1. Понятие энергетические ресурсы.

ЭР – совокупность всех природных и преобразованных видов топлива и энергии, которые используются в национальном хозяйстве. Т.е. совокупность всех видов природных ресурсов, используемых для получения энергии.

2. Классификация, использование и оценка энергетические ресурсов

По возобновляемости: Исчерпаемые природные ресурсы — ресурсы, количество которых ограничено и абсолютно и относительно. Исчерпаемые ресурсы подразделяют на невозобновимые и возобновимые.

K числу невозобновляемых Э. p. относятся в первую очередь органич. виды минерального топлива, добываемые из земных недр: нефть, природный газ, уголь, горючие сланцы, торф. Они 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, энергия приливов и отливов.

Особо должна быть выделена ядерная или атомная энергия, относимая к невозобновляемым Э. p., т.к. её источником являются радиоактивные (преим. урановые) руды. Однако со 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.

По истории использования: классические (чаще углеводородные) и альтернативные.

По происхождению: Биогенные, Абиогенные.

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%).

Следовательно, 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.

Важным 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 увеличилась 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 Мирового 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.

Украина. В пределах территории Украины выделяются 4 нефтегазоносных провинции, состоящие из 11 областей и 35 нефтегазоносных перспективных районов. В дальнейшем рассматриваются три нефтегазоносных региона:

• Восточный (Днепровско-Донецкая впадина и северо-западная часть Донбасса),

• Западный (Волыно-Подольская плита, Прикарпатье, Карпаты и Закарпатье)

• Южный (Причерноморье, Крым и в пределах исключительной экономической зоны Чёрного и Азовского морей).

Государственным балансом Украины учтены запасы нефти, газа и газового конденсата за 323 месторождениями.

Основное их количество (191) сосредоточено в Восточном регионе, 96  – в Западном, 36  – в Южном.

Запасы угля составляют 95,4 % от общего объема запасов органического топлива на Украине.

На 1 января 2001 г. подсчитано начальных добывающих ресурсов углеводородов в количестве 8417,8 млн тонн условного топлива, из них нефти с конденсатом — 1706,2 млн тонн и 6711,6 млрд куб. метров газа.

Значительную часть (27 %) ресурсов углеводородов Украины сосредоточено на крупных (5-7 км) глубинах. На начало 2001 года добыто 25 % и разведано 15,9 % начальных ресурсов.

Таким образом, уровень реализации ресурсов составляет 40,9 %. Остаточные неразведанные ресурсы, которые являются базой развития геологоразведочных работ и нефтегазодобычи в последующие годы, составляют 4 980 млн тонн условного топлива (нефть с конденсатом — 1 133,5 млн тонн и 3 846,4 млрд.м³ газа).

Крым. Основу топливно-энергетического сырья составляют углеводороды: нефть, природный газ и газовый конденсат. Месторождения этих видов сырья в Крыму и прилегающей акватории Черного и Азовского морей относятся к Южному нефтегазоносному региону Украины, где они располагаются преимущественно в его восточной части.

Всего в восточной части Южного нефтегазоносного региона выявлено 44 месторождения углеводородов, из которых 10 нефтяных, 27 газовых и 7 газоконденсатных. Из них на суше Крымского полуострова находится 10 нефтяных, 16 газовых и 3 газоконденсатных месторождений, на шельфе Чёрного моря – 5 газовых и 3 газоконденсатных, а на шельфе Азовского моря – 6 газовых месторождений.

Из общего количества 44 месторождения углеводородов, 3 газовых (Архангельское, Одесское и Северо-Казантипское) и 3 газоконденсатных (Штормовое, Шмидтовское и Татьяновское) относятся к классу средних по запасам полезных ископаемых (от 10 до 30 млрд. м³), а остальные к мелким, с запасами менее 10 млрд. м3 газа и менее 10 млн.т нефти и конденсата. Несмотря на резкое преобладание мелких газовых и газоконденсатных месторождений над средними (28 из 34), в 6 средних месторождениях сосредоточено 61% запасов природного газа и 84,1% запасов конденсата.

Полная стоимость всех запасов и ресурсов углеводородов в местных ценах составляет 125,8 млрд. грн. или 24,9 млрд. долларов США, а в мировых ценах – 161,4 млрд. грн. или 31,96 млрд. долларов США.

Альтернатива.

С давних пор люди использовали энергию ветра (парусный флот, ветряные мельницы и т.п.). В настоящее время использование этого неисчерпаемого источника экологически чистой энергии становится одним из наиболее развитых и перспективных вариантов нетрадиционной энергетики.

Небольшие ВЭУ – идеальные источники энергии для ферм. Они могут быть подключены к центральной системе энергоснабжения, дающей ферме энергии в безветренные дни и, наоборот, принимающей излишки энергии от ВЭУ в особо ветреную погоду.

