«зеленый» курс: какое будущее ждет альтернативные источники энергии

Последствия сокращения ресурсов для предприятий

По моему мнению, для снижения расходов на оплату воды и энергоресурсов, скорее всего, будут введены лимиты потребления, что может негативно отразиться на эффективности работы предприятий. Сокращение ресурсов может привести к нехватке мощностей на производстве, соответственно, объемы готового продукта значительно уменьшатся.

Интересно: Изменения в системе оплаты ЖКУ приведут к росту тарифов ЖКХ.

Для снижения потребления энергоресурсов и воды бюджетным организациям потребуется помощь региональных властей и дополнительное финансирование от привлеченных инвесторов.

На сегодняшний день регионы не совсем готовы к снижению потребления энергоресурсов и воды. Поэтому Правительство перенесло сроки разработки методических рекомендаций со стороны Минэнерго по энергосбережению и установки уровня экономии потребления ресурсов со стороны местных органов государственной власти в субъектах РФ.

Топливно-энергетические ресурсы (ТЭР)

Определяющими в энергетике и во всем топливно-энергетическом комплексе (ТЭК) являются топливно-энергетические ресурсы (ТЭР), перерабатывающие эти ресурсы предприятия, энергетические комплексы, включающие выработку электрической и тепловой энергии, и передачу (транспорт) потребителям этих двух видов энергии.

Как видно из рис. 1, невозобновляемыми источниками энергии являются газ, нефть, уголь и сланцы. Оценка извлекаемых запасов органического топлива в мире производится в зависимости от возможностей геологоразведки и отыскания новых месторождений этого топлива.

Так доля извлекаемого расходуемого органического топлива в мире в 2001 г. оценивалась следующим образом:

• уголь — 2281 т.у.т. (тонн условного топлива), 25% мирового потребления энергоресурсов;
• нефть — 3467 т.у.т., 38 % мирового потребления энергоресурсов;
• газ — 2189 т.у.т., 24 % мирового потребления энергоресурсов;
• всего 7937 млн т.у.т. — 86 % мирового потребления энергоресурсов.

При уровне мировой добычи девяностых годов (1993-1999 гг.) теоретически запасов угля хватит на 1500 лет, нефти — на 250 лет, газа — на 120 лет (в 1990 г. эти величины соответственно составляли 1000 лет и 50-60 лет).

Между тем теоретический потенциал только солнечной энергии, поступающей на Землю в течение года, превышает все извлекаемые запасы органического топлива в 10…20 раз, а экономический потенциал возобновляемых источников энергии на 2000 г. оценивается 20 млрд. т.у.т., что более чем в 2 раза превышает объем годовой добычи всех видов органического топлива.

Другие статьи по данной теме:

• Энергетика как система
• Основные тенденции в потреблении углеводородного сырья
• Стратегия мирового развития энергетики. Потребление топливно-энергетических ресурсов (ТЭР)
• Международные обязательства России по снижению вредных выбросов
• Киотский протокол
• Нормативы вредных выбросов

Тепловые электрические станции – ТЭС

На тепловых электростанциях России производится примерно 70% всей электрической энергии. Они работают на мазуте, газе, угле, а в определенных местностях используется торф и сланцы.

Все ТЭС можно условно разделить на два основных вида. Первый вариант является так называемым паротурбинным, где первичным двигателем служит паровая турбина. Эти устройства могут быть конденсационными (КЭС), вырабатывающими только электроэнергию, и теплоэлектроцентралями (ТЭЦ), производящими не только электричество, но и тепло. Коэффициент полезного действия ТЭЦ составляет 60-70%, а у КЭС этот показатель равен 30-40%. Основным недостатком тепловых станций считается их обязательная привязка к потребителям тепла.

