Тема 2. Виды энергетических ресурсов

• Понятие энергетических ресурсов и их классификация.

• Возобновляемые и невозобновляемые ресурсы.

• Основные источники энергии.

2.1. Понятие энергетических ресурсов и их классификация.

Практически вся энергия, используемая на Земле, поступает к нам от Солнца, за исключением небольшого количества гравитационной энергии взаимодействия Земли с Луной и Солнцем, а также тепловой энергии земной коры, получаемой от раскаленного ядра земли. Под действием солнечных лучей, за счет фотосинтеза, хлорофилл растений разлагает диоксид углерода СО₂, поглощаемый из воздуха, на кислород О₂ и углерод С. Последний накапливается в стволах растений. Уголь, нефть, газ, торф и т.д. - это по сути запасы лучистой энергии Солнца. Энергия воды, ветра - также, в конечном счете, результаты солнечной активности: ветер возникает вследствие неодинакового нагревания поверхности Земли Солнцем, а вода, отдающая свою кинетическую энергию при движении, получает ее при испарении с поверхности озер и океанов под действием солнечной инсоляции.

Все машины, работающие на ископаемом топливе или использующие энергию ветра и воды, а также люди и животные, потребляющие пищу, в конечном счете, получают свое "топливо" от Солнца.

Энергетическим ресурсом называют любой источник энергии, естественный или искусственно активированный, в котором сосредоточена энергия, используемая человеком.

Энергоресурсы можно классифицировать по следующим признакам:

1. По источникам получения ресурсы бывают ─ первичные (природные) и вторичные.

В этом разделе остановимся на классификации первичных энергоресурсов. Классификация вторичных энергоресурсов будет рассмотрена при изложении последующих разделов дисциплины (смотри тему 9).

Первичные энергетические ресурсы в свою очередь разделяются:

2.По способам использования на топливные и нетопливные;

3. по признаку сохранения запасов на возобновляемые и невозобновляемые.

К топливным ресурсам относятся горючие вещества, которые сжигаются для получения тепловой энергии, например, все природные запасы топлив (нефть, газ, уголь, торф и т. п.).

К нетопливным ресурсам относятся источники, материалы или вещества, которые несут в себе энергию, но сжечь их не представляется возможным. Например, солнечная энергия, энергия ветра, энергия водного потока, урановая руда и т. п.

2.2. Возобновляемые и невозобновляемые ресурсы.

Возобновляемые ресурсы (источники энергии) – это ресурсы на основе постоянно существующих или периодически возникающих в окружающей среде потоков энергии. Возобновляемая энергия присутствует в окружающей среде в виде энергии, не являющейся следствием целенаправленной деятельности человека [11].

К возобновляемым энергоресурсам относят энергию: солнца, ветра, различных водных потоков, биомассы, тепловая энергия ядра земли и т.д.

Основным недостатком возобновляемых источников энергии является их низкая интенсивность, плотность энергии составляет от 0,3 кВт/м² и менее. Но это компенсируется широким их распространением, практической неисчерпаемостью и относительно высокой экологической частотой. Такие источники наиболее рационально использовать непосредственно вблизи потребителя без передачи энергии на расстояние.

Учитывая истощаемость природных энергетических ресурсов, использование возобновляемых источников энергии, как альтернативных, во многих странах с каждым годом возрастает. В соответствии с прогнозом, составленным на основании анализа темпов прироста установленной мощности различных видов возобновляемых источников энергии в странах ЕС до 2020 года, доля ветровой энергии будет составлять 16%. Доля солнечной энергии – 21 - 26%, энергия биомасс – 42 - 45%, а доля геотермальной энергии – 7%.

Невозобновляемые ресурсы (источники энергии) – это природные запасы веществ и материалов, которые могут быть использованы человеком для производства энергии. Энергия невозобновляемых источников, в отличии от возобновляемых, находится в природе в связанном состоянии и высвобождается в результате целенаправленных действий человека [11].

К невозобновляемым энергетическим ресурсам относят: каменный уголь, нефть, газ, ядерное топливо и т.п.

Мировые запасы каменного угля оцениваются в 10-12 трлн т. При общем росте уровня энергопотребления к 2015 году в объеме примерно 17 млрд. т У.Т., доля угля в общемировом потреблении энергии предположительно останется стабильной и составит около 31%. К 2025 г. во многих отраслях экономики ожидается замещение угля природным газом, однако реальное снижение его доли в мировом потреблении первичной энергии будет незначительным.

