Условное топливо

Различные виды энергетических ресурсов обладают разным качеством, которое характеризуется энергоемкостью топлива. Удельной энергоемкостью называется количество энергии, приходящееся на единицу массы физического тела энергоресурса.

Для удобства сопоставления различных видов энергоресурсов и возможности расчетов расход всех видов топлива сравнивают с расходом так называемого условного топлива. За условное принято такое топливо, при сгорании 1 кг которого выделяется 29,3 *·10⁶ Дж, или 7000 ккал энергии. В табл.1.4 приведены значения удельной энергоемкости для ряда энергетических ресурсов в сравнении с условным топливом.

Таблица 1.4

Виды топлива	Условное топливо	Уголь антрацит	Дрова сухие	Нефть	Газ пропан	Водород
Уд.энергоемкость, ×10 Дж/кг * 106	29,3	33,5	10,5	41,9	46,1	120,6
ккал/кг	7000	8000	2500	10000	11000	28800

В качестве единицы измерения в государствах СНГ принята 1 тонна условного топлива (т.у.т.). За рубежом применяется идентичная по сути и функциональному назначению единица измерения – тонна условного топлива в нефтяном эквиваленте или проще тонна нефтяного эквивалента (т.н.э.),1 т.н.э.=41,86*10⁶ Дж.

Как видно из табл.1.4 , нефть и газ обладают высокой энергоемкостью. Это во многом определило быстрый рост их потребления в конце ХIХ – ХХ столетии. Однако, нефть и газ используются не только в энергетической промышленности. Это еще сырье для химической промышленности и топливо для транспорта.

Весьма перспективным видом топлива, обладающим в три раза большей удельной энергоемкостью по сравнению с нефтью, является водород. В настоящее время в нашей стране и за рубежом ведутся научно-экспериментальные работы по изысканию экономичных способов промышленного преобразования водорода. Запасы водорода неистощимы и не связаны с каким-либо регионом планеты. Водород в связанном виде содержится в молекулах воды Н2О. При его сжигании образуется вода, не загрязняющая окружающую среду.

В настоящее время водород в основном получают из природного газа, в ближайшем будущем его можно будет получать путем газификации угля. Как одно из перспективных направлений промышленного получения водорода рассматривается процесс электролиза воды. Этот способ имеет значительное преимущество, так как приводит к обогащению кислородом окружающей среды. Широкое применение водородного топлива может решить три актуальные проблемы:

1. уменьшить потребление органического и ядерного топлива;

2. удовлетворить возрастающие потребности в энергии;

3. снизить загрязнение окружающей среды.

Мировое потребление тэр

Качество нашей жизни непосредственно зависит от потребления энергии. С ходом исторического развития при получении из природных систем все новых видов полезной продукции на ее единицу в среднем затрачивается все больше энергии (происходит снижение энергетической эффективности природопользования).

Наблюдается увеличение энергетических расходов на одного человека. Так, расход энергии на одного человека (в кДж/сут.) в каменном веке был порядка 17 тыс., в аграрном обществе – 50 тыс., в индустриальную эпоху – 293 тыс., а в передовых развитых странах настоящего времени – 960–1050 тыс., т.е. в 58–62 раза больше, чем у наших далеких предков.

С начала нашего века количество энергии, затрачиваемое на единицу сельскохозяйственной продукции, в развитых странах мира возросло в 8–10 раз, на единицу промышленной продукции в 10–12 раз.

Общая энергетическая эффективность сельскохозяйственного производства (соотношение вкладываемой и получаемой с готовой продукцией энергии) в промышленно развитых странах в 30 раз ниже, чем при примитивном земледелии. В ряде случаев увеличение затрат энергии на удобрения и обработку полей в десятки раз приводит лишь к незначительному (на 10–15%) повышению урожайности. Это связано с необходимостью параллельно с улучшением агротехники учитывать общую экологическую обстановку, налагаемые ею ограничения.

В начале 80-х гг. удельные затраты энергии на производство единицы валового национального продукта (ВНП) в ходе решительных мер по экономии энергии в промышленно развитых странах сократились на 15%. В течение последующего десятилетия ВНП возрос тут на 20%, а потребление энергии – лишь на 2% (это стало возможным в результате устранения неоправданных потерь энергии). Однако в то же время в развивающихся странах расход энергии увеличился на 24% и составил 10% от общемирового (против 5% в начале периода), т.е. имел тенденцию к быстрому росту. Несмотря на ожидаемое снижение потребления энергии на одну денежную единицу ВНП в килограммах условного топлива, общее увеличение ВНП и абсолютно необходимое возрастание валового национального дохода в развивающихся странах приводят к дальнейшему росту энергопотребления.

Как указывает Герберт Инхабер (Herbert Inhaber), научный исследователь из штата Южная Каролина (США), автор книги «Почему не удается сократить потребление энергоносителей» (Why Energy Conservation Fails, Quorum Books, 1997): «Энергосбережение посредством повышения эффективности потребления на самом деле приводит к его росту, а не к сокращению. Поскольку для отдельного вида деятельности требуется меньше топлива, высвободившиеся ресурсы используются в других целях. Как результат – возросшая экономическая активность и увеличившийся объем потребления энергоносителей».

В качестве примера из реальной жизни Инхабер приводит опыт Дании, когда, в конце 1970-х гг. правительство Дании ввело строгие стандарты на эффективность бытовых приборов, потребление электроэнергии этими приборами существенно сократилось (более, чем на 30%), отчасти потому, что некоторые бытовые приборы стали более экономичными, и, следовательно, их эксплуатация обходилась дешевле, но при этом увеличились продажи других бытовых приборов. Общий результат: совокупное внутреннее потребление электроэнергии в Дании возросло на 20%.