Положительных качеств у тепловых электростанций значительно больше. Они свободно размещаются на всех территориях, где имеются природные ресурсы и не подвержены сезонным колебаниям погодных условий. Однако, используемое топливо является не возобновляемым, а сами установки негативно влияют на экологическую обстановку. Российские ТЭС не имеют достаточно эффективных систем очистки выходящих газов от вредных и токсичных веществ. Более экологичными считаются газовые установки, но трубопроводы, проложенные к ним, наносят непоправимый вред природе.

Электростанции, расположенные в европейской части Российской Федерации, работают в основном на мазуте и природном газе, а в восточных районах они располагаются возле месторождений угля, добываемого открытым способом. Большинство установок относится к государственным районным электростанциям – ГРЭС, входящим в Единую энергосистему страны.

Вторичные энергетические ресурсы

Выполнил: Фёдоров А.В.

Внутренние энергетические ресурсы промышленности делятся на три основные группы:

1. Горючие.

2. Тепловые.

3. Избыточного давления.

Одним из весьма перспективных направлений использования тепла слабо нагретых вод является применение так называемых тепловых насосов, работающих по тому же принципу, что и компрессорный агрегат в домашнем холодильнике. Тепловой насос отбирает тепло от сбросной воды и аккумулирует тепловую энергию при температуре около 90 °С, иными словами, эта энергия становится пригодной для использования в системах отопления и вентиляции.

Примером применения этих ресурсов может служить использование избыточного давления доменного газа в утилизационных бес компрессорных турбинах для выработки электрической энергии.

Твёрдое жидкое, газообразное топливо или электроэнергия для обслуживания технологических высоко температурных процессов (промышленные печи) и охлаждающая ввода.

Газ и жидкое топливо для обслуживания технологических силовых процессов (с двигателями внутреннего сгорания воздуходувных, компрессорных и других агрегатов) и охлаждающая вода.

Горючее и технологическое сырьё (в предприятиях металлургической, деревообрабатывающей, текстильной, пищевой и других отраслях промышленности).

Пар для обслуживания технологических силовых (в молотовых, прессовых и штамповочных агрегатах) и нагревательных процессов.

Горячая вода для бытового теплопотребления

Электроэнергия, обслуживающая силовые, термические и осветительные процессы.

ВЭР имеются также на электрических станциях и представляют собой тепловые отходы или потери тепла, получаемые в процессе энергопроизводства.

На гидроэлектростанциях такими тепловыми отходами являются только тепловыделения в гидрогенераторах станциях.

Использование вторичных энергетических ресурсов в промышленности

Подобные энергетические ресурсы можно использовать для удовлетворения потребностей в топливе и энергии либо непосредственно (без изменения вида энергоносителя), либо путём выработки тепла, электроэнергии, холода и механической энергии в утилизационных установках. Большинство горючих ВЭР употребляются непосредственно в виде топлива, однако некоторые из них требуют специальных утилизационных установок. Непосредственно применяются также некоторые тепловые ВЭР (например, горячая вода систем охлаждения для отопления).

Горючие газы – отходы основного производства: Доменный и коксовый газы практически используются полностью. Использование ферросплавного газа возможно для технологических (подогрев материалов, частичное предварительное восстановление сырья) и теплофикационных целей, сжиганием в котельной. Конвертерный газ частично используют в охладителях, но полное использование его ещё не решено.

Теплота охлаждающей воды: В установках испарительного охлаждения выход пара 0,1 т/т чугуна и 0,2 т/т мартеновской стали. Все технологические вопросы испарительного охлаждения печей решены и требуется максимально широкое внедрения способа в производство. Необходимо улучшить технические решения по унификации охлаждаемых элементов, повышению давления пара, улучшить контроль за плотностью схем охлаждения, усовершенствовать автоматику утилизирующих установок. Необходимо распространение опыта чёрной металлургии в химическую промышленность, машиностроение и т. д.

Большие резервы по эффективному использованию ВЭР имеются и на предприятиях цветной металлургии.

Эффективным в цветной металлургии является использование тепла уходящих дымовых газов для подогрева воздуха, поступающего в печи для сжигания топлива. Это экономит топливо, улучшает процесс его горения и, кроме того, повышает производительность печи. Однако с дымовыми газами уносится ещё значительное количество тепловой энергии, которая может использоваться в котлах-утилизаторах для выработки пара.

