Ресурсы энергии природных процессов. Классификация топливно-энергетических ресурсов. Виды возобновляемых энергоресурсов

Основой энергетического хозяйства общества, источником и энергоносителей, и, следовательно, собственно энергии являются энергоресурсы, что, очевидно означает краткое название энергетических ресурсов. Энергетический ресурс-это носитель энергии, который используется в настоящее время или может быть использован в перспективе.

Все энергоресурсы делятся на первичные и вторичные. Первичные ресурсы есть результат природных процессов. Первичный энергоресурс- это энергоресурс, который не был подвергнут никакой переработке. Это энергия, которая содержится в природных источниках и может быть преобразована во вторичную (электрическую, тепловую, механическую) энергию.

К первичным энергоресурсам относится природное топливо, а также энергия солнца, ветра, водных ресурсов, биомассы и др.

Энергоресурсы можно также разделить на топливные и нетопливные. Первичные энергоресурсы могут быть возобновляемые и невозобновляемые.

Возобновляемые природные ресурсы это такие объекты, о восстановлении запаса которых заботится сама природа. Многие из них практически не зависят от того, в какой мере общество вовлекает их в хозяйственный оборот: солнечная энергия, гидроресурсы, ветер. Есть и другие - такие, использование которых ведет к уменьшению их запаса в краткосрочном и даже достаточно длительном времени. Пример - биомасса. Они, однако, могут рассматриваться как возобновляемые в длительной перспективе .

Невозобновляемые энергоресурсы это такие ресурсы, запас которых принципиально исчерпаем, - минеральное топливо, уран.

Если коротковолновое излучение связано с прямым отражением солнечной радиации, то длинноволновое излучение является результатом природных процессов и техногенной деятельности человека.

Вторичный энергоресурс (ВЭР) (внутренний энергоресурс) - это энергоресурс, получаемый в виде побочного продукта основного производства или являющийся таким продуктом (отходы производства). Это энергетический потенциал отходов продукции, побочных и промежуточных отходов, образующихся в технологических установках (системах), который не используется в самой установке, но может быть частично или полностью использован для энергоснабжения других установок. К вторичным энергетическим ресурсам относятся все переработанные иные или преобразованные виды топлива, а также побочная энергия производственных процессов или процессов в сфере потребления может быть утилизирована и использована вторично. Эта категория включает продукты нефтепереработки, облагороженное топливо, а также отработанный пар, отходы тепла, горячие газы. Следуя этой логике, ко вторичным энергоресурсам следует отнести также сберегаемую энергию.

Энергетические ресурсы

(a. energy resources; н. Energieressourcen; ф. ressources energetiques; и. recursos energeticos ) - все доступные для пром. и бытового использования разнообразных видов энергии: механической, тепловой, химической, электрической, ядерной.
Tемпы науч.-техн. прогресса, интенсификация обществ. произ-ва, улучшение условий труда и решение мн. социальных проблем в значит. мере определяются уровнем использования Э. p. Pазвитие Топливно-энергетического комплекса и энергетики является одной из важнейших основ развития всего совр. материального произ-ва.
Cреди первичных энергоресурсов различают невозобновляемые (невоспроизводимые) и возобновляемые (воспроизводимые) Э. p. K числу невозобновляемых Э. p. относятся в первую очередь органич. виды минерального топлива, добываемые из земных недр: , природный газ, горючие сланцы, др. битуминозные г. п., . Oни используются в совр. мировом x-ве в качестве топливно-энергетич. сырья особенно широко и, поэтому, нередко наз. традиционными Э. p. K возобновляемым (воспроизводимым и практически неисчерпаемым) Э. p. относятся гидроэнергия (гидравлич. энергия рек), a также т.н. нетрадиционные (или альтернативные) источники энергии: солнечная, ветровая, энергия внутреннего тепла Земли (в т.ч. геотермальная), тепловая энергия океанов, и отливов. Oсобо должна быть выделена ядерная или атомная энергия, относимая к невозобновляемым Э. p., т.к. её источником являются радиоактивные (преим. урановые) руды. Oднако co временем, c постепенной заменой атомных электростанций (АЭС), работающих на тепловых нейтронах, атомными электростанциями, использующими реакторы- размножители на быстрых нейтронах, a в будущем термоядерную энергию, ресурсы ядерной энергетики станут практически неисчерпаемыми.
Быстрое развитие мировой энергетики в 20 в. опиралось на широкое использование минерального (ископаемого) топлива, особенно нефти, природного газа и угля, добыча к-рых до cep. 70-x гг. была сравнительно недорогой и в техн. отношении доступной. Доля нефти и газа в мировом потреблении Э. p. достигала 60% и доля угля - св. 25% (в 1950 доля угля составляла 50%). Cледовательно, св. 85% суммарного потребления Э. p. в мире в тот период приходилось на невозобновляемые ресурсы органич. топлива и лишь ок. 15% - на возобновляемые ресурсы (гидроэнергия, дровяное топливо и др.). C 70-x гг., когда сложность и стоимость добычи нефти и газа стали резко увеличиваться в связи c исчерпанием или значит. сокращением их запасов в легкодоступных м-ниях, появилась необходимость их жёсткой экономии и строго ограниченного использования в качестве топлива. Гл. областью применения ресурсов нефти и газа как ценнейшего технол. сырья стала хим. и нефтехим. пром-сть, в т.ч. произ-во синтетич. материалов и моторных топлив. Bажным первичным энергоресурсом для электроэнергетики становится в кон. 20 в. и в перспективе ядерная энергетика. B cep. 80-x гг. на атомных электростанциях мира было выработано св. 12% всей электроэнергии, произведённой на планете, a в нач. 21 в. её доля в мировом электробалансе увеличится ещё в 2-2,5 раза. Большая роль в произ-ве электроэнергии принадлежит гидроэнергетич. ресурсам, источником к-рых является постоянное течение рек; в cep. 80-x гг. на долю гидроэлектростанций приходилось 23% всей электроэнергии, выработанной в мире. Значительно возрастает роль и таких возобновляемых нетрадиционных Э. p., как солнечная энергия (энергия солнечной радиации, поступающей на поверхность Земли), энергия внутреннего тепла самой Земли (в первую очередь геотермальная энергия), тепловая энергия Mирового ок. (обусловленная большими перепадами темп-p между поверхностными и глубинными слоями воды), энергия морских и океанич. приливов и энергия волн, ветровая энергия, энергия биомассы, основой к-рой является механизм фотосинтеза (биоотходы c. x-ва и животноводства, пром. органич. отходы, использование древесины и древесного угля). Пo имеющимся прогнозам, доля возобновляемых Э. p. (гидроэнергетических и перечисленных нетрадиционных) достигнет в 1-й четв. 21 в. примерно 7-9% в мировом суммарном использовании всех видов первичных энергоресурсов (св. 20-23% будет приходиться на атомную ядерную энергию и ок. 70% сохранится за органич. топливом - углём, газом и нефтью).
Для сопоставления тепловой ценности разл. видов топливно-энергетич. ресурсов используется расчётная единица, называемая Условным топливом. Г. A. Mирлин.

Горная энциклопедия. - М.: Советская энциклопедия . Под редакцией Е. А. Козловского . 1984-1991 .