Запасы нефти оцениваются в 191 млрд. т и распределены крайне неравномерно на Земле: на Ближнем и Среднем Востоке (67%), в Африке (12,5%), Юго-Восточной Азии и Дальнем Востоке (3%), Северной Америке (9%), Центральной и Южной Америке (5,5%), Западной Европе (3 %). По уровню добычи нефти в 2005 г. на страны ОПЕК приходится 41,7%, а на Россию – 12,1% от мировой добычи.

Подавляющая часть нефти потребляется в Северной Америке, прежде всего в США, а также в индустриально развитых странах Западной Европы и Японии. В последнее время наращивают темпы потребления нефти КНР и Индия. Доля нефти в мировом потреблении энергии к 2015 году составит 35%.

Запасы природного газа оцениваются в 179,8 трлн. м³ и также распределены в мире неравномерно. Основные разведанные запасы газа в мире сосредоточены в России (26,6%), Иране (14,9%), Катаре (14,3%). Добыча газа в России составляет 21,6%, в США – 19%, Канаде -6,7% от мировой. Потребление газа в 2005 г. составила: в ЕС-25 – 17,1%, доля Китая – 1,7%, Индии – 1,3%. Доля потребления Беларуси – 0,2% по нефти и 0,7% по газу. По оценкам МЭА, природный газ будет самым динамичным видом первичного ресурса и к 2025 г. объемы его потребления увеличатся почти на 70%. Прогнозируется, что уровень потребление природного газа в 2025 году по сравнению с 2001 годом, увеличится с 2,5 до 4,27 триллионов м³, и его доля в мировом потреблении первичной энергии возрастет с 23% до 25%.

В современном природопользовании принята следующая классификация энергетических ресурсов:

• участвующие в постоянном обороте и потоке энергии (солнечная, космическая энергия и т.д.);

• депонированные энергетические ресурсы (нефть, газ, уголь и т.д.);

• искусственно активированные источники энергии (атомная и термоядерная энергии).

В связи с этим выделяют энергетические ресурсы, добавляющие и недобавляющие энергию в биосферу Земли, по сравнению с естественным притоком энергии к планете.

Добавляющие виды ресурсов имеют существенные термодинамические ограничения, пренебрежение которыми может привести к неблагоприятным изменениям климата, вредному потеплению и т.д.

Недобавляющие виды ресурсов значительно безопаснее (хотя и не устраняется местная концентрация энергии) [3].

Мировые запасы энергетических ресурсов принято характеризовать числом лет, в течение которых запасов данного ресурса хватит для производства энергии при современном уровне его потребления. Из доклада комиссии Мирового энергетического совета, запасов угля хватит на 200 лет, газа — на 70 лет, нефти — на 40 лет, а урановой руды – на 85 лет.

Доля различных видов энергетических ресурсов в общемировой выработке первичной энергии на начало XXI века представлена на рисунке 2.1.

В таблице 2.1 приведена структура мирового энергопотребления в последние десятилетия ХХ века. В таблице структура энергопотребления приведена без учета, так называемых, некоммерческих источников энергии – дров, сельскохозяйственных и промышленных отходов и т. п. Как видно из таблицы, после нефтяного кризиса 70 годов, доля нефти в потреблении постепенно уменьшается, а доля природного газа – возрастает.

Рисунок 2.1. Доля различных видов энергетических ресурсов в общемировой выработке первичной энергии (2000 г.),%

^{Таблица 2.1 Структура мирового энергопотребления в 1970 – 2000 гг., %.}

Первичный энергоноситель	1970	1980	1990	2000
Уголь	32,9	30,5	32,0	32,8
Нефть	45,3	44,6	39,4	37,1
Природный газ	19,5	21,4	23,7	24,9
Гидроэнергетика и другие возобновляемые источники энергии (ВИЭ)	2,2	2,3	2,6	3,0
Атомная энергия	0,1	1,2	2,3	2,2
Всего энергоносители	100,0	100,0	100,0	100,0

Источник: Максаковский В.П. Пути развития мировой энергетики // РосТепло. – 2002. №4. – С.2.