По мере увеличения затрат на добычу топлива и производства энергии возрастает необходимость в более полном использовании их при преобразовании в виде горючих газов, тепла нагретого воздуха и воды. Хотя утилизация ВЭР нередко связана с дополнительными капитальными вложениями и увеличением численности обслуживающего персонала, опыт передовых предприятий подтверждает, что использование ВЭР экономически весьма выгодно.

Таким образом, повышение уровня утилизации вторичных энергетических ресурсов обеспечивает не только значительную экономию топлива, капитальных вложений и предотвращения загрязнения окружающей среды, но и существенное снижение себестоимости продукции нефтеперерабатывающих и нефтехимических предприятий.

Первичные энергоресурсы

Первичные энергоресурсы извлекают из окружающей среды. К первичным энергоресурсам ( ЭР) принято относить традиционные: нефть, газ, уголь, атомную и гидроэнергию, а также нетрадиционные возобновляемые энергоресурсы ( НВЭР): солнечную, ветровую, геотермальную, гидроэнергию малых рек, энергию морских течений, волн, приливов, температурного градиента морской воды, низкотемпературного тепла Земли, воздуха, биомассы животного, растительного и бытового происхождения, водородную энергетику.
 

Большая доля первичных энергоресурсов — около 40 % — используется для производства электроэнергии. Доля коммунально-бытового потребления и транспорта ( соответственно 17 % и 8 %) невелика по сравнению с индустриальными странами Запада, но высока доля энергии, используемой в промышленности — 35 %, В США в 1972 г. расходовалось 32 % всего потребления энергии на транспорт, 21 % — на коммунально-бытовые нужды и 27 % — в промышленности.
 

По использованию первичных энергоресурсов ГЭС являются наиболее рациональными электростанциями, так как работают на ежегодно возобновляемых водных энергоресурсах.
 

В структуре потребления первичных энергоресурсов газ в настоящее время составляет 11 6 % от общей потребности страны. Собственная добыча газа устойчиво поддерживается на незначительном уровне около 2 — 2 5 млрд. куб. Остальные объемы импортируются в страну в виде СПГ. Япония — третья страна в мире по импорту газа после США и Германии, является крупнейшим мировым импортером СПГ.
 

Оценки суммарного потребления первичных энергоресурсов в 2000 г. в Западной Европе ( без СФРЮ и Турции) в двух сценариях Кэвендишской лаборатории составляют соответственно 92 млн. ТДж и 88 млн. ТДж, а на 2020 г. — 130 млн. ТДж и 120 млн. ТДж. Фриш на 2000 г. дает оценку 3800 млн. т у. ТДж), но отмечает, что две французские фирмы дают еще более высокие цифры. Таким образом, оценки суммарного потребления колеблются от 88 млн. до 114 млн. ТДж ( 2933 млн. т у.
 

По масштабам потребления первичных энергоресурсов США значительно опережают все другие страны.
 

Эти три основных вида первичных энергоресурсов обладают широкой взаимозаменяемостью, по крайней мере в сфере производства электроэнергии и централизованного теплоснабжения, что определяет достаточно большую свободу выбора между ними на основе сопоставления экономических показателей их добычи, распределения и использования.
 

Большая потенциальная возможность экономии первичных энергоресурсов заложена в эффективном использовании вторичных энергоресурсов ( ВЭР): физической теплоты печных и технологических газов, сбросных жидкостей, теплоты сгорания отходов химических производств, энергии избыточного давления продуктов и сырья химических производств. Во всех химико-технологических системах ( ХТС) сведение к минимуму использования первичных энергоресурсов и, наоборот, к максимуму использования ВЭР должно происходить без какого-либо снижения качества получаемой продукции.
 