Смотреть что такое "Энергетические ресурсы" в других словарях:

энергетические ресурсы - Невозобновляемые минеральные вещества, возобновляемые органические ресурсы и ряд природных процессов (энергия текущей воды, ветра, приливов и пр.), используемые для получения энергии. Syn.: топливноэнергетические ресурсы … Словарь по географии

Запасы энергии в природе, которые могут быть использованы в хозяйстве. К Э. р. относятся различные виды топлива (каменный и бурый угли, нефть, горючие газы и сланцы и др.), энергия падающей воды, морских приливов, ветра, солнечная, атомная.… … Географическая энциклопедия

энергетические ресурсы - Все, что общество может использовать в качестве источника энергии (Термины Рабочей Группы правового регулирования ЭРРА). [Англо русский глосcарий энергетических терминов ERRA] EN energy resources Everything that could be used by society as a… … Справочник технического переводчика

На протяжении тысячелетий основными видами используемой человеком энергии были химическая энергия древесины, потенциальная энергия воды на плотинах, кинетическая энергия ветра и лучистая энергия солнечного света. Но в 19 в. главными источниками… … Энциклопедия Кольера

энергетические ресурсы - energijos ištekliai statusas Aprobuotas sritis Energetika apibrėžtis Gamtiniai ištekliai ir (ar) jų perdirbimo produktai, naudojami energijai gaminti ar transporto sektoriuje. atitikmenys: angl. energy resources vok. Energieressourcen rus.… … Lithuanian dictionary (lietuvių žodynas)

топливно-энергетические ресурсы - топливно энергетические ресурсы: Совокупность природных и произведенных энергоносителей, запасенная энергия которых при существующем уровне развития техники и технологии доступна для использования в хозяйственной деятельности. Источник …

вторичные топливно-энергетические ресурсы - 37 вторичные топливно энергетические ресурсы; ВЭР: Топливно энергетические ресурсы, полученные как отходы или побочные продукты производственного технологического процесса. Источник: ГОСТ Р 53905 2010: Энергосбережение. Термины и определения… … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

возобновляемые топливно-энергетические ресурсы - 39 возобновляемые топливно энергетические ресурсы: Природные энергоносители, постоянно пополняемые в результате естественных процессов. Источник: ГОСТ Р 53905 2010: Энергосбережение. Термины и определения оригинал документа 3.9.8 возобновляемые … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

вторичные энергетические ресурсы - 2.21 вторичные энергетические ресурсы (reclaimable resource): Материалы искусственного происхождения, отсутствующие в природной среде, которые могут быть возобновлены, переработаны и использованы как вход в техническую энергетическую систему.… … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

Запасы топлива и энергии в природе, которые при современном уровне техники могут быть практически использованы человеком для производства материальных благ. К топливно энергетическим ресурсам относятся: различные виды топлива: каменный и бурый… … Финансовый словарь

Книги

• Водные и энергетические ресурсы "Большой" Центральной Азии. Дефицит воды и ресурсы по его преодолению , Е. А. Борисова. Монография посвящена рассмотрению вопросов, связанных с водными и энергетическими ресурсами в странах Центральной Азии (термин "Большая Центральная Азия" предложен, чтобы включить в поле…

Все материальные ресурсы, используемые в народнохозяйственном комплексе в качестве предметов труда, условно подразделяются на сырьевые и топливно-энергетические. Энергетическим ресурсом называют любой источник энергии, естественный или искусственно активированный. Энергетические ресурсы - носители энергии, которые используются в настоящее время или могут быть полезно использованы в перспективе. Различают потенциальные и реальные топливно-энергетические ресурсы (ТЭР).

Потенциальные ТЭР - это объем запасов всех видов топлива и энергии, которыми располагает тот или иной экономический район, страна в целом.

Реальные ТЭР в широком смысле - это совокупность всех видов энергии, используемых в экономике страны.

Основу классификации энергоресурсов составляет их деление по источникам получения на:

1) природные ТЭР (природное топливо) - уголь, сланец, торф, газ природный и полезный, газ подземной газификации, дрова; природная механическая энергия воды, ветра, атомная энергия; топливо природных источников - солнца, подземного пара и термальных вод;

2) первичные - продукты переработки топлива - кокс, брикеты, нефтепродукты, искусственные газы, обогащенный уголь, его отсевы и т.д.;

3) вторичные энергетические ресурсы, получаемые в основном технологическом процессе - топливные отходы, горючие и горячие газы, отработанный газ, физическое тепло продуктов производства и т.д.

По способам использования первичные энергетические ресурсы подразделяют на топливные и нетопливные; по признаку сохранения запасов - на возобновляемые и невозобновляемые; ископаемые (в земной коре) и неископаемые. - участвующие в постоянном обороте и потоке энергии (солнечная, космическая энергия и т.д.), депонированные энергетические ресурсы (нефть, газ и т.д.) и искусственно активированные источники энергии (атомная и термоядерная энергии).

В экономике природопользования различают валовой, технический и экономический энергетические ресурсы.

Валовой (теоретический) ресурс представляет суммарную энергию, заключенную в данном виде энергоресурса. Технический ресурс - это энергия, которая может быть получена из данного вида энергоресурса при существующем развитии науки и техники. Экономический ресурс - энергия, получение которой из данного вида ресурса экономически выгодно при существующем соотношении цен на оборудование, материалы и рабочую силу. Он составляет некоторую долю от технического и тоже увеличивается по мере развития энергетики.

Основными топливными ресурсами, главными составляющими топливного баланса являются нефть, газ и уголь. За последние десятилетия топливный баланс подвергся коренной реконструкции – из угольного он превратился в нефтегазовый и даже – в газонефтяной. Но в настоящее время по оценкам специалистов, мировые ресурсы угля, нефти, газа существенно сокращаются. Поэтому все активнее обсуждаются вопросы использования новых, нетрадиционных, альтернативных видов энергии. Так, существуют предложения по использованию энергии разложения атомных частиц, искусственных смерчей и даже энергии молнии.

Современный подход к энергетическим ресурсам основан применениям ресурсосберегаемых технологий:

Энергия (Q) солнца (солнечн. батареи);- энергия ветра (ветросиловые установки);- Q течения рек- Q морских приливов и отливов- Q гейзеров- биотехнологии,- блочные газотрубинные электростанции - газовые электроустановки (газотрубинный двигатель)- паровые установки,- бензино-газовые электростанции,- Q за счёт применения вторичного сырья.

Газотрубинные теплоэлектростанции по сравнению с существующими паротрубинным установками имеют удельный расход топлива ≈ в 2 раза меньше, т.е. снижается себестоимость тепловой энергии, потери в сетях (ближе к потребителям), ухудшается экология, снижается капитальные затраты.

Одним из наиболее необычных видов использования отходов человеческой деятельности является получение электроэнергии из мусора.

Кроме замены традиционных источников энергии альтернативными, существуют проекты по созданию экологически чистых и сбалансированных городов и деревень будущего. Основой для их создания будут служить применение экономичных материалов, а также оптимальный режим использования энергии, который смогут поддерживать с помощью компьютерных программ.

Энергетический ресурс - это запасы энергии, которые при данном уровне техники могут быть использованы для энергоснабжения. Это широкое понятие относится к любому звену «энергетической цепочки», к любой стадии энергетического потока на пути от природного источника стадии потребления энергии.

Энергоресурсы классифицируются в зависимости от целей и задач классификации. Если за основу взять стадии энергетического потока, то рассматривать следующие виды энергетических ресурсов, энергии энергоносителей:

- природные энергетические ресурсы , которые, в свою очередь подразделяются на: топливные: органическое топливо-уголь, нефть, газ, сланцы, торф, дрова и некоторые другие (например, битуминозные пески); расщепляющиеся материалы (ядерное горючее) – уран 235 и 238; нетопливные: гидроэнергия, энергия Солнца, ветра, приливов, морских волн, геотермальная энергия и некоторые другие виды (например, энергия разности температурных потенциалов океанских глубин и поверхности);

- облагороженные (обогащенные) энергоресурсы : брикеты, концентраты, сортовой уголь, промпродукт, шлам, отсев;

- переработанные энергоресурсы : светлые нефтепродукты, мазуты, прочие темные нефтепродукты, кокс, полукокс, коксовая мелочь, уголь древесный, смола, антрацит;

- преобразованные энергетические ресурсы : электроэнергия, лота, сжатый воздух и газы (азот, кислород, водород, аргон, оксид, углерода и др.), генераторный газ, коксовый газ, сланцевый газ, газ нефтепереработки, биогаз и некоторые другие (например, жидкое топливо, получаемое из низкокачественных углей);

- побочные (вторичные) энергоресурсы : горючие производственные и непроизводственные отходы (твердые, жидкие, газообразные); тепловые отходы (преимущественно жидкие и газообразные); избыточное давление продуктов и промежуточных продуктов (переделов).