Ветроэнергетика является бурно развивающейся отраслью. Так, в конце 2010 года общая установленная мощность всех ветрогенераторов составила 196,6 гигаватт (Global Wind Installations Boom, 2010). В том же году количество электрической энергии, произведённой всеми ветрогенераторами мира, составило 430 тераватт-часов (2,5 % всей произведённой человечеством электрической энергии) (World Wind Energy Report 2010, 2011). Некоторые страны особенно интенсивно развивают ветроэнергетику. В частности, на 2009 год в Дании с помощью ветрогенераторов производилось 20 % всего электричества, в Португалии — 16 %, в Ирландии — 14 %, (Annual Renewable report 2010, 2010), в Испании — 13 % и в Германии — 8 % (Wind Powering America, 2011).

Велика роль ветроэнергетики и для экологии и охраны окружающей природной среды. Ветровая турбина, за год вырабатывающая 400 кВт электроэнергии, компенсирует 120-300 т угля и не загрязняет атмосферу (Епифанова, 2003).

Согласно опубликованным данным (Global wind energy outlook 2008, 2008), современный энергетический сектор дает порядка 40% глобальной эмиссии СО₂. Чтобы создать такое же количество электроэнергии, которое сегодня генерирует сеть ветроустановок в мире потребуется сжигание еще более 25 миллионов тонн угля, или более чем 17 млн. тонн нефти в год.

По результатам некоторых модельных сценариев (Global wind energy outlook 2008, 2008), глобальный потенциал энергии ветра может достигать более 1000 ГВт к концу 2020 года, что позволит производить около 2600 млрд. кВт-ч электроэнергии в год. Это позволило бы сэкономить до 1,500 млн. тонн СО₂ ежегодно.

Вследствие этого, активно развивается ветроэнергетика и в Украине. Новый бурный этап развития начался в последнее время. В 2008-2009 гг. были приняты постановление ВР Украины «О внесении изменений в Закон Украины “Об электроэнергетике” и в Закон Украины “Об альтернативных источниках энергии”. Законом предусматривается, что “зеленый” тариф – это специальный тариф, по которому закупается электрическая энергия, «произведенная на объектах электроэнергетики, которые используют альтернативные источники энергии (кроме доменного и коксующегося газов, а с использованием гидроэнергии - произведенная лишь малыми гидроэлектростанциями, мощность которых не превышает 10 МВт)». Зеленый тариф послужил новым толчком к развитию ветроэнергетики.

Достаточно широко применяются геотермальные и гелио-термальные источники энергии. Циркулирующая на глубине 2-3 км вода нагревается до температуры, превышающей 100°С за счёт радиоактивных процессов, химических реакций и других явлений, протекающих в земной коре. В ряде районов земли такие воды выходят на поверхность. Значительные запасы их имеются в России на Дальнем Востоке, Восточной Сибири, Северном Кавказе и других районах. Существуют запасы высокотемпературного пара и пароводяной смеси на Камчатке, Курильских островах и в Дагестане. В Крыму они есть в Сакском районе и Ленинском.

Технологические процессы получения тепловой и электрической энергии из таких вод достаточно хорошо разработаны, их себестоимость в 2-2,5 раза ниже тепловой энергии, получаемой в обычных котельных.

На Камчатке работает геотермальная электростанция мощностью 5 кВт. Предполагается сооружать такие, но более мощные 100 и 200 МВт блоки.

К новым источникам энергии относится энергия морских приливов и отливов. Принцип действия приливных электростанций основан на том, что энергия падения воды, проходящей через гидротурбины, вращает их и приводит в движение генераторы электрического тока. На однобассейновой приливной электростанции двойного действия, работающей во время прилива и отлива, можно вырабатывать энергию четыре раза в сутки при наполнении и опорожнении бассейна в течение 4-5 часов. Крупная приливная электростанция работает во Франции на берегу Ла-Манша, в устье р. Ране. В России в 1968 г. пущена в эксплуатацию небольшая электростанция на побережье Баренцева моря в губе Кислов.

Энергию океана можно использовать, сооружая волновые электростанции, установки, использующие энергию морских течений, разницу температур поверхностных теплых и глубинных холодных слоев воды или подлёдных слоев воды и воздуха. Проекты таких энергетических установок разрабатываются в ряде стран: США, Японии, России.

Солнце является основным неисчерпаемым источником энергии на Земле. Дом, в котором используется солнечная энергия называется солнечным домом. О преимуществах использования солнечной энергии говорят следующие данные: для отопления дома, рассчитанного на одну семью, в год требуется примерно 60 – 80 ц угля, в результате сгорания которого получается около 35000 кВт·ч энергии. Такое же количество энергии поступает с 35 м² площади крыши, оборудованной солнечным коллектором.