Для темпов мирового потребления первичных энергоресурсов ( ПЭР) за 1900 — 2000 гг. характерно следующее: за первые 40 лет этого столетия ( 1900 — 1940 гг.) потребление ПЭР увеличилось в 3 5 раза, за последующие 30 лет ( 1940 — 1970 гг.) — еще в 3 55 раза и в последние 30 лет ( 1970 — 2000 гг.) — в 1 8 раза.
 

Неуклонной тенденцией мирового потребления первичных энергоресурсов является изменение его структуры в сторону роста доли высокоэффективных источников энергии — нефти и газа при снижении доли угля.
 

Несмотря на большое разнообразие первичных энергоресурсов и видов вырабатываемой энергии, энергетика бывшего СССР развивалась планомерно в сочетании с топливной базой как единый топливно-энергетический комплекс.
 

Основу топливно-энергетического баланса СССР составляют первичные энергоресурсы, к которым относится органическое топливо — твердые горючие ископаемые, нефть и природный газ.
 

Геотермальная энергия в Рейкьявике и солнечные батареи для Берлина

Отдельные города по всему миру также стремятся стать климатически нейтральными. По данным CDP, из более чем 570 городов мира, по которым ведется статистика, более 100 получают по крайней мере 70% электроэнергии из возобновляемых источников — энергии воды, геотермальной, солнечной и ветровой энергии.

В списке присутствуют такие города, как Окленд, Найроби, Осло, Сиэтл, Ванкувер, Рейкьявик, Порту, Базель, Богота и другие.

Например, Берлингтон (штат Вермонт, США) уже получает 100% электроэнергии от ветра, солнца, воды и биомассы. Вся электроэнергия Рейкьявика производится за счет гидроэлектростанций и геотермальных источников. К 2040 году весь общественный и личный транспорт столицы должен стать свободным от ископаемого топлива.

100% энергии из возобновляемых источников для швейцарского Базеля обеспечивает собственная энергоснабжающая компания. Большая часть электроэнергии поступает от гидроэнергетики и 10% — от ветра. В мае 2017 года Швейцария проголосовала за постепенный отказ от атомной энергетики в пользу ВИЭ.

Зеленые и умные: четыре прорывных эко-квартала в городах Европы

Мировые столицы также не остаются в стороне. Например, Сенат Берлина утвердил план мероприятий по развитию солнечной энергетики в столице Германии «Masterplan Solarcity». В соответствии с общей стратегией развития города Берлин должен стать климатически нейтральным к 2050 году. В конце 2018 года в Берлине работали солнечных электростанций, которые покрывали 0,7% потребления электроэнергии, к 2050 году 25% энергопотребления города будут обеспечиваться за счет солнечной энергетики.

«Мы продвигаем расширение возобновляемых источников энергии в Берлине. Сейчас на рассмотрении Сената столицы находятся два законопроекта. Закон о солнечной энергии обязывает владельцев частных домов устанавливать солнечные системы на крышах. Законопроект Администрации по окружающей среде и климату сделает использование солнечной энергии в общественных зданиях обязательным уже в 2023 году. Это радикально сократит выбросы CO₂ в Берлине», — рассказала руководитель фракции «Зеленые» в берлинском Сенате Зильке Гебель.

Основные определения и классификация ВЭР

Вторичные энергетические ресурсы (ВЭР) – энергетический потенциал продукции, отходов, побочных и промежуточных продуктов, образующихся в технологических агрегатах (установках), который не используется в самом агрегате, но может быть частично или полностью использован для энергоснабжения других потребителей. Рациональное использование ВЭР является одним из крупнейших резервов экономии топлива, способствующим снижению топливо- и энергоемкости промышленной продукции. ВЭР могут использоваться непосредственно без изменения вида энергоносителя для удовлетворения потребности в топливе и теплоте или с изменением энергоносителя путем выработки теплоты, электроэнергии, холода или механической работы в утилизационных установках. По виду энергии ВЭР разделяются на три группы (рис. 5):

• горючие (или топливные) ВЭР;
• тепловые ВЭР;
• ВЭР избыточного давления (транспортировка природного газа).