Мировые запасы топливно-энергетических ресурсов . Учет мировых запасов топливно-энергетических ресурсов и перспективы их использования представляют собой глобальную проблему, постоянно заботящую мировую научную общественность. Европейское объединение независимых экспертов «Римский клуб», готовит периодические доклады о путях развития человечества, где существенное место занимают топливноэнергетические вопросы. Так, в 70-е годы XX в. в связи с энергетическим кризисом 1972 г. общие мировые запасы органических топлив с учетом экономически оправданной извлекаемости оценивались (с округлением) всего в 1 трл.т (в условном исчислении). Если принять за основу перспективных расчетов тенденции прошлого - удвоение суммарного мирового энергопотребления каждые 20 лет, то при потреблении в 2000 и последующих годах (при стабилизации потребления) по 20 млрд, т этих запасов должно было бы хватить всего на 50 лет, т. е., считая от 1980 г., только до 2030 г.

Следует отметить, что аналогичные опасения возникали у человечества также в начале XX века, когда прогнозировалась исчерпаемость топливных запасов (преимущественно угля) к 60-м годам. Однако тогда мировая энергетика находилась на другом, значительно более низком уровне развития и соответственно значительно хуже были исследованы топливные месторождения, а некоторые из них вообще еще не были открыты. Тогда мировая общественность впервые задумалась о поиске новых видов энергии для будущего удовлетворения своих постоянно растущих потребностей. Именно тогда были предложены многие из известных сегодня альтернативных, так называемых «возобновляемых» видов энергии: солнечная, геотермальная, энергия ветра, приливов и отливов, движения волн, разница термического потенциала поверхности и глубин мирового океана и многое другое .

При дополнительных исследованиях и уточнениях после 1980 г. во время своеобразной «инвентаризации» мировых запасов цифры стали более оптимистичными - природного органического топлива должно хватить на весь XXI в. Однако все эти прогнозы, как и в начале века, дали ощутимый толчок к поиску возобновляемых энергоресурсов, альтернативных органическому топливу.

По данным ЮНЕСКО в недрах Земли содержится 10 16 т (10 10 Гига-тонн - Гт; 1 Гт = 1 млн. т) ископаемого углерода. К сожалению, не весь он легко или рентабельно добываем.

Уголь является после дров самым широко применяемым видом природного органического топлива. Известные, доступные для разработки, запасы угля оцениваются в 600 Гт (примерно в 4 раза больше добытого). Возможно, что запасы угля на Земле достигают 10 000Гт. Предполагается, что 2500 Гт из них доступны для разработки.

Нефть , по оценкам ЮНЕСКО, использована примерно на 1/3 от уровня и доступных для разработки мировых запасов. Доказанные запасы составляют 884 Гт, однако в конечном счете пригодными для добычи могут оказаться около 300 Гт. В последние годы открываются или уточняются по запасам месторождения нефти общим объемом около 5 Гт ежегодно, т.е. больше, за год. Предполагается, что в настоящее время достигнут максимум добычи нефти, после чего ее мировое производство и потребление начнут снижаться.

Природный газ к настоящему использован примерно на 40 % его известных запасов, около 590 Гт, причем его извлекаемость больше, чем у нефти, и составить также примерно 300 Гт. Максимум производства и потребления ожидается в 2010 г., когда его потребление в 3- раза превысит существующее.

Горючие сланцы и битуминозные пески - наименее эффективные виды ископаемого органического топлива. Из них, правило, добывается нефть, причем значительная часть добываемого сырья составляет пустая порода. Так, в бывшем СССР ежегодно перерабатывалось 35 млн. тонн сланцев, из которых извлекалось около 12 т нефти.

Доказанные на по оценкам 70-80-х годов XX в. составляют примерно 900 млрд. т в пересчете на угольный эквивалент (с теплотой сгорания 6000 ккал/кг). В числе: уголь - 600 млрд.т, нефть - 200 млрд.т, газ - 100 млрд.т; потребление энергии в год - 5 млрд.т. Позже мировые запасы несколько переоценены, и современные цифры, особенно по запасам угля, существенно выше.

Среди возобновляемых источников энергии наиболее существенными признаются следующие.

Геотермальная энергия . Каждый квадратный метр поверхности Земли постоянно излучает около 0,06 Вт-слишком малая величина, чтобы ее мог ощутить человек. Однако в целом планета ежегодно теряет около 2,8- 10 14 кВт ч. При таких темпах Земля должна бы остыть до температуры космического пространства через 200 млн. лет. Но тот факт, что Земле уже 4,5 млрд. лет, означает, что энергия поступает изнутри нее, и именно от нагрева в результате радиоактивного распада определенных изотопов в горных породах земной коры, находящихся порой на значительной глубине. Известно понятие геотермический градиент : температура земных недр возрастает на 30°С с увеличением глубины на 1 километр. В некоторых районах геотермическая активность усиливает этот эффект и температура может повышаться до 80°/км. Однако пар геотермального происхождения имеет температуру выше 300 °С, что ограничивает эффективность его использования. Таким образом, геотермальная энергия - это фактически разновидность ядерной энергии.

В настоящее время действует около 20 геотермальных электростанций мощностью от нескольких МВт до 500 МВт каждая. Их общая мощность около 1,5 ГВт (1 ГВт = 10 3 МВт = 10 6 кВт). В среднем одна буровая скважина, пробуренная на нужную глубину (от сотен метров до километра в зависимости от характера земной коры), может дать около 5 MВт, и срок ее действия-10 - 20 лет.

Приливные волны Мирового океана несут около 3 ТВт знергии (1 ТВт = 10 12 Вт= 10 9 кВт= 10 6 МВт = 10 3 ГВт). Однако ее получение рентабельно лишь в нескольких районах планеты, где приливы особенно высоки, например, в некоторых районах Ла-Манша и Ирландского моря вдоль побережья Северной Америки и Австралии и на отдельных участках Белого и Баренцева морей.

По техническим причинам приливные станции работают лишь на 25 % своей нормативной мощности, так что из общего потенциала 80 ГВт может быть использовано лишь 20 ГВт. Несколько лет действует одна из самых крупных приливных электростанций близ Ла-Ранс (Франция) проектной мощностью 240 МВт, которая при довольно небольших затратах производит 60 МВт.

Волны Мирового океана содержат еще около 3 ТВт энергии. Обычная волна в Северном море несет 40 кВт энергии на каждый метр длины на протяжении 30 % времени своего существования и около 10 кВ на метр в течение 70 % времени. Расчетные данные о том, какую энергию можно получить от волн, сильно расходятся. Согласно одним - это 100 ГВт во всем мире, по другим - 120 ГВт можно получить лишь у берегов Англии. Несколько экспериментальных прототипов волновых энергетических установок построено в Англии и Японии.

Дующие на Земле ветры обладают энергией в 2700 ТВт, но лишь 1/4 часть их находится на высоте до 100 метров над поверхностью Земли. Если на всех континентах построить ветряные установки, беря в расчет только поверхность суши и учитывая неизбежные потери, то это может дать максимум 40 ТВт. Однако даже 1/10 часть этой энергии превышает весь гидроэнергетический потенциал. При использовании энергии ветра человечество столкнулось с неожиданными проблемами. В США на побережье Флориды были сооружены мощные ветряки с диаметром лопастей свыше 3-х метров. Оказалось, что эти установки генерируют довольно мощное излучение неслышимого инфразвука, который, во-первых удручающе действует на человеческую психику, а во-вторых, резонирует естественные колебания таким образом, что на расстоянии нескольких километров дрожат и лопаются стекла в домах, стеклянная посуда, люстры и т.п. Изменение (уменьшение) диаметра ветряных установок пока не дало положительных результатов, так что дальнейшее сооружение подобных генераторов является проблематичным.

Гидроэнергия . На Земле имеется 10 18 т воды, однако лишь 1/2000 часть ее ежегодно вовлекается в круговорот, испаряясь и вновь выпадая на поверхность в виде дождя и снега. Но даже эта ничтожная доля составляет 500 000 км 3 воды. Ежегодно из океанов испаряется 430 000 и с суши 70 000 км 3 воды. Из них 390 000 км 3 воды выпадает в виде осадков обратно в океаны и 110 000 - на сушу. Таким образом, ежегодно 40 000 км 3 воды стекает с континентов в океаны. Средняя высота континентов - 80 м.

Энергетический потенциал гидроресурсов, использовать который экономически целесообразно, в России составляет порядка 1 трлн. кВт ч/год, в том числе на больших и средних реках около 850 млрд. кВт.ч/год. По этому показателю мы занимаем второе место в мире после Китая (табл. 2.1).

Таблица 2.1. Использование гидроэнергетического потенциала

Страна	Экономический гидроэнергетический потенциал, млрд. кВт.ч/год	Выработка электроэнергии на ГЭС, млрд. кВт.ч/год	Доля использованного экономического потенциала
Китай		92,0	7,0
США		330,0	46,8
Бразилия		165,4	25,2
Канада		304,3	56,9
Индия		51,0	27,6
Япония		91,5	69,3
Норвегия		106,5	81,9
Швеция		64,9	76,4
Франция		71,6	89,5
Италия		44,5	70,6
Россия		160,1	18,8

Тепловая энергия океанов . мировой океан поглощает 70% солнечной энергии, падающей на Землю. В океанских течениях заключено 5-8 Твт энергии. Перепад температур между холодными водами на глубине несколько сот метров и теплыми водами на поверхности океана представляет собой огромный источник энергии, оцениваемый в 20-40 тыс.ТВт, из которых практически могут быть освоены лишь 4 ТВт.

Солнечная энергия . Энергетическая отдача Солнца равнозначна сжиганию или превращению в энергию массы в количестве 4,2-10 6 т/с. Учитывая, что общая масса Солнца составляет 22 10 26 т, можно подсчитать, что Солнце будет продолжать выделять энергию еще в течение 2000 млрд. лет. Земля, находящаяся от Солнца на расстоянии 150 млн. км, получает приблизительно 2 миллиардные доли общего излучения Солнца. Общее количество энергии Солнца, достигающей поверхности Земли за год, в 50 раз превышает всю ту энергию, которую можно получить из доказанных запасов ископаемого топлива, и в 35 000 раз превышает нынешнее ежегодное потребление энергии в мире. Из общего количества энергии отражение от поверхности Земли - 5 %, отражение облаками - 20 %, поглощение самой атмосферой - 25 %, рассеивается в атмосфере, но достигает земли - 23 %, достигает земли непосредственно 27%, всего на поверхности Земли - 50 %. Среднее количество солнечной энергии, попадающей в атмосферу Земли, 1,353 кВт/м 2 или 178000 ТВт. Гораздо меньшее ее количество достигает поверхности Земли, а доля, которую можно использовать, еще меньше. Среднегодовая цифра составляет 10 000 ТВт, что примерно в 1000 раз превышает нынешнее потребление энергии в мире. Максимальное солнечное облучение достигает 1 кВт/м 2 , но это длится лишь в течение 1-2 ч в разгар летнего дня. В большинстве районов мира среднее облучение солнечным светом составляет порядка 200 Вт/м 2 .

Один из методов получения солнечной энергии заключается в нагреве парового котла турбины с помощью системы зеркал, собирающих солнечный свет. Солнечная электростанция мощностью 10 МВт потребует около 2000 рефлекторов площадью по 25 м 2 каждый. Другой путь - использование фотоэлементов, которые непосредственно преобразуют солнечную энергию в электричество, обычно с КПД 10-15 %. Небольшие установки мощностью 250-1000 кВт существуют, однако они дороги из-за высокой стоимости фотоэлементов. При массовом производстве таких установок есть надежда сократить затраты до уровня, при котором станет осуществимой электрификация изолированных поселений с помощью фотоэлементных установок.

Солнечное топливо . Около 90 % солнечной энергии, накопленной на поверхности Земли, сосредоточено в растениях. Общее количество такой энергии - около 635 ТВт-лет, что примерно равно количеству энергии, содержащейся в наших запасах угля.

Однако сегодня для энергетического использования низкокалорийного древесного и древовидного топлива нецелесообразно его прямое сжигание. На базе низкокачественной древесины, древесных отходов, горючего мусора, фекальных стоков и отбросов цивилизации возникла и развивается биоэнергетика, позволяющая с помощью бактерий, в том числе анаэробных, перерабатывать органическую массу в топливо, преимущественно - в метан.

Оценивая современное и перспективное использование нетрадиционных источников энергии, мировая научная общественность сходится на следующих цифрах (табл. 2.2).

Таблица 2.2. Современное и прогнозируемое использование и возобновляемых источников энергии в мире, млрд. кВт.ч

Источник	Современное использование	Начало ХХI в.
Солнце	2-3	2000-5000
Геотермальная энергия		1000-5000
Ветер		1000-5000
Приливы	0,4	3-60
Энергия волн
Тепловая энергия океанов
Биомасса	550-700	2000-5000
Древесное топливо	10 000-12 000	15 000-20 000
Древесный уголь		2000-5000
Торф
Тягловые животные	30 (в Индии)
Горючие сланцы
Битуминозные пески
Гидроэнергия
Итого (округленно):	12 000- 13 000	30 000-53 000

Общая картина добычи и производства различных видов первичной энергии и энергетических ресурсов в будущем приведена в табл. 2.3.

Таблица 2.3. Варианты производства первичной энергии в мире в 1975-2030 гг., ТВт - год в год.

ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ РЕСУРСЫ

Энергия - всеобщая основа природных явлений, ба­зис культуры и всей деятельности человека. В то же вре­мя энергия понимается как количественная оценка раз­личных форм движения материи, которые могут превра­щаться одна в другую. По видам энергия подразделяется на химическую, механическую, электрическую, ядерную и т. д. Возможная для практического использования че­ловеком энергия сосредоточена в материальных объек­тах, называемых энергетическими ресурсами.

Из многообразия энергоресурсов, встречающихся в природе, выделяют основные, используемые в боль­ших количествах для практических нужд. К ним отно­сят органические топлива, такие, как уголь, нефть, газ, а также энергию рек, морей и океанов, солнца, ветра, тепловую энергию земных недр (геотермальную) и т. д.

Энергоресурсы разделяют на возобновляемые и невозобновляемые. К первым относят энерго­ресурсы непрерывно восстанавливаемые природой (вода, ветер и т. д.), а ко вторым - энергоресурсы, ранее на­копленные в природе, но в новых геологических условиях практически не образующиеся (например, каменный уголь).

Энергия, непосредственно извлекаемая в природе (энергия топлива, воды, ветра, тепловая энергия Земли, ядерная), называется первичной. Энергия, получаемая человеком после преобразования первичной энергии на специальных установках - станциях, называется вторич­ной (энергия электрическая, пара, горячей воды и т. д.). В своем названии станции содержат указание на то, какой вид первичной энергии на них преобразуется. На­пример, тепловая электрическая станция (сокращенно ТЭС) преобразует тепловую энергию (первичную) в эле­ктрическую энергию (вторичную), гидроэлектростанция (ГЭС) -энергию воды в электрическую, атомные элект­рические станции (АЭС) -атомную энергию в электри­ческую; кроме того, первичную энергию приливов преобразуют в электрическую на приливных электростанциях (ПЭС), аккумулируют энергию воды - на гидроаккумулирующих станциях (ГАЭС) и т. д.

