);
- бензиновую (около 15%, tк =30... 180°С);
- керосиновую (около 17 %, tк = 120... 135 °С);
- дизельную (около 18 %, tк = 180... 350 °С).
Жидкий остаток с температурой начала кипения 330... 350 °С называется мазутом.
Газообразными видами топлива являются природный газ, добываемый как непосредственно, так и попутно с добычей нефти, называемый попутным. Основным компонентом природного газа является метан СН4 и в небольшом количестве азот N2, высшие углеводороды СnНm, двуокись углерода СО2. Попутный газ содержит меньше метана, чем природный, но больше высших углеводородов, и поэтому выделяет при сгорании больше теплоты.
В промышленности и в быту, находит широкое применение сжиженный газ, получаемый при первичной переработке нефти. На металлургических заводах в качестве попутных продуктов получают коксовый и доменный газы. Они используются здесь же на заводах для отопления печей и технологических аппаратов. В районах расположения угольных шахт своеобразным «топливом» может служить метан, выделяющийся из пластов при их вентиляции. Газы, получаемые путем газификации (генераторные) или путем сухой перегонки (нагрев без доступа воздуха) твердых топлив, в большинстве стран практически вытеснены природным газом, однако в настоящее время снова возрождается интерес к их производству и использованию.
В последнее время все большее применение находит биогаз - продукт анаэробной ферментации (сбраживание) органических отходов (навоза, растительных остатков, мусора, сточных вод и т. д.).
Ядерным топливом является уран - 235. Известно, что при использовании одного грамма ядерного топлива выделяется такое количество энергии, как при сжигании 300 вагонов каменного угля. Но мировые запасы урана - 235 невелики.
Анализ оценки обеспеченности ТЭР показывает, что наиболее дефицитным видом топлива является нефть. Ее хватит по разным источникам на 250 лет. Затем, через 35-64 года, истощатся запасы горючего газа и урана. Запасы угля в мире достаточно велики, и обеспеченность составит 218-330 лет.
В Республике Беларусь собственные топливно-энергетические ресурсы представлены: древесиной; нефтью; торфом; бурым углем; горючими сланцами. Общие запасы древесины в стране оцениваются примерно в 1093,2 млн м3, что составляет около 1 % запасов древесины СНГ. Лесистость терри-тории - 38 %. Запас спелого древостоя составляет около 74,7 млн м3. На душу населения приходится 0,6 га леса и 93 м3 запасов древесины. Средний возраст древостоя - 40 лет, средний прирост - 3,7 м3 на 1 га; средний запас на 1 га в спелых лесах - 205 м3. Основная часть лесов (45 %) приходится на Гомельскую и Минскую области.
Значение древесины в топливном балансе страны пока незначительно, поскольку начавшаяся в 1960 г. и продолжающаяся ныне повсеместная газификация вытеснила древесину как вид топлива, а работающие на отходах котельные деревообрабатывающих предприятии были переведены на газ. В последнее время в связи с возникшими проблемами в использовании дорогостоящего покупного топлива, и, в первую очередь, газа, на древесное топливо, особенно на отходы деревообработки переходит все больше субъектов хозяйствования.
Основной нефтегазоносной территорией Беларуси является Припятский прогиб. Известно 55 месторождений нефти, в т. ч. 53 - в Гомельской и 2 - в Могилевской областях. Разрабатываются 33 месторождения, крупнейшее из которых – Речицкое эксплуатируется с 1965 года.
С начала промышленной разработки нефти (1965 г.) в стране добыто 100 млн т. В настоящее время ежегодно добывается около 1,2 млн т нефти. РУП «Объединение «Беларуснефть» - единственное нефтедобывающее республикан-ское унитарное предприятие - имеет 508 эксплуатационных скважин на 63 месторождениях нефти. Бурением пройдено 18,531 млн м горных пород. Разведанные запасы нефти составляют около 80 млн т, газоконденсата - 0,44 млн т, попутного газа - 9734 млн м3.
Годовая потребность Республики Беларусь в нефти составляет 16-18 млн т, а собственные ресурсы составляют всего лишь 9-10 %. Остальное количество нефтепродуктов в республику поставляет около 70 субъектов хозяйствования.
Наиболее распространенным видом местного топлива в Беларуси является торф. Торфяные отложения имеются практически во всех регионах. По запасам торфа (первичные запасы составляли 5,65 млрд т, оставшиеся геологические оцениваются в 4,3 млрд т) Беларусь занимает второе место в СНГ, уступая только России. Разведано более 9000 месторождений торфа общей площадью в границах промышленной глубины 2,54 млн га. В последнее время годовая добыча составляет 27-30 млн т. Наиболее богатые залежи его находятся в Брестской, Витебской, Могилевской областях, в которых геологический запас торфа составляет около 68 % от общего запаса в стране. Основными месторождениями торфа являются Светлогорское, Василевичское, Лукское (Гомельская обл.), Березинское, Смолевичское (Минская обл.), Березовское (Гродненская обл.), Даблевский Мох, Усвиж Бук, Витебское (Витебская обл.). На базе этих месторождений были в свое время построены крупные электростанции: Василевичская, Смолевичская ГРЭС и др. или крупные торфобрикетные заводы.
Месторождения бурого угля находятся, так же, как и нефть, в Припятском прогибе. Прогнозные ресурсы его на глубине 600 м оцениваются в 410 млн т, в т. ч. мощностью пласта от 0,7 м и более - 294 млн т.