Рис. 5. Классификация ВЭР

К горючим ВЭР относятся:

• горючие отходы процессов химической и термохимической переработки углеродистого или углеводородного сырья (метановодородная фракция производства этилена, Х-масла производства капролактама, отходы гидролизного производства; отходы целлюлозно-бумажной промышленности; отходы от производства аммиака и другие);
• горючие газы плавильных печей, доменный газ, лигнин гидролизного производства, сульфатные и сульфитные щелока целлюлозно-бумажной промышленности, сивушные масла, отработанные нефтепродукты и другие горючие ВЭР (рис. 6);
• древесные отходы (лесосечные отходы, стволовая древесина, кора и древесная гниль, отходы деревообработки (опилки, щепа и др.));
• сельскохозяйственные отходы (солома и ботва растений);
• городской мусор.

Рис. 6. Схема использования горючих газов металлургического производства

К тепловым ВЭР относятся физическое тепло продукции, отходов, побочных и промежуточных продуктов, образующихся в технологических агрегатах (установках), которое не полностью утилизируются в самом агрегате-источнике ВЭР, но используется или может быть использовано для теплоснабжения других потребителей.

В этом качестве используется теплота:

• уходящих дымовых газов топливопотребляющих установок (рис. 7);
• отходящих газов технологических установок;
• избыточное тепло жидких и газообразных продукционных потоков;
• конденсата, не подлежащего возврату на котельные и ТЭЦ;
• охлаждающей воды, в том числе и в системах оборотного водоснабжения;
• организованные вентиляционные выбросы;
• сточные воды и другие.

Рис. 7. Схема вторичного использования теплоты отходящих газов

Дизельные электростанции

Для работы дизельных электростанций, которые называют ДЭС, используются различные виды жидкого топлива. Основой системы является дизель-генератор, включающий в себя дизельный двигатель, электрический генератор, системы смазки и охлаждения, пульт управления.

Данные установки применяются как альтернативные в отдаленных районах, где являются основными источниками электроэнергии. Как правило, подведение стационарных ЛЭП в такие места экономически не выгодно. Кроме того, дизельные электростанции служат аварийными или резервными источниками питания, когда потребители не должны отключаться от электроснабжения.

Виды дизельных электростанций могут быть стационарными (4-5 тысяч кВт) и мобильными (12-1000 кВт). Благодаря небольшим размерам, они могут размещаться в небольших зданиях и помещениях. Эти станции постоянно готовы к пуску, а сам процесс запуска не занимает много времени. Большинство функций установок автоматизировано, а остальные легко переводятся в автоматический режим. Основным недостатком дизельных станций является привозное горючее и все мероприятия, связанные с его доставкой и хранением.

Ядерная энергия

Ядерная энергия

Международное агентство по атомной энергии оценивает оставшиеся ресурсы урана равным 2500 ZJ. Это предполагает использование реакторов-размножителей , которые способны производить больше делящегося материала, чем они потребляют. По оценкам МГЭИК, в настоящее время доказанные экономически извлекаемые запасы урана для реакторов с прямоточным топливным циклом составляют всего 2 НДж. Окончательно извлекаемый уран оценивается в 17 НДж для прямоточных реакторов и 1000 НДж для реакторов репроцессинга и реакторов-размножителей на быстрых нейтронах.

Ресурсы и технологии не ограничивают способность ядерной энергетики способствовать удовлетворению спроса на энергию в 21 веке. Однако политические и экологические опасения по поводу ядерной безопасности и радиоактивных отходов начали ограничивать рост этого энергоснабжения в конце прошлого века, особенно из-за ряда ядерных аварий . Опасения по поводу распространения ядерного оружия (особенно плутония, производимого реакторами-размножителями) означают, что международное сообщество активно противодействует развитию ядерной энергетики такими странами, как Иран и Сирия .

Хотя в начале 21 века уран является основным ядерным топливом во всем мире, другие виды топлива, такие как торий и водород, исследуются с середины 20 века.