Получение энергии необходимого вида и снабжение ею потребителей происходит в процессе энергетиче­ского производства, в котором можно выделить пять стадий.

1. Получение и концентрация энергетических ресур­сов: добыча и обогащение топлива, концентрация напо­ра с помощью гидротехнических сооружений и т. д.

2. Передача энергетических ресурсов к установкам, преобразующим энергию; она осуществляется перевозка­ми по суше и воде или перекачкой по трубопроводам во­ды, газа и т. д.

3. Преобразование первичной энергии во вторичную, имеющую наиболее удобную для распределения и по­требления в данных условиях форму (обычно в элект­рическую энергию и тепловую).

4. Передача и распределение преобразованной энер­гии.

5. Потребление энергии, осуществляемое как в той форме, в которой она доставлена потребителю, так и в преобразованной.

Если общую энергию применяемых первичных энер­горесурсов принять за 100%, то полезно используемая энергия составит только 35-40%; остальная часть теря­ется, причем большая часть - в виде теплоты (рис. 1.1).

Потери энергии определяются существующими в на­стоящее время техническими характеристиками энерге­тических машин.

Различные виды энергоресурсов неравномерно рас­пределены по районам Земли, по странам, а также внут­ри стран. Места их наибольшего сосредоточения обычно не совпадают с местами потребления, что наиболее за­метно для нефти. Больше половины всех мировых запа­сов нефти сосредоточено в районах Среднего и Ближнего Востока, а потребление энергоресурсов в этих районах в 4-5 раз ниже среднемирового. В этой ситуации важно создать оп­тимальные межгосударственные потоки энергоресурсов и продуктов их переработки и максимально использовать запасы энергоресурсов, расположенные вблизи от основ­ных потребляющих районов.

Концентрация потребления энергоресурсов в наибо­лее развитых странах привела к такому положению (рис. 1.2), когда 30% населения в мире потребляет 90% всей вырабатываемой энергии, а 70% населения - только 10% энергии. При этом примерно 3 / 4 установленной мощности электростанций и мирового производства электроэнергии приходится всего на 10 наиболее промышленно развитых стран.

Рис. 1.1. Схемы использования энергии:

а - механической энергии и теплоты, доставленных потребителям; б - энер­гетических ресурсов

Наблюдается тенденция увеличения неравномер­ности потребления энергетических ресурсов. Так, свыше половины населения земного шара, проживающего в раз­вивающихся странах, потребляют менее 100 кВт*ч элект­роэнергии, приходящейся на одного человека при средне­мировом показателе, близком к 1500 кВт*ч.

Рис. 1.2. Характеристики мирового потребления энергоре­сурсов:

максимальное и минимальное потребление энергии на душу населения

Эти цифры характеризуют социальное неравенство, отраженное в неравномерности потребления энергоресурсов. Тенденция к увеличению неравномерности общего потребления энергии в капиталистических странах иллюстрируется.

Несовпадения мест сосредоточения и потребления энергоресурсов вызывают необходимость их транспорти­ровки. Энергия может передаваться в различной форме (рис 1.3). Например, можно перевозить нефть и уголь от месторождений до крупных промышленных центров и городов и затем сжигать их на электростанциях, пре­вращая электрическую энергию в тепловую. Возможен и другой вариант, когда электростанция сооружается вблизи месторождений топлива, а электрическая энергия передается по проводам к удаленным промышленным предприятиям и городам.

Целесообразность передачи на расстояние тех или иных носителей энергии определяется их энергоемкостью, под которой понимается количество энергии приходя­щееся на единицу массы физического тела. Среди при­меняемых энергоносителей наибольшей энергоемкостью обладают радиоактивные изотопы урана и тория: 2 22 ГВт-ч/кг (8-Ю 12 Дж/кг). Вследствие огромной энергоемкости атомного топлива практически не сущест­вует проблемы транспорта его на расстояние, так как для работы мощных электрических установок требуются сравнительно малые его количества. Энергоемкость при­меняемого топлива в среднем по всем видам составляет 0,834 кВт*ч/кг (3*10 6 Дж/кг).

Таблица 1.1

Органическое топливо вследствие его специфических свойств и исторически сложившихся условий пока остается основным источником используемой человечеством энергии. Мировые запасы органического топлива приве­дены в табл. 1.1. Запасы топлива, имеющего различную энергоемкость, удобно выражать в условном топливе.

Топливо по своей природе относится к невозобновляемым источникам энергии, так как оно запасено в далекие доисторические эпохи и практически не восполня­ется.

Оценки запасов орга­нического топлива колеб­лются в широких преде­лах в зависимости от учи­тываемых условий его за­легания и возможностей добычи. Прогнозные, или геологические, запасы топ­лива, получаемые на ос­нове теоретического предсказания, существенно больше. В табл. 1.1 при­ведены округленные оцен­ки запасов топлива на планете и соответствующие им периоды времени, в течение которых топливо может быть использовано полностью. При этом, если геологические запасы топлива принять за единицу, то достоверные за­пасы оказываются в 2 раза меньше, а запасы, которые можно извлечь с учетом современных технических и эко­номических возможностей,- в 4 раза меньше.

Рис. 1.4. Графики роста мирового продукта и энергопотребления

Потребление энергоресурсов быстро растет, что вы­зывается непрерывным увеличением мирового промыш­ленного производства (рис. 1.4). Предполагается, что к 2000 г. потребление энергоресурсов составит 160-240 тыс. ТВт-ч (что соответствует условному топливу массой 20-30 млрд. т). Оставшихся после 2000 г.

Рис. 1.5. Графики изменения во времени мирово­го потребления различных энергетических ресур­сов, выраженных в условном топливе (фактиче­ское и ожидаемое)

Мировых запасов энергоресурсов без учета возможностей ядерной и термоядерной энергетики, видимо, хватит еще на 100- 250 лет. Эти данные, конечно, ориентировочны, однако все же они дают некоторую картину будущего. На рис. 1.5 приведены данные о мировом потреблении важ­нейших энергоносителей.

Общее мировое производство энергоресурсов, приве­денных к условному топливу, в 2000 г. составило около 20 млрд. т. В его структуре ведущее значение имеют нефть и газ, доля которых составляет 3 / 5 всего про­изводства энергоресурсов; 1/5 приходится на ядер­ное горючее; оставшуюся часть составляют твердые топли­ва (рис. 1.6).

Рис. 1.6. Структура мирового потребления топливно-энерге­тических ресурсов

Значительные изменения в структуре мирового топ­ливно-энергетического баланса произошли в 60-е годы.

Увеличилось относительное потребление жидкого и газо­образного топлива. Так, в 1970 г. доля нефти в общем мировом потреблении энер­гии составила 46%, а при­родного газа - 20 %.

До конца текущего сто­летия основной прирост энергопотребления будет обеспечиваться за счет при­родного газа, угля и ядерной энергии. В начале XXI в. ожидается увеличение доли возобновляемых источников энергии, таких, как энергия солнца, ветра, тепловая энергия земных недр и др. По предварительным оценкам, на долю таких источников энергии, включая ядерную, будет приходиться около 40% суммарного производства первичных энергоресурсов в СССР. Поэтому уже сейчас в нашей стране ведутся интенсивные теоретические и экспериментальные иссле­дования по эффективному освоению практически неис­черпаемых возобновляемых источников энергии.

Данные, оценивающие технические и экономические возможности использования энергии, меняются со вре­менем. Поэтому прогнозы, построенные на основе этих данных, следует рассматривать как ориентировочные, которые должны периодически корректироваться.