Лекция 6. Ресурсы воздушной среды

Атмосфера – внешняя оболочка геосферы. Масса ее не велика (одна миллионная массы Земли), но роль огромна:

- определяет тепловой режим поверхности;

- защищает от вредных космических излучений;

- формирует климатические условия (через это воздействует на биоту, режим вод, почвенные процессы, экзогенез рельефообразования);

- кислород и углекислый газ необходимое условие существования жизни на Земле.

Газовый состав атмосферы был изучен уже давно. В 1774 году французский ученый Антуан Лавуазье изучил основные части воздуха и установил присутствие там кислорода и азота. Впоследствии обнаружилось, что кроме этих газов в воздухе находятся еще и другие газы. Таким образом, воздух — это смесь газов, состоящая у земной поверхности из следующих компонентов:

Азот — 78%

Кислород — 21%

Инертные газы — 0,94%

Углекислый газ — 0,03%

Пары воды и примеси — 0,03%

В последнее время на эволюцию атмосферы стал оказывать влияние человек. Результатом его деятельности стал постоянный значительный рост содержания в атмосфере углекислого газа из-за сжигания углеводородного топлива, накопленного в предыдущие геологические эпохи. Громадные количества СО₂ потребляются при фотосинтезе и поглощаются мировым океаном. Этот газ поступает в атмосферу благодаря разложению карбонатных горных пород и органических веществ растительного и животного происхождения, а также вследствие вулканизма и производственной деятельности человека.

За последние 100 лет содержание СО₂ в атмосфере возросло на 10 %, причём основная часть (360 млрд тонн) поступила в результате сжигания топлива. Если темпы роста сжигания топлива сохранятся, то в ближайшие 20—30 лет количество СО₂ в атмосфере удвоится и может привести к глобальным изменениям климата.

Кислород. Запас свободного кислорода (О₂) в геосфере составляет порядка 15*10¹⁴ т., а запасы связанного кислорода в литосфере, гидросфере и биосфере в 100 раз больше.

Основной источник свободного кислорода – фотосинтез, и только 0,5% при фотодиссоциации водяного пара и оксида углерода в верхней атмосфере.

По расчетам, массовое содержание кислорода в атмосфере ежегодно пополняется 23 тыс. т свободного кислорода. Человек в результате ежегодного сжигания 9 млрд. т условного топлива расходует около 10-13 млрд. т свободного кислорода из атмосферы, и еще около 100 млн. т кислорода ежегодно идет на окисление металлов. При 5% ежегодном приросте сжигания топлива через 165 лет доля свободного кислорода может снизиться до критического для человека уровня – с 23,3 до 17%!

Важными свойствами атмосферы является циркуляция воздушных масс и турбулентность. Тропосферные возмущения могут обежать землю за две недели, а в средних слоях атм. в западно-восточном переносе - примерно за месяц.

Наряду с широтным переносом происходит и меридиональный перенос. Пример, за 40 лет применения ДДТ (с 1947 г.) на поверхность Антарктиды, куда он никогда не завозился, выпало 2500 т. этого препарата. (период естественного распада его равен 50 годам).

Атм. взаимодействует как открытая система с литосферой, гидросферой, биосферой. Переносы и связи позволяют атм. самоочищаться.

Выбросы загрязняющих веществ в атмосферный воздух в АРК (2009-2010 гг.).

Источниками загрязнения атмосферного воздуха в Автономной Республике Крым являются промышленные предприятия и разные виды транспорта.

За 2008 год в атмосферный воздух Автономной Республики Крым стационарными источниками загрязнения было выброшено 26,363 тыс. тонн вредных веществ, в том числе твердых - 5,322 тыс. тон, газообразных и жидких - 25,824 тыс. тон. За период 2009 г внедрено 28 мероприятий на стационарных источниках выбросов, общей суммой произведенных работ - 4589,7 тыс. грн., что предоставило возможность уменьшить выбросы загрязняющих веществ в атмосферный воздух 0,26 тыс. тонн

Основной проблемой для АРК остается высокий фактор выбросов загрязняющих веществ от передвижных источников. Относительно 2008 года выбросы от передвижных источников в 2009 году уменьшились и составили - 111,005 тыс. тон, в том числе от автомобильного транспорта - 103,047 тыс. тон.

На территории Автономной Республики Крым от передвижных источников львиную долю в общий объем дает автотранспорт: автомобили индивидуальных владельцев - 60,9%; автотранспорт субъектов хозяйственной деятельности - 36,7 %. За последние 2 года количество единиц автотранспорта, который эксплуатируется населением, значительно увеличилось: так в 2007 году насчитывались - 295977 транспортных средств, а в 2008 году - 311043 единицы, из них легковых - 256678, а в 2009 году - 328394, из них легковые автомобили 273969.