Запасы тория значительно превышают запасы урана, и, конечно, водород в изобилии. Многие также считают, что его легче получить, чем уран . В то время как урановые рудники закрыты под землей и поэтому очень опасны для горняков, торий добывается из открытых карьеров, и, по оценкам, его примерно в три раза больше, чем урана в земной коре.

С 1960-х годов торий сжигали на многочисленных объектах по всему миру .

Термоядерная реакция

Альтернативы для производства энергии путем синтеза водорода изучаются с 1950-х годов. Никакие материалы не могут выдерживать температуры, необходимые для воспламенения топлива, поэтому его необходимо ограничивать методами, не использующими никаких материалов. Магнитное и инерционное удержание являются основными альтернативами ( Cadarache , термоядерный синтез с инерционным удержанием ), оба из которых являются горячими темами исследований в первые годы 21 века.

Сила термоядерного синтеза — это процесс, приводящий в движение солнце и другие звезды. Он генерирует большое количество тепла за счет плавления ядер изотопов водорода или гелия, которые могут быть получены из морской воды. Теоретически тепло можно использовать для производства электроэнергии. Температура и давление, необходимые для поддержания плавления, делают процесс очень трудным для контроля. Теоретически Fusion может поставлять огромное количество энергии при относительно небольшом загрязнении окружающей среды. Хотя и Соединенные Штаты, и Европейский союз, а также другие страны поддерживают исследования в области термоядерного синтеза (например, инвестируют в установку ИТЭР ), согласно одному отчету, неадекватные исследования остановили прогресс в исследованиях в области термоядерного синтеза за последние 20 лет.

1.2 Роль и значение ТЭК для экономики и внешней торговли России

Топливно-энергетический комплекс тесно связаны со всей промышленностью страны. На использование (добычу, транспорт, перерарботку) ТЭР расходуется более 20% всех денежных средств.

На отрасли занятые использованием ТЭР приходится 30% основных фондов и 30% стоимости промышленной продукции России. Предприятия ТЭК используют 10% продукции машиностроительного комплекса, 12% продукции металлургии, потребляет 2/3 труб в стране, дает больше половины экспорта РФ и значительное количество сырья для химической промышленности .

Топливно-энергитические ресурсы — важнейший экспортный товар России, обеспечивающий основную долю валютных поступлений, формирующий бюджет нашей страны, поддерживающий ее авторитет на международной арене.

Рис.2.Доля энергоресурсов в товарной структуре экспорта России

Нефть важнейший продукт потребления на внутреннем рынке. Потребление нефти внутри РФ оценивается долей около 60%

Нефть основное сырье, для нефтеперерабатывающей, нефтехимической и химической промышленности, продукты первичной переработки нефти (мазут) — важное сырье для топливной промышленности

Кроме этого нефть важнейший экспортный товар для России, от которого во много зависит наполняемость федерального бюджета (рисунок 3).

Рис.3 Динамика экспорта нефти из России

Россия — крупнейший в мире экспортёр газа, на её долю приходится более 20% мировых межгосударственных поставок.

Экспорт природного газа из РФ впервые за последние годы сократился — на 2,1% по сравнению с 2005 г.; он составил 182,8 млрд. куб. м, или около 31% добытого (рисунок 4).

Рис.4 Динамика экспорта газа из России

Россия входит в число лидеров по экспорту угля на мировой рынок, поставляя его в 45 стран мира.

Так и энергетического, занимая третье место по объёмам экспорта угля в мире после Австралии и Индонезии. С 1999 г.

российский экспорт угля неуклонно растёт, в 2006 г. он увеличился очень существенно — на 18%, превысив 90 млн. т. . Более 80% российского угольного экспорта составляют угли Кузнецкого бассейна, отличающиеся высоким качеством. В мировом объеме экспорт российского угля составляет около 12%.

В 2006 г. российский экспорт вырос более чем на 9 % и составил, 7,36 млн. т.