Лекция 2: Характеристика традиционных источников энергии. Альтернативные источники энергии и их использование.

1. Твердое ископаемое топливо (уголь, торф, горючие сланцы). Добыча, транспортировка, использование твердого ископаемого топлива и сопутствующие экологические проблемы.

2. Жидкое ископаемое топливо (нефть). Добыча, транспортировка, использование нефти и сопутствующие экологические проблемы.

3. Газообразное ископаемое топливо (природный газ). Добыча, транспортировка, газообразного ископаемого топлива и сопутствующие экологические проблемы.

4. Экологические проблемы, возникающие при использовании традиционных видов топлива.

5. Ядерное ископаемое топливо (урановая руда). Добыча, транспортировка, использование ядерного ископаемого топлива и сопутствующие экологические проблемы.

6. Солнечная энергия.

А) характеристика солнечной энергии;

Б) потенциал солнечной энергии в Республике Беларусь;

В) направления использования солнечной энергии;

Г) преобразование солнечной энергии в другие виды энергии;

Д) низкотемпературные технологические процессы;

Е) экология солнечной энергетики.

7. Гидроэнергия

8. Геотермальная энергия

9. Энергия ветра

10. Энергия биомассы

11. Энергия бытовых отходов

12. Использование естественного холода

13. Водородная энергетика

1. Твердое ископаемое топливо.

Ископаемое твердое топливо (за исключением сланцев) является продуктом разложения органической массы растений. Самое молодое из них – торф – представляет собой плотную массу, образовавшуюся из перегнивших остатков болотных растений. Следующими по возрасту идут бурые угли – землистая или черная однородная масса, которая при хранении на воздухе окисляется и рассыпается в порошок. Затем идут каменные угли – более прочные и менее пористые. Антрациты – наиболее старые и твердые угли, на 93 % состоят из углерода.

Уголь был первым промышленно используемым традиционным ис­точником энергии. Особенно активно он использовался в Англии, где благодаря ему и началась промышленная революция.

Основная масса каменного угля идет на выработку электроэнергии, часть использует металлургия, отопление зданий. В качестве твердого топлива могут использоваться брикеты – механическая смесь угольной и торфяной мелочи со связующими веществами, спрессованная под давлением в специальных прессах.

В качестве энергоисточника в основном используется природный и древесный уголь. Природный уголь представляет собой продукт разложения болотных растений (их возраст - до 300 млн. лет). Растения отми­рали, погружались в болото и были погребены под слоями песка. Посте­пенно образовывались толстые слои таких отложений. Эти отложения под действием давления, температуры и микроорганизмов превращались сначала в торф, а затем в уголь.

Еще в 1965 г. уголь был самым важным энергоисточником в мире. В 1985 г. уголь давал 31 % производимой человечеством энергии.

Согласно прогнозам, в XXI в. доля угля в мировом потреблении первичной энергии немного снизится, с 24 % в 2001 г. до 23 % в 2025. Но его роль будет весьма значима в электроэнергетике, и он будет домини­ровать на энергетических рынках развивающейся Азии, особенно в Ки­тае и Индии. Потребление угля будет расти во всех регионах мира, кроме Западной и Восточной Европы и стран бывшего СССР. Но и здесь есть исключения: Россия, где уголь может частично заместить природный газ, и Франция, где велика роль атомной энергии в производстве электро­энергии.

В настоящее время уголь - самое распространенное ископаемое то­пливо с запасами, оцениваемыми почти в 1000 млрд. т. Таким образом, ресурсная база угля намного больше, чем у нефти и газа. К тому же, угольные запасы более равномерно распределены по всему миру.

С экологической точки зрения уголь является наиболее опасным ископаемым топливом. При сжигании угля образуются ядовитые газы, такие, как угарный газ (окись углерода), сернистый газ (двуокись серы) и газы, влияющие на климат, например, углекислый газ. Загрязнение производят также угольная пыль и сажа. 1 т каменноугольной золы содержит 200 г свинца, 400 г урана, по 500 г германия и мышьяка, 700 г никеля.

В недрах Беларуси более распространены бурые угли. На настоящий момент известно 3 месторождения бурых углей: Житковичское, Бриневское и Тонежское с общими запасами 151,6 млн. т.

Разведаны детально и подготовлены для промышленного освоения две залежи Житковичского месторождения: Северная (23,5 млн. т) и Найдинская (23,1 млн. т), две другие (Южная - 13,8 млн. т и Кольменская - 8,6 млн. т) разведаны предварительно.

Бурые угли являются низ­кокалорийными: низшая теплота сгорания рабочего топлива составляет 1500-1700 ккал/кг, влажность - 56-60 %, средняя зольность - 17-23 %. Они наиболее пригодны для использования как коммунально-бытовое топливо после брикетирования совместно с торфом.