В настоящее время наиболее изученными являются неогеновые угли (залегают на глубине 20-80 м) трех месторождений: Житковического, Бринев-ского и Тонежского с общими запасами 152 млн т (37 млн т у. т.), промыш-ленными - 121 млн т (29,5 млн т у. т.) На Житковичском месторождении подготовлены для промышленного освоения два месторождения с общими запасами 46,7 млн т (11,4 млн т у. т.), что позволяет проектировать строительство разреза мощностью в 2 млн т (488 т у. т.). В последние годы на юге Беларуси (Лельчицкий район) открыто относительно большое месторождение - Букчинское, которое в будущем может иметь промышленное значение.
Разведанные запасы угля пока не разрабатываются, поскольку уголь залегает на большой глубине, мощность его пластов небольшая.
Прогнозируемые объемы годовой добычи местных видов топлива составляют:
- нефть, млн т: 2000 г. (факт) - 1,84; 2005 г. - 1,55; 2010 г. - 1,29; 2015 г. -1,102;
- попутный газ, млн м3: 2005 г. - 230; 2010 г. - 210; 2015 г. - 180;
- торф, 1 млн т у. т./год (на весь рассматриваемый период);
- дрова, предусматривается увеличение заготовок и использования с 1,3 млн т у. т. в 2000 г. до 1,9-2,0 млн т у. т. в 2015 г.
Нецелесообразна добыча горючих сланцев в объеме имеющихся запасов 11 млрд т, поскольку стоимость получаемых продуктов выше мировых цен на нефть.
Топливо и его виды.
Длительный период, до 14 века, основным энергоносителем, используемым человеком, была древесина. Позже все больше начинают использовать уголь, нефть, газ. В начале 20 века уголь стал составлять наибольшую долю от всех используемых человечеством энергетических ресурсов. К началу 70-х годов 20 века доли потребления угля, нефти и газа выравниваются. В ряде стран уменьшается добыча угля. Нефть практически вытесняет уголь при производстве электроэнергии. На транспорте за счет нефти удовлетворяется свыше 90% мирового потребления.В 1970 году доля нефти в структуре мирового потребления ТЭР составила 46%, газа – 20%. Ситуация меняется после острого нефтяного кризиса 1973-74 гг.Индустриальные страны Запада, США, Япония активно переориентируют топливно- энергетическую базу своей национальной экономики на другие виды энергоресурсов и вводят политику эффективного использования энергии. В результате к 1980г. Доля нефти в мировом топливно- энергетическом балансе (ТЭБ) снижается до 42%, газа – до 16%. Доля твердого органического топлива составляла 25%. Ядерная энергетика покрывала всего 2-3% мирового потребления, и 13-14% обеспечивалось за счет возобновляемых источников энергии.
Прогнозы, сделанные в 80-х гг, обещали к 2020 году дальнейшее быстрое уменьшение потребления нефти и газа - соответственно до 20% и 8-12%. Предполагалось, что это будет достигнуто благодаря росту потребления угля до 32%, значительному вовлечению в ТЭБ ядерного горючего – 36-40%, использованию возобновляемых источников энергии. Однако реальные тенденции изменений в структуре мирового топливно-энергетического баланса на 2020 г. Оказались несколько иными. По прогнозам 90-хгг., доля твердого органического топлива, прежде всего угля,, будет, как и предполагалось в 80-х гг., составлять 32%, а вот доля потребления нефти снизится на меньшую величину, чем ожидалось ранее, и будет составлять 27%. Доля газа даже увеличится по сравнению с 1980 годом и будет равна 23% Такие изменения тенденций связаны в первую очередь с появлением определенного недоверия к атомной энергетике из-за катастрофических последствий аварии на Чернобыльской АЭС и ряде других неприятных эксцессов на атомных промышленных объектах. В настоящее время разрабатываются новые поколения ядерных реакторов и проектов АЭС повышенной безопасности.
В обозримой перспективе развитие топливной базы энергетики во всем мире будет определяться следующими основными направлениями:
- удорожанием практически всех топливно-энергетических ресурсов при опережающем росте стоимости высококачественного газомазутного топлива;
- проведением активной энергосберегающей политики во всех отраслях экономики и освоением в максимально возможных масштабах нетрадиционных возобновляемых источников энергии;
- вовлечением в топливно-энергетический баланс ядерного горючего и интенсивным поиском альтернативных ему безопасных источников энергии, имеющих промышленное значение;
- ужесточением экологических требований.
Человек издавна применяет различные виды топлива: каменный уголь, нефть и природный газ, торф и дрова, горючие сланцы. Для получения энергии с физической точки зрения наиболее выгодны нефть, газ и каменный уголь, удельная теплота сгорания этих видов топлива высока.
За 6 тыс. лет до н.э. добывалась нефть на берегу Евфрата. О Бакинской нефти упоминается в описаниях походов Александра Македонского. Но соперничать с углем нефть начала в 20 в. Использование нефти тесно связано с развитием двигателя внутреннего сгорания и таких средств транспорта, как автомобиль, самолет, тепловоз.
Уже 8 тыс. лет назад горючий газ поддерживал вечное пламя в храмах огнепоклонников, но лишь в конце 19в. газ стали применять для освещения, приготовления пищи и отопления.
Природные газы состоят главным образом из метана – соединения углерода с водородом. Метан горит, не оставляя ни дыма, ни золы. Природный газ – самое дешевое из известных видов топлива, так как отличается сравнительной простотой добычи, несложностью транспортировки и высокой удельной теплотой сгорания. К месту потребления газ приходит по трубам. Диаметр труб магистральных газопроводов достигает 1,42 м.
Газ удобен в обращении. Газовые горелки и топки просты по конструкции, их легко зажечь и потушить, легко усилить или ослабить пламя. Переход на газовое топливо значительно оздоровляет атмосферу промышленных центров, избавляет население от дыма и копоти.