Однако рассматриваемая проблема снижения энергетической эффективности имеет весьма важное практическое следствие: рост энергетических затрат не может продолжаться бесконечно. Значит можно рассчитать вероятный момент неизбежного перехода на новые, энергосберегающие технологии промышленного и сельскохозяйственного производства, избежав тем самым теплового и экологического кризисов.

Для промышленности, быта, нормальной жизнедеятельности человека, а главное для дальнейшего развития мировой цивилизации энергетика необходима как воздух. Для всего мирового сообщества энергетическая проблема стоит очень остро. Дело не ограничивается размером запасов угля, нефти и газа и растущими расходами на их добычу, переработку и использование. С каждым годом обостряются экологические проблемы. Нынешнее время характеризуется пересмотром политики в области энергетики. На страницах газет и журналов ведется полемика о приоритетах ее развития. Важно помнить, что энергетика – система инерционная, и реформы в ней следует готовить загодя. Попробуем на основе имеющегося материала оценить возможные пути развития энергетики и основную стратегию этого развития. Задача эта потребует рассмотрения многих вопросов, ибо нет в современном обществе сферы, которая хотя бы косвенно не была бы связана с энергетикой.

Если проанализировать структуру мирового потребления ТЭР, то можно отметить следующее. Длительный период, до XIVв., основным энергоносителем, используемым человеком, была древесина. Позже начинают все больше использовать уголь, нефть, газ. В начале XX в. уголь стал составлять наибольшую долю от всех используемых человечеством энергетических ресурсов. К началу 70-х гг. XX в. доли потребления угля, нефти и газа выравниваются. В ряде стран уменьшается добыча угля. Нефть практически вытесняет уголь при производстве электроэнергии. На транспорте за счет нефти удовлетворяется свыше 90% мирового потребления. В 1970 г. доля нефти в структуре мирового потребления ТЭР составляла 46%, газа – 20%. Ситуация меняется после острого нефтяного кризиса 1973-74 гг. Индустриальные страны Запада, США, Япония активно переориентируют топливно-энергетическую базу своей национальной экономики на другие виды энергоресурсов и вводят политику эффективного использования энергии. В результате к 1980 г. доля нефти в мировом топливно-энергетическом балансе (ТЭБ) снижается до 42%, газа – до 16%. Доля твердого органического топлива составляла 25%. Ядерная энергетика покрывала всего 2-3% мирового потребления, и 13-14% обеспечивалось за счет возобновляемых источников энергии.

Прогнозы, сделанные в 80-х гг., обещали к 2020 г. дальнейшее быстрое уменьшение потребления нефти и газа – соответственно до 20% и 8-12%. Предполагалось, что это будет достигнуто благодаря росту потребления угля до 32%, значительному вовлечению в ТЭБ ядерного горючего – 36-40%, использованию возобновляемых источников энергии. Однако реальные тенденции изменений в структуре мирового топливно-энергетического баланса на 2020 г. оказались несколько иными. По прогнозам 90-х гг., доля твердого органического топлива, прежде всего, угля, будет, как и предполагалось в 80-х гг., составлять 32%, а вот доля потребления нефти снизится на меньшую величину, чем ожидалось ранее, и будет составлять 27%. Доля газа даже увеличится по сравнению с уровнем 1980 г. и будет равна 23%. Такие изменения тенденций связаны в первую очередь с появлением определенного недоверия к атомной энергетике из-за катастрофических последствий аварии на Чернобыльской АЭС и ряде других неприятных эксцессов на атомных промышленных объектах. В настоящее время разрабатываются принципиально новая концепция безопасности больших производственных систем и соответствующие ей новые поколения ядерных реакторов и проектов АЭС повышенной безопасности. Тем не менее, психологическое недоверие значительной части населения к атомной энергетике, радиофобию преодолеть не так просто. Кроме того, успехи применения энергосберегающих мероприятий и технологий в 80-90-х гг., обещающие разработки в области производства электроэнергии на базе газотурбинных, парогазовых установок, новые интеграционные процессы международного взаимодействия в области энергетики и экологии привели к наблюдающимся сегодня тенденциям в структуре мирового потребления ТЭР. Согласно им, доля ядерного топлива к 2020 г. будет составлять всего 5-6%. На долю энергосбережения и возобновляемых источников энергии придется 12-14%, причем из них 9-10% будет покрываться за счет энергосбережения.

На рис. 1.5 представлена структура мирового потребления ТЭР в динамике с 1980 г. по 2020 г., дано предполагаемое развитие по прогнозам 80-х и по прогнозам 90-х гг.

Очевидно, роль энергосбережения весьма существенна и соизмерима со значением других традиционных источников энергии в покрытии энергетических потребностей человечества. К тому же энергосбережение позволяет избежать разработки новых угольных месторождений, бурения нефтяных скважин, ввода новых теплоэнергетических, атомных установок и т.п., способствует совершенствованию промышленных технологий. Все это приводит к меньшему загрязнению окружающей среды. В этом смысле энергосбережение и называют самостоятельным экологически чистым источником энергии.

Велика роль установок на возобновляемых источниках энергии - гидроэлектростанций, гелиоустановок, ветровых двигателей, установок, использующих энергию океана, тепло земных недр, энергию, заключенную в растениях. Их доля в мировом энергетическом балансе невелика, но доля эта очень важна: они обеспечат энергией небольшие поселения и объекты в сельских и малонаселенных местностях, где невыгодно строить крупные электростