Розділ 6: Енергоносії та промислова сировина на їх основі

§1. Значення, проблеми та перспективи використання енергоносіїв. Особливості енергетичного комплексу в Україні. Загальна характеристика паливних ресурсів.

Як і в окремих живих організмів, первинною потребою цивілізації є потреба в енергії, яка задовольняється шляхом використання енергоносіїв. На різних стадіях розвитку людство надавало перевагу різним енергоносіям - деревині, торфу, вугіллю тощо, які можливо було добувати у даній місцевості з найменшими затратами (сьогодні їх називають місцеві енергоносії, в окремих країнах вони використовуються понад 100 років і залишаються поширеними). Ринок енергоносіїв економічно розвинених країн орієнтується на нафту, продукти її перероблення та природний газ, хоча до 1970-х р. до енергоносіїв однаково вагомо входили кам’яне і буре вугілля та антрацит. Частка вугілля, деревини, торфу та ін місцевих енергоносіїв у світовому балансі постійно зменшується, а нафти, нафтопродуктів та природного газу - зростає. Слушно зауважити, що ринкова довговічність та історична тривалість тенденції зростання значення нафти і газу як провідних енергоносіїв залежить від ряду об’єктивних факторів, серед яких найважливіші - співвідношення цих енергоносіїв і вугілля.

Поняття енергоносії є складовою поняття ресурси

Товарний ринок енергоносіїв потрібен насамперед державі, яка, створюючи інфраструктуру енергетичного комплексу, має певну мету - податкову службу цікавить визначення об'єктивної ціни (бази податків з обороту); Міненергетики зможе краще вирішувати проблему забезпечення внутрішнього ринку енергоносіями - завантаження нафтопереробних заводів, завезення енергоносіїв, забезпечення паливом електростанцій тощо; антимонопольний комітет зацікавлений у здоровій конкуренції, МВС - у відсутності злочинності і відмивання грошей у сфері роздрібного продажу нафтопродуктів. Останнім часом у посткомуністичних країнах ініціатива створення ринку енергоносіїв (насамперед нафти) виходила не тільки від держави, але і від незалежних нафтових компаній. Звичайно, автори кожного проекту не в останню чергу намагаються вирішити власні проблеми. Основними перешкодами для розвитку ринку нафти і нафтопродуктів в Україні сьогодні є монополізація регіональних ринків вертикально інтегрованими національними компаніями (ВІНК), низька (порівняно з економічно розвиненими країнами) платоспроможна потреба (попит), високий ступінь криміналізації сфери роздрібного продажу нафтопродуктів. Не секрет, що великі компанії навмисно занижують внутрішньокорпоративні ціни (ціни реалізації нафти посередникам, дочірнім переробним заводам) для зменшення бази оподаткування. Відомо, що ВІНК потрібна для уникнення сплати податків; володіючи ділянками нафтопроводів, нафтосховищами і нафтопереробними заводами, ВІНК найчастіше диктують малим виробникам умови транзиту і постачання нафти, а транзитні тарифи, стягнуті ВІНК за прокачування “чужої” нафти через свої нафтопроводи, значно вищі. Ці фактори перешкоджають нормальному розвитку внутрішнього ринку нафти в РФ (основного сьогодні постачальника нафти в Україну) і національного ринку нафти в Україні, яка за цим енергоносієм значно залежна від РФ.

.

Сьогодні основне джерелом енергії - це хімічна енергія палива: із природного добувного палива одержують 80% споживаної енергії. Паливо - це речовина, яка при спалюванні виділяє значну кількість тепла і є джерелом отримання енергії. До палива сьогодні відносять речовини, які відповідають вимогам: достатність і доступність в природі самої паливної речовини чи сировини для її отримання; можливість спалювання при достатньому ступені використання одержуваного тепла; нешкідливість продуктів згорання для обслуговуючого персоналу, довкілля та апаратури; економічна доцільність. За певними ознаками і відповідними властивостями паливо поділяють на види.

За характером використання паливо умовно поділяють на енергетичне (для отримання тепло- і електроенергії) і технологічне (для плавильних, обпалювальних і інших печей і сировини для хімічної промисловості). Сьогодні все частішим є комплексне енергетичне використання палива (з палива спочатку виділяють цінні речовини - сировину для хімічної промисловості; залишковий продукт використовують як енергетичне паливо - напівкоксування, переробка горючих сланців тощо.