Разработка угольных месторождений возможна закрытым (шахт­ным) и открытым способом.

При закрытой добыче происходит наруше­ние земельных ресурсов, просаждение земных пород, усиление сейсми­ческой активности, загрязнение грунтовых вод.

Открытая добыча также не безопасна с экологической точки зрения, поскольку в результате вынужденного резкого снижения грунтовых вод возможный экологический ущерб из-за гибели лесных угодий, рыбных прудов, снижения урожайности сельхозугодий, запыленности террито­рий значительно превысит получаемые выгоды.

Торф - это переходная форма ископаемого топлива. Запасы торфа образовались в результате заболачивания территории из остатков ископаемых растений и животных.

В республике Беларусь разведано более 9000 торфяных месторождений общей площадью в границах промышлен­ной глубины их залегания 2,54 млн га и первоначальны­ми запасами торфа 5,65 млрд т. К настоящему времени оставшиеся геологические запасы оцениваются в 4,0 млрд т, что составляет 75 % первоначальных. Основные запасы залегают в месторождениях, используемых сель­ским хозяйством (1,7 млрд т, или 39 % оставшихся запасов) или отнесен­ных к природоохранным объектам (1,6 млрд т, или 37 %). Ресурсы торфа, включенные в разрабатываемый фонд, оцениваются в 260 млн т, что составляет 6 % оставшихся запасов. К 2020 году прогнозируется увеличение добычи торфа топливной группы до 1,5 млн. т у. т.

Основным потребителем торфяных брикетов является население. Учитывая имеющиеся ресурсы торфа и то, что брикеты являются отно­сительно дешевым видом топлива, можно говорить о целесообразности поддержания их производства на достигнутом уровне. Однако в связи с выработкой запасов на ряде действующих брикетных заводов в бли­жайшей перспективе ожидается снижение объемов выпуска топливных брикетов. Частичная компенсация этого возможна за счет добычи куско­вого торфа, а также строительства мобильных заводов мощностью 5-10 тыс. т

Для повышения ко­эффициента использования залежей торфа и таким образом увеличения извлекаемых его запасов необходимо широкое внедрение новых направ­лений использования выработанных торфяных месторождений - выра­ботка запасов торфа с оставлением 0,2-0,3 м защитного слоя, повторное заболачивание выработанных месторождений.

Горючие сланцы представляют собой переходную форму ископае­мого топлива от угля к нефти. Горючие сланцы - это осадочная порода, которая на 35-40% состоит из органического дегтеподобного вещества - керогена, и на 60-65% – из глины и известняка.

Прогнозные запасы горючих слан­цев оцениваются в 11 млрд т, промышленные - 3 млрд т. Реальные промышленные запасы горючих сланцев сосредоточены на двух месторождениях— Любанском и Туровском. Предварительно разведаны 30 % этих месторождений. Глубина залегания пластов колеб­лется от 50 до 600 м и более, мощность пластов составляет 0,1-3,7 м.

Разработка горючих сланцев с учетом глубин залегания и мощно­сти пластов возможна только подземным (шахтным) способом.

Вовлечение ресурсов горючих сланцев в топливный баланс рес­публики возможно путем их термической переработки с твердым тепло­носителем.

По качественным показателям белорусские горючие сланцы не яв­ляются эффективным топливом из-за их высокой зольности и низкой теплоты сгорания (низшая теплота сгорания- 1000-1500 ккал/кг, зольность - 78-80 %, выход первичной смолы - 7,8-9,5 %, выход летучих соединений - 15-25 процентов; содержание серы - 2-3 %.)

Они не пригодны для прямого сжигания, а требуют предварительной термической переработки с выходом жидкого и газооб­разного топлива. Стоимость получаемых продуктов (коксовый газ и сланцевое масло) на 30 % выше мировых цен на нефть с учетом ее дос­тавки на территорию республики. Помимо указанного выше следует от­метить, что получаемая после термической переработки черная зола не пригодна для дальнейшего использования в сельском хозяйстве и строи­тельстве, а из-за неполного извлечения органической массы в золе про­слеживается содержание канцерогенных веществ. Тем не менее, горючие сланцы эффективно используются, например в Эстонии. Поэтому при условии разработки новых технологий добычи и сжигания горючие сланцы являются перспективными для энергетики страны.

Существует способ получения синтетической нефти из горючих сланцев. При нагревании сланцев, которые предварительно дробятся, до 600˚С, кероген выделяет пары, которые могут быть сконцентрированы в сырую нефть. Запасы нефти в сланцах огромны (США - 600 млрд. баррелей).