Интересно проследить эволюцию потребления раз­личных видов энергии начиная с доисторических времен (рис. 1.7, а). Мускульная энергия человека и животных, иногда называемая «биологической» энергией, некогда была единственным источником энергии. В настоящее время она составляет величину, меньшую 1% от общего потребления энергии (на рис. 1.7 не показана). Доля мускульной энергии будет уменьшаться и в дальнейшем. Это свидетельствует о том, что высокий уровень разви­тия производительных сил позволил человеку почти пол­ностью переложить на машины усилия по изготовлению необходимой продукции. Для того чтобы машины могли выполнять такую работу, человек на основе познанных им и практически используемых законов природы дол­жен был привести в действие огромные мощности, при­ложив их к средствам труда. Эти мощности современных орудий труда стали неизмеримо превышать ту макси­мальную мощность, кото­рая могла быть получена за счет биологических ис­точников.

Рис. 1.7. Характеристики энергетических ре­сурсов Земли и их использование:

а - схема исторического изменения различных ви­дов энергии, потребляемой человеком; б - диаграммы потребления различных источников первичной энергии в США; в - структура потребления энерго­ресурсов в СССР; г - структура использования в народном хозяйстве СССР органического топлива и ядерной энергии; д-прогноз мирового потребления горючих полезных ископаемых

Рис. 1.7. Продолжение

Первыми источниками теплоты были различные органические остатки и древесина. Древесина на протяжении длительного периода, вплоть до XVI в., была основным энергоно­сителем. Впоследствии, по мере относительно быстрого освоения других, более энер­гоемких источников энергии (угля, нефти), сокращалось потребление древесины, использование которой в каче­стве энергоносителя до 2000 г. практически полностью прекращено.

Среди доступных энергоресурсов наибольшая доля приходится на уголь (75-85%); значительны запасы нефти (10-15%) и газа (5-10%); все остальные энер­горесурсы в совокупности составляют менее 2%.

В начале XX в. уголь занимал наибольшую долю от всех используемых энергоресурсов. По мере увеличе­ния потребности в нефти, газе доля угля в выработке электроэнергии уменьшалась. На рис. 1.7,6 показана динамика потребления различных энергоресурсов в США, а на рис. 1.7, в - в СССР. Использование энер­гетических ресурсов для различных технических и тех­нологических нужд в СССР иллюстрируется рис. 1.7, г.

Начало 70-х годов характеризуется выравниванием потребления таких энергоресурсов, как уголь, нефть и газ, а в некоторых странах даже уменьшением (в аб­солютных цифрах) добычи угля.

Прогноз расходования мировых запасов органическо­го топлива (рис. 1.7, д) неоднократно служил поводом

Рис. 1.7. Продолжение

для высказываемых в западных странах опасениях об «энергетическом голоде», «тепловой смерти» и т. д., якобы ожидающих человечество. Однако для таких мрачных предсказаний нет оснований. Напротив, можно полагать, что на смену органическому топливу, запасы которого действительно уменьшаются, придут новые эф­фективные источники энергии и в первую очередь ядер­ная энергия, получаемая при делении тяжелых и синте­зе легких элементов. Органическое топливо будет приме­няться как ценное сырье для химической и фармацев­тической промышленности.

Разумное сочетание различных энергоресурсов и пла­новое развитие энергетики несомненно позволили бы избежать тех трудностей, приобретающих иногда катастрофический характер, которые возникли в начале 70-х годов в ряде капиталистических стран. Эти трудности, получившие в западных капиталистических странах и в США название энергетического кризиса, были вызваны многолетним хищническим использованием международ­ными монополиями сырьевых ресурсов стран и континен­тов. Так, международный нефтяной картель, состоящий из семи монополий (пять из которых американские), практически полностью контролировал добычу нефти в странах Арабского Востока и прочно захватил домини­рующие позиции на рынках государств - потребителей нефти. Этот картель в целях извлечения максимальных прибылей тормозил работы по использованию других видов энергии. В странах Западной Европы сокращалась добыча каменного угля, закрывались шахты, часто не­оправданно придерживалось развитие атомной энерге­тики.

Монополии, картели не останавливались ни перед какими средствами, чтобы сохранить свои позиции. В ряде стран, например, они давали огромные взятки, чтобы провалить законы о национализации энергетики (США) или дискредитировать и затормозить программу строительства атомных станций (Италия) и т. д.

Ориентация энергетики на нефть, дававшая монопо­лиям огромные прибыли, требует в перспективе значи­тельного увеличения ее добычи. В то же время, начиная с 1973 г., страны - производители нефтистали требо­вать все большую долю прибылей: они повысили на нее закупочные цены и заявили о намерении держать при­рост добычи нефти в определенных пределах, поставив тем самым развитые капиталистическиестраны перед необходимостью пересмотра их энергетической полити­ки. При этом в некоторых планах предусматривалось развитие атомной энергетики. Однако такого рода пере­ориентация энергетической политики сопряжена с мно­гими трудностями, такими, как необходимость получе­ния ядерного топлива, потребность в дополнительных капиталовложениях (которые трудно изыскать в услови­ях перенапряженных бюджетов развитых стран), недоверие общественного мнения по обеспечению безопасности атомных электростанций, сти­мулируемое конкурирующими фирмами. Между тем, раздуваемая печатью (особенно США) тема энергетиче­ского кризиса явно преувеличена. Все соображения и данные о мировых запасах энергоресурсов следует рас­сматривать как приближенные, так как пока еще недо­статочно изучены земные недра (обследована небольшая часть залежей на суше и практически не изучены ресур­сы топлива под дном Мирового океана), имеется не­удовлетворительного качества статистический материал о залегании энергоресурсов, в различных странах суще­ствуют разные методики учета запасов. В одних случаях исходят из общегеологических запасов, в других - из достоверных, подтвержденных геологической разведкой, в третьих-из запасов, которые могут быть извлечены исходя из экономических, географических, технологиче­ских и прочих условий. Общегеологические запасы топлива планеты оценивались специалистами примерно в 200 млн. ТВт*ч, а далее было показано, что с помощью современных технологических методов можно добыть при оправданных экономических затратах более 28 000 млн. ТВт*ч, что в 380 000 раз превышает современный уро­вень годовой добычи в мире всех видов топлива. Харак­терно то обстоятельство, что, несмотря на быстрое расхо­дование энергоресурсов, их потенциальные запасы по мере проведения разведки не уменьшаются, а увеличи­ваются.

Значительная доля энергетических ресурсов расхо­дуется на электростанциях для выработки электрической энергии, получившей в настоящее время широкое приме­нение.

Суммарная мощность электростанций в мире в на­стоящее время составляет примерно 2 млрд. кВт. На долю СССР приходилось более 300 млн. кВт, что состав­ляет 15% от мощностей электростанций мира или 16% от производства электроэнергии.

В результате технического прогресса, совершенство­вания орудий труда, средств транспорта, использования научных достижений в практических целях человечество освоило огромные электрические мощности, составляю­щие примерно 8-10 млрд. кВт. Если считать, что энер­гетические установки в среднем работают с КПД, равным 0,2, то для полу­чения освоенной полезной мощности требуется из­влекать природные энер­гетические ресурсы с мощ­ностью, равной 40- 50 млрд. кВт (8/0,2 = 40 и 10/0,2=50). Потребляемая

мощность в течение суток и года изменяется. Использование мощности характеризуется графи­ком, показанным на рис.

Рис. 1.8. График использования суммарной мощности энергетиче­ских установок

Заменяя реальный график условным прямоугольни­ком равновеликой площади, получим расчетный пара­метр - продолжительность (время) использования мак­симальной мощности Т м и определим используемую в мире энергию. Ориентируясь на меньший показатель, по­лучим

Э=40 млрд. кВт*5000 ч = 200*10 3 млрд. кВт*ч.

Выразим эту энергию в массе условного топлива.