В Крыму кроме транспорта, зарегистрированного в автономии большой взнос к общему объему выбросов дает транзитный транспорт, особенно в летний период, который значительно увеличивает выбросы в атмосферу.

Динамика выбросов загрязняющих веществ стационарными и передвижными источниками

Таблица 2.1.1.1. Динамика выбросов в атмосферный воздух (тыс. т)

Годы	Выбросы в атмосферный воздух, тис.т.			Плотность выбросов в расчете на 1 кв.км, кг	Объемы выбросов в расчете на 1 лицо, кг
	Всего	в том числе
		стационарными источниками	передвижными источниками
2000	123,39	33,47	89,92	4731,1	58,3
2005	125,356	35,109	90,247	4806,6	63,3
2006	123,213	34,191	89,022	4724,42	63,5
2007	148,342	33,779	114,563	5687,788	78,891
2008	155,2	31,146	124,054	5950,800	78,891
2009	137,4	26,363	111,0	6277,809	83,268

Динамика выбросов самых распространенных загрязняющих веществ в атмосферный воздух в городах АРК

В сравнении с 2008 годом в 2009 году объем выбросов загрязняющих веществ от стационарных источников значительно уменьшился в городах Армянск, Ялта, Керчь, Красноперекопск, увеличился в г. Симферополь, г. Джанкой. Увеличения выбросов обусловлено ростом выпуска продукции, и применением резервных видов топлива.

Таблица 2.1.2.1. Динамика выбросов загрязняющих веществ в атмосферный воздух от стационарных источников загрязнения в регионе по отдельным населенным пунктам (тыс. т)

	2000	2005	2006	2007	2008	2009
Всего, АРК	33,47	35,109	34,191	33,779	31,146	26,363
г. Симферополь	1,96	1,939	1,916	2,014	1,764	2,239
г. Алушта	0,28	0,25	0,224	0,191	0,201	0,178
г. Джанкой	0,42	0,266	0,198	0,182	0,169	0,782
г. Евпатория	0,31	0,389	0,384	0,316	0,323	0,256
г. Керчь	10,65	2,474	2,355	2,413	1,768	1,645
г. Красноперекопск	8,57	10,804	10,027	9,255	9,769	6,912
г. Саки	0,077	0,041	0,038	0,053	0,035	0,044
г. Армянск	6,06	9,716	9,738	10,055	9,362	7,310
г. Феодосия	0,77	0,547	0,469	0,517	0,508	0,593
г. Судак	0,17	0,245	0,247	0,191	0,154	0,050
г. Ялта	0,84	1,3	0,842	0,704	0,566	0,496

Основными загрязнителями атмосферного воздуха являются предприятия 1 группы влияния на окружающую среду Перекопского промышленного узла, которые входят в 100 наибольших предприятий-загрязнителей Украины - ОАО «Крымский содовый завод», ЗАО «Крымский ТИТАН». Составляющая химической промышленности в народнохозяйственном комплексе АРК представляет в 1,5 раза больше, чем в среднем по Украине. Выбросы от химического производства составляют 61% от общего объема выбросов стационарными источниками автономии.

По результатам мониторинга загрязнения атмосферного воздуха, которые получены по данным систематических наблюдений от Центра гидрометеорологии в АРК установлено, что уровень загрязнения атмосферного воздуха не удовлетворяет санитарно-гигиеническим нормам по максимально-разовым концентрациям в городах Армянске, Красноперекопске, Керчи, Ялте. В частности по пыли 1,2 - 2,6 ПДК (г. Симферополь, г. Ялта, г. Армянск, г. Красноперекопск), фтористому водороду - 3,1 -3,29 ПДК (г. Армянск, Красноперекопск), хлористому водороду - 4,65 ПДК (г. Красноперекопск), оксидам азота - 2.2-5,4 ПДК (г. Керчь, г. Армянск, г. Ялта, г.Красноперекопск), формальдегида 1,4 ПДК (г. Ялта), по оксиду углерода 1,2-2,5 ПДК (г. Красноперекопск, г. Керчь), остальные ингредиенты удовлетворяют нормам ПДК.

Среднемесячные концентрации загрязняющих веществ также изменялись в отчетном периоде: подтверждается превышение норматива по пыли 1,6-2,7 ПДК (Ялта, Красноперекопск, Армянск); по диоксиду азота 1,1 - 1,8 ПДК (Керчь, Красноперекопск); по оксиду углерода - 1,3 ПДК в Красноперекопске; по фтористому водороду 1,8 ПДК (Армянск, Красноперекопск); формальдегид 1,3 - 3,0 ПДК превышал показатели по всем населенным пунктам где велось наблюдение. Превышение нормативов по оксиду углерода и формальдегиду связано с выбросами передвижных источников, в первую очередь - автотранспорту.

Лекция 7. Ресурсы водной среды.

План лекции