Тема 3. Топливно-энергетическая и минерально-сырьевая база производства

3.1. Основные виды и источники энергии, используемые в производстве

Топливно-энергетический комплекс (ТЭК) – многоотраслевая система, которая включает добычу, транспортировку, хранение и распределение всех видов энергоносителей (газа, нефти и продуктов ее переработки, торфа, электроэнергии и теплоты), а также переработку разных видов топлива и производство энергии (тепло- и электроэнергии).

ТЭК имеет тесные связи с другими межотраслевыми комплексами, он использует продукцию машиностроительного и металлургического комплексов, вырабатывает значительную часть сырья для химической промышленности, транспорт обеспечивает перевозку грузов.

Развитию ТЭК способствует размещение на территории Беларуси нефтеперерабатывающих заводов, выявление и разработка собственных месторождений нефти. Нефтеперерабатывающая промышленность представлена двумя заводами – в Новополоцке и Мозыре. Они связаны магистральными нефтепроводами с нефтедобывющими регионами Западной Сибири и Поволжья. Для транспортировки нефтепродуктов создана сеть трубопроводов.

Газоснабжение потребителей осуществляется в основном за счет поставок из России (16,3 млрд м³ ежегодно).

Развитие топливной промышленности республики базируется на местных видах топлива и импортируемых ресурсах. Беларусь может удовлетворить потребность в топливе за счет собственных ресурсов на 10–15 %. Чтобы обеспечить минимальные потребности в топливно-энергетических ресурсах, необходимо завозить из других стран: нефти – до 20 млн т, природного газа – 16,3 млн т, каменного угля – 2,2 млн т.

Под используемыми топливно-энергетическими ресурсами понимают:

- природные топливно-энергетические ресурсы (природное топливо) – нефть, уголь, торф, природный газ, дрова, природная механическая энергия ветра, воды, атомная, тепло природных источников – солнца, подземного пара, термальных вод;

- продукты переработки топлива (кокс, продукты переработки нефти, искусственные газы, обогащенный уголь и др.);

- вторичные энергетические ресурсы.

Энергия необходима как для проведения самого технологического процесса, так и для транспортировки сырья и готовой продукции, вспомогательных операций. Энергетический потенциал планеты включает невосполнимые источники энергии (полезные ископаемые) – нефть, уголь, природный газ, горючие сланцы и другие, а также практически неистощимые источники энергии – солнце, ветер, вода рек, морей.

Различают следующие виды энергии: механическая, электрическая, ядерная, тепловая, химическая, световая, энергия воды.

Механическая энергия проявляется при взаимодействии, движении отдельных тел или частиц. К ней относят энергию движения или вращения тела, энергию деформации при сгибании, растяжении, закручивании. Эта энергия широко используется в транспортных и технологических машинах.

Электрическая энергия применяется для преобразования в механическую и является одним из совершенных видов энергии. В промышленности электрическая энергия используется для осуществления механических процессов обработки материалов (дробления, измельчения, перемещения, центрифугирования, сверления и т. д.) и для получения тепловой энергии. Получают электроэнергию на тепловых электрических станциях (ТЭС), гидроэлектростанциях (ГЭС), атомных электростанциях (АЭС). Тепловые электростанции вырабатывают более 95 % энергии.

Ядерная энергия высвобождается при делении тяжелых ядер (ядерная реакция). Так, при распаде 1 г урана-235 выделяется такое же количество теплоты, как при сгорании 300 000 т каменного угля. Поэтому атомные электростанции обладают высоким коэффициентом полезного действия.

Тепловая энергия получается при сгорании топлива. Широко применяется для проведения многочисленных тепловых процессов (нагревания, сушки, перегонки и т. д.), а также в качестве источника теплоты для проведения эндотермических реакций. В качестве теплоносителей могут быть использованы топочные газы, водяной пар, перегретая вода, органические теплоносители.

Химическая энергия связана с выделением теплоты в экзотермических химических реакциях, которые используются для нагрева реагентов, проведения эндотермических процессов. Она характеризуется высоким коэффициентом полезного действия.

Световая энергия используется в промышленности при создании фотоэлементов, фотоэлектрических датчиков, автоматов и т. д. Фотоэлектрические явления, связанные с преобразованием световой энергии в электрическую, используются в системах управления и контроля технологических процессов. Источником световой энергии является солнце, где происходят атомные реакции синтеза ядер водорода и углерода. Сначала использовалась лишь тепловая энергия солнечных лучей. В настоящее время широко применяются солнечные батареи на космических станциях, а в южных районах их используют для нагрева жидкостей, сушки плодов и овощей и т. д.