Так как 1 т такого топлива содержит энергию, рав­ную 8000 кВт*ч, то, следовательно, для приведения в действие энергетических установок в течение года потре­буется

200*10 3 млрд. кВт*ч/8*10 3 кВт*ч/т = 25 млрд. т.

Полагая, что нашу планету населяют 5 млрд. чело­век, получим, что средний расход энергетических ресур­сов, приходящийся на долю каждого человека в течение года:

25 млрд. т/5 млрд. чел. = 5 т.

Инженеру-энергетику необходимо иметь хотя бы общее представление о мировых запасах топлива. Раз­личные виды топлива имеют существенно разные энерго­емкости, величины которых приведены в табл. 1.2.

Таблица 1.2

Рис. 1.9. Оценки мировых запасов угля:

а - на различных континентах; б - перспектива использования

Уголь. Мировые геологические запасы угля, выражен­ные в условном топливе, оцениваются в 12 000 млрд. т, из которых 6000 млрд. т относятся к достоверным. Наглядное представление о мировых запасах угля и перспективах их использования дает рис. 1.9. Наиболь­шими достоверными запасами располагают СССР и США. Значительные достоверные запасы имеются в ФРГ, Англии, КНР и ряде других стран. Современная техника и технология позволяют экономически оправданно добывать лишь 50% от всех достоверных запасов угля.

В энергобалансе СССР в начале 70-х годов произо­шли существенные изменения: ископаемые угли времен­но уступили занимаемое ими ранее первое место нефти и газу. Однако роль угля в снабжении народного хозяй­ства нашей страны источниками энергии в перспективе исключительно велика. Углепромышленные бассейны имеются в пределах РФ (Печорский, Кузнецкий, Канско-Ачинский, Иркутский, Подмосковный. Запасы угля мирового масштаба находятся в Во­сточной и Западной Сибири. Среди подсчитанных общих геологических запасов углей в СССР более 90% состав­ляют энергетические угли и менее 10%-дефицитные коксующиеся угли, необходимые для металлургии. Энер­гетические угли большой массы (202 млрд. т) имеются на площадях, пригодных для открытой разработки. Это, например, Канско-Ачинский бассейн в Восточной Сиби­ри, где имеются запасы бурых углей в мощных (от 20 до 40 м) пластах, залегающих на глубине менее 200 м от поверхности, и многие другие.

Более 90% общесоюзных запасов углей находится на территории, расположенной к востоку от Урала, а 60% добываемого в СССР угля потреблялось на Урале и в западных районах. Между тем, добыча угля в европей­ской части нашей страны достигает 50% от общей добы­чи. Перспективно использование запасов угля, располо­женных за Уралом. Особенно богато угольными бассей­нами пространство между Тургайской низменностью и озером Байкал до 60° с. ш., прилегающее к Сибирской и Южно-Сибирской магистралям.,это Кузнецкий, Минусинский, Кан­ско-Ачинский, Иркутский, Нерюнгринский и многие другие бассейны. В местах разработок полезных иско­паемых создаются новые промышленно-экономические районы и центры.

Дальность перевозки каменных углей из Казахстана на Урал и в Поволжье и полная нерентабельность транспортировки на значительное расстояние рыхлых и высокозольных сибирских бурых углей, а также нере­шенность задачи сверхдальней передачи электроэнергии заставляют обратить особое внимание на расширение площадей с энергетическими углями в старых углепро­мышленных районах и поиски новых месторождений на западе РФ. В этом отношении перспективны Донецкий и Печорский бассейны, обладающие реальными для ос­воения запасами энергетических углей.

Каменный уголь состоит из остатков флоры, существовавшей на Земле в геологические эпохи задолго на нашего времени. В ка­менноугольный период жизни поверхность планеты была обильно покрыта растениями. Многие из современных растений, такие, на­пример, как папоротники, в ту эпоху имели намного большие раз­меры. Каменный уголь образовался после отмирания растений и покрытия их осадочными породами.

Растения в период жизни запасают химическую энергию, пре­вращая за счет энергии солнечных лучей углекислоту и воду в ра­створимые углеводы, откладывая их в виде клетчатки в стволах и ветках. Белковые вещества в растениях получаются синтезом неор­ганических азотсодержащих веществ, поступающих из почвы, и органических веществ, выработанных за счет энергии Солнца. По выражению акад. П. П. Лазарева «...химическая энергия, запасен­ная в древесных породах, есть превращенная энергия Солнца» .

Если дерево сжечь в присутствии кислорода с образозанием углекислоты, воды и первоначальных азотистых соединений, то полученная при этом теплота будет отвечать энергии, доставленной растению Солнцем.

При сгорании каменного угля выделяется примерно 8,14 кВт*ч/кг (29,3 МДж/ /кг) энергии.

Нефть. Оценка миро­вых запасов нефти в на­стоящее время представ­ляет особый интерес. Это вызвано быстрым ростом ее потребления и тем, что во многих странах (Япо­нии, Швеции к др.) нефть при производстве электроэнергии вытеснила уголь (в последнее время этот процесс приостановился). На транспорте за счет нефти в настоящее время удовлетво­ряется свыше 90% мирового потребления энергии.

Рис. 1.10. Примерный состав каменного угля

Мировые геологические запасы нефти оцениваются в 200 млрд. т, из которых 53 млрд. т составляют достовер­ные запасы. Более половины всех достоверных запасов нефти расположено в странах Среднего и Ближнего Во­стока. В странах Западной Европы, где имеются высоко­развитые производительные силы, сосредоточены отно­сительно небольшие запасы нефти.

Оценки достоверных запасов нефти по своей природе динамичны. Их величина изменяется по мере проведения разведок новых месторождений. Геологические разведки, осуществляемые в широких масштабах, приводят, как правило, к увеличению достоверных запасов нефти. Все имеющиеся в литературе оценки запасов являются ус­ловными и характеризуют только порядок величин.

Быстрый рост потребления нефти определяется в ос­новном четырьмя причинами:

1) развитием транспорта всех видов и в первую оче­редь автомобильного и авиационного, для которых жид­кое топливо пока незаменимо;

2) улучшением показателей добычи, транспортировки и использования (по сравнению с твердым топливом);

3) стремлением в кратчайшие сроки и с минималь­ными затратами перейти к использованию природных энергетических ресурсов;

4) стремлением в промышленно развитых странах получить возможно большие прибыли за счет эксплуата­ции нефтяных месторождений развивающихся стран.

Несоответствие между расположением нефтяных ресурсов и местами их потребления или центрами про­изводительных сил привело к бурному прогрессу в раз­витии средств транспортировки нефти, в частности к созданию трубопроводов большого диаметра (больше 1м) и танкеров большой грузоподъемности.

Нефть была известна еще древним грекам и римлянам, которые называли ее питтолиумом. В VI в. до н. э. горючие газы, выделяю­щиеся из нефтяных источников на Апшеронском полуострове, дали повод к обожествлению вечного огня, в честь которого сооружа­лись храмы. Примерно в то же время жидкую нефть, разлитую по берегам Каспийского моря, использовали для освещения и лечения кожных болезней. В древности нефть, вытекающую из трещин в земле и нефтяных скважин, собирали в специальные ямы, из кото­рых она впоследствии забиралась для хозяйственных нужд.

По мере увеличения потребности в нефти, примерно с XVI в., стали вырывать специальные глубокие колодцы, откуда черпали нефть. Месторождения нефти представляют собой пористые пласты песчаника или известняка, пропитанные жидкостью. Сооружение колодцев в те времена было делом опасным. Колодец необходимо было рыть до пропитанного нефтью пласта, по мере приближения к которому нефтяные газы просачивались в колодец и делали не­возможным дыхание. Один из таких колодцев на Апшеронском полуострове сохранил надпись о том, что он сооружен в 1594 г.

С помощью колодцев нефть добывали до XIX в. Первая в мире нефтяная скважина пробурена в 1848 г. Ф. А. Семеновым в урочи­ще Биби-Эйбат на берегу Каспийского моря.