За максимальною температурою повного згорання паливо поділяють на високі (понад 2000⁰С - природній газ, нафтопродукти, кам'яне вугілля) і низькі (менше 2000°С - буре вугілля, торф, дрова) жаровиробники. Паливо складається з горючої і негорючої частин. У твердому паливі горюча частина має 5 основних елементів: вуглець, водень, сірку, кисень і азот; перші три беруть участь в горінні; азот і кисень складають внутрішній паливний баласт. Негорючою частиною (зовнішній баласт) є неорганічні речовини, що переходять після спалювання в золу та вологу. Зола - мінеральний залишок повного згорання палива (оксиди магнію, кальцію, калію, заліза тощо). Тугоплавка зола (понад 1425°С) є сипкою масою, що легко видаляється; легкоплавка (нижче 1200°С) - твердий залишок (шлак), що має вигляд суцільної злиплої маси або окремих шматків. Присутня у паливі волога поділяється на зовнішню (попадає в паливо з довкілля; вміст до 30%; видаляється висушуванням) і внутрішню (гігроскопічну - адсорбована поверхнею частинок палива, і гідратну – є у складі молекул, хімічно зв'язана). Знання елементарного складу палива необхідне для визначення його маси. Вид палива умовно характеризують робочою, аналітичною, сухою, органічною і горючою масою. Паливо, добуте з надр і доставлене до споживача, характеризують робочою масою. Якщо паливо містить тільки гігроскопічну вологу - його характеризують аналітичною (повітряно-сухою) масою. Маса палива є суха (видалена вся волога), горюча (видалені зола і волога), органічна (видалені волога, зола і сірка; містяться тільки вуглець, водень, кисень і азот).

Основною характеристикою палива є теплота згорання (в Дж, КДж (система СІ) або в калоріях (1 кал = 4,1868 Дж). Теплота повного згорання 1 кг твердого і рідкого або 1 м³ газоподібного палива при t=20⁰С і тиску 760 мм рт. ст., називається питомою теплотою згорання (кДж/кг; кал/г; ккал/кг; кДж/м³; ккал/м³), позначається Q чи q. Розрізняють питому теплоту згорання палива:

- нижчу - кількість теплоти від повного згорання 1 кг/м³ палива без врахування теплоти конденсації водяної пари (вода, утворена при згоранні палива, є в газоподібному стані);

- вищу - кількість теплоти від повного згорання 1 кг/м³ палива, без врахування теплоти, витраченої на випаровування вологи (вода, утворюена при згоранні, є в рідкому стані).

Теплота згорання окремих видів палива визначається за елементним складом (теоретично) або точніше експериментально (в калориметрах). Для співставлення чи взаємозамінності різних видів палива є поняття "умовне паливо" (має теплоту згорання 7000 ккал/кг, або 29307 кДж/кг) і "паливний еквівалент". Відносна теплова цінність різних видів палива оцінюється порівняно з умовним паливом паливними еквівалентами – калорійним (Е_к) і технічним (Е_т). Е_к - це відношення нижчої теплоти згорання робочої маси палива до теплоти згорання умовного палива. Формули розрахунку цих еквівалентів мають практичне значення для визначення потреби у паливі:

Е_к=Qph/Qy; Е_т = Qрп/Qуу

де Q ph - нижча питома теплота згорання робочої маси,

Q y - теплота згорання умовного палива (7000 ккал/кг);

Q рп - ККД паливовикористовуючої установки,

Q уу - ККД умовної паливовикористовуючої установки.(КПД приймається = 1)

За агрегатним станом паливо поділяється на тверде, рідке і газоподібне.

За походженням паливо є природне і штучне (одержане переробкою природного). Природне паливо є рослинне (в основному деревне) і копалинне (викопне -добувається з надр землі: викопне вугілля, торф, горючі сланці, нафта, природні і попутні гази); штучне паливо це кокс, напівкокс, брикети, деревне вугілля, бензин, мазут, зріджений, доменний, коксівний гази і ін.

За масштабамим використання є паливо загального і місцевого значення (далекі перевезення його недоцільні; це буре вугілля, торф, горючі сланці, відходи лісової і деревообробної промисловості, промислові гази.

За поведінкою при нагріванні паливо є теплостійке (кокс, деревне вугілля) і нетеплостійке (дрова, торф, сланці, кам'яне вугілля),

За можливістю відтворення в природі паливо є відновлюване (деревина) і не відновлюване (практично усі інші види).