Энергия воды разделяется на энергию рек и энергию морских приливов.

Среди работающих в Беларуси небольших ГЭС выделяются Осиповичская (2,2 тыс. кВт) и Чигиринская (1,7 тыс. кВт).

Энергия морских приливов – разновидность энергии водного потока. Приливы – периодические колебания уровня моря, обусловленные силами притяжения Луны и Солнца в соединении с центробежными силами. Приливы обладают огромной энергией – 500 млн т условного топлива в год. Сделаны первые шаги к практическому использованию этого источника энергии.

Энергетический потенциал планеты включает невосполнимые источники энергии, связанные с использованием полезных ископаемых – нефти, угля, природного газа, горючих сланцев и других, и практически неистощимые в обозримом будущем источники энергии – солнце, ветер, вода рек, морей.

Невосполнимые источники энергии имеют три характерных признака:

- полезные ископаемые исчерпаемы;

- выброс вредных веществ при преобразовании ископаемых энергоносителей приводит к загрязнению окружающей среды;

- залежи полезных ископаемых находятся лишь в некоторых районах земного шара.

Альтернативой этим ресурсам являются возобновляемые источники энергии – солнечное тепло, энергия воды, энергия биомассы и другие, которые представляют нетрадиционные виды энергетики.

К нетрадиционным видам энергетики можно отнести ветроэнергетику, гелиоэнергетику, биоэнергетику, геотермальную энергетику, низкотемпературную энергетику, «холодную» энергетику, энергию управляемых термоядерных реакций. Энергетическая программа Республики Беларусь до 2010 г. предусматривает использование нетрадиционных видов энергии.

Ветроэнергетика использует силу ветра. От ветра получают механическую энергию, которую затем преобразуют в электрическую. Строительство ветровых генераторов не требует больших материальных затрат, стоимость ветроэнергии гораздо ниже электрической и имеет тенденции к снижению. Расчеты, показали, что сила ветра позволяет ежегодно производить 6,5–7 млрд кВт/ч электрической энергии. В настоящее время работают ветроустановки в Гродненской области, под Минском – мощностью 100 кВт. В ближайшие годы в республике планируется разместить 1840 площадок для ветроэнергетических установок.

Гелиоэнергетика – энергия, полученная от Солнца. Потенциал ресурсов солнечной энергии в 15 000 раз больше годового потребления атомной энергии и энергии из ископаемых источников. Недостатком является высокая стоимость солнечных батарей. Одна солнечная электростанция установлена в Беловежской пуще и отапливает два дома, еще несколько установлено в Чернобыльской зоне. В республике организовано производство гелиосистем для нагрева воды. Конструкции этих систем обладают высокой адсорбирующей способностью, благодаря чему даже небольшие дозы солнечного излучения превращаются в тепловую энергию

Биоэнергетика – это энергетика, основанная на использовании биомассы. Биомассой являются отходы переработки древесины, зерноперерабатывающей и сахарной промышленности, навоз, городские стоки, мусор и др. Переработка биомассы в топливо осуществляется путем микробиологического анаэробного разложения органических веществ специальными видами бактерий с образованием газообразного топлива (биогаза) или жидкого топлива (бутанола, этанола и т. д.). В условиях Беларуси развитие биоэнергетики экономически целесообразно и технически осуществимо.

Источники биомассы в нашей республике – древесина и древесные отходы, торф, листья, отходы промышленного производства, бытовые отходы, навоз, стебли, ботва и т. д. Если перевести в нефтяной эквивалент все отходы, то получится около 600–700 тыс. т нефти в год. Только незначительная часть отходов утилизируется на опытном заводе по переработке отходов «Экорес» в Минске. На Поставском льнозаводе освоена японская технология производства теплобрикетов из отходов переработки льна. Эта же технология позволяет делать брикеты из древесных опилок, бытового мусора.

Подсчитано, что за счет производства биогаза в биоэнергетических установках по переработке отходов животноводства можно обеспечить экономию 116 тыс. т условного топлива в год. В республике такие биоэнергетические установки находятся в стадии разработки и испытаний.

Геотермальная энергетика – получение энергии от природных термальных источников. Используется для бытовых целей, отопления теплиц. Недостатком является токсичность термальных вод.

Холодная энергетика – получение энергоносителей путем физико-химиче- ских процессов, идущих при низких температурах.

Управляемая термоядерная реакция синтеза ядер тяжелого водорода с образованием гелия позволит получить неограниченное количество энергии.