Нефть представляет собой бурую жидкость, содержащую в растворе газообразные и легколетучие углеводороды. Она имеет своеобразный смоляной запах. При перегонке нефти получают ряд продуктов, имеющих важное техническое значение: бензин, керосин и смазочные масла, а также вазелин, применяемый в медицине и парфюмерии.

Чтобы объяснить происхождение нефти, ученые пользовались результатами опытов, при которых производилось нагревание до высоких температур растений и остатков животных без доступа воздуха. В результате такого нагревания, называемого сухой пере­гонкой, образовывались углеводороды, сходные с углеводородами, заключающимися в нефти.

Предполагалось, что в древние времена существовавшие и умершие флора и фауна были покрыты осадочными породами на дне морей и океанов, которые образовались при опускании земной поверхности. Можно допустить, что опускание земной поверхности происходило до больших глубин, где органические остатки под дей­ствием теплоты Земли превращались в нефть. Такое воззрение со­ставляет основу биолого-геологической теории образования нефти, подтвержденной многочисленными исследованиями.

Природный газ. Мировые геологические запасы газа оцениваются в 140-170 трлн. м 3 . Распределение запа­сов газа по странам и районам приведено в табл. 1.4. Эти цифры следует рассматривать как весьма прибли­женные, изменяющиеся по мере проведения разведок.

Нефть и газ нужны не столько как энергетическое сырье, сколько как сырье для химической промышлен­ности. В настоящее время известно более 5000 синтети­ческих полезных продуктов, получаемых из нефти и газа, и число их ежегодно увеличивается. Однако пока только 3-5% от добытых запасов перерабатывается как химическое сырье. Нефтяные и газовые месторождения открываются на глубине и оцениваются только бурением глубоких скважин. Затраты на бурение составляют более 70% от затрат, расходуемых на проведение геоло­горазведочных работ.

Гидроэнергетические ресурсы. Гидроэнергия на Зем­ле оценивается величиной 32 900 ТВт*ч в год. Около 25% этой энергии по техническим и экономическим ус­ловиям может использоваться для практических нужд. Эта величина примерно в 2 раза превышает современ­ный уровень ежегодной выработки электроэнергии всеми электростанциями мира. В табл. 1.5 содержатся данные о гидроэнергетических ресурсах в различных странах. В большинстве развитых капиталистических стран доля гидроэлектростанций в выработке электроэнергии сни­жается, что обусловлено освоением других наиболее эко­номичных энергоресурсов и использованием гидростан­ций преимущественно в пиковых режимах.

Гидроэнергетический потенциал рек Советского Союза велик-4000 млрд. кВт*ч (среднего­довая мощность рек равна 450 млн. кВт), что составляет 12% от потенциала рек земного шара. В нашей стране широкое использование гидроэнергетических ресурсов впервые было предусмотрено в 1920 г. Ленинским пла­ном электрификации России (ГОЭЛРО). По этому пла­ну намечалось строительство 10 крупных по тому време­ни гидроэлектростанций (Волховская, Днепровская, Свирская и др.) с установленной мощностью 640 МВт. К 1941 г. мощность всех гидроэлектростанций составила 1,4 ГВт. В военные годы широко развернулось строи­тельство ГЭС в Средней Азии, а в послевоенные (до 1966 г.)- в северо-западных районах (Кольский полу­остров, Карелия, Ленинградская область и Эстонская ССР), в Закавказье, а также на Волге, Каме и Днепре.

В конце этого периода было начато строительство круп­нейших гидростанций в Сибири (Братской, Краснояр­ской, Усть-Илимской, Саяно-Шушенской).

В соответствии с основными направлениями разви­тия электроэнергетики нашей страны в 1986 г. выработ­ка электроэнергии на гидроэлектростанциях составила 230-235 млрд. кВт-ч при установленной мощности гид­роэлектростанций 65 млн. кВт.

Уникальные запасы гидроэнергии сосредоточены на реках Ангаре и Енисее; на них будет построено более 10 крупнейших ГЭС общей установленной мощностью 60 млн. кВт, среди которых предполагается сооружение Среднеенисейской и Туруханской станций с агрегатами до 1 млн. кВт установленной мощности.

Вода океанов и морей, испаряясь под действием солнечной ра­диации, конденсируется в высоких слоях атмосферы в виде капе­лек, собирающихся в облака. Вода облаков падает в виде дождя в моря, океаны и на сушу или образует мощный снеговой покров гор. Дождевая вода дает начало рекам, питающимся подземными источниками. Круговорот воды в природе происходит под влиянием солнечной радиации, благодаря которой появляются на­чальные процессы круговорот испарение воды и движение обла­ков. Таким образом, кинетическая энергия движущейся в реках воды есть, образно говоря, освобожденная энергия Солнца.

В отличие от невозобновляемой химической энергии, запасенной в органическом топливе, кинетическая энергия движущейся в реках воды возобновляема - на гидроэлектростанциях она превращается в электрическую энергию.

Энергия приливов и отливов. В последние годы повысился интерес научной и инженерной общест­венности к проблемам широкого использования энергии солнечной радиации, ветра, геотермальной энергии, а также приливной и термальной энергии Мирового океа­на. Явления приливов и отливов связаны главным обра­зом с положением Луны на небосклоне. Солнце также влияет на приливы и отливы, однако эффект его влияния примерно в 2,6 раза меньше. В течение лунных суток, т. е. за 24 ч 50 мин, дваж­ды наблюдается повышение и понижение уровня воды в морях и океанах. Амплиту­да колебаний уровня воды в различных точках земного шара зависит от широты и характера берега континента. Ее вели­чина может быть значительной: так, око­ло Магеланова пролива зарегистрирова­на амплитуда колебаний уровня воды 18 м, а около берегов Америки - 21 м. Приливы и отливы могут на многие ки­лометры, как, например, во Франции, ме­нять границу воды и суши.

В закрытых морях (Каспийском, Чер­ном) эффекты приливов и отливов прак­тически незаметны. Максимального уров­ня приливная волна достигает в тех слу­чаях, когда Земля, Луна и Солнце находятся на одной прямой (рис. 1.11).

Рис. 1.11. По­ложения Солн­ца, Луны и Земли, влияю­щие на прили­вы

Приведенные рассуждения следуют из тех пояснений, которые дал на основе гравитационной теории Ньютон. Вкратце они сводят­ся к следующему. Пусть на Землю в направлении ЬВ (рис. 1.12) действует сила притяжения Луны, которая создает ускорение Зем­ли из, направленное по прямой ЬВ. Ускорение воды, находящейся в зоне А, больше ускорения Земли, а ускорение воды, находящейся в зоне В, меньше ускорения Земли. Различие в ускорениях приво­дит к смещению массы воды, которое в преувеличенном виде пока­зано на рис. 1.12. При вращении Земли выпуклости воды переме­щаются относительно поверхности, создавая трение, называемое приливным и приводящее К замедлению вращения Земли. По отно­шению к атмосфере, окружающей Землю, также справедливы при­веденные рассуждения. Как показали исследования, в атмосфере действительно существуют прилив­ные волны. Энергия приливов по­стоянностью своего проявления выгодно отличается от энергии (стока) рек, существенно завися­щей от атмосферных факторов, носящих вероятностный характер. Об использовании энергии при­ливов еще издавна мечтал чело­век. Сотни лет назад на побережье Европы и Северной Америки со­оружались приливные мельницы. Некоторые из них и сейчас рабо­тают в Англии и во Франции. Водяные колеса таких мельниц уста­навливались при входе в бассейн и приводились во вращение те­чением воды.

Рис. 1.12. Характер распреде­ления воды по поверхности Земли под действием Луны

В настоящее время сооружено несколько мощных электростанций, использующих энергию приливов. Одна­ко большая стоимость таких станций и трудности, свя­занные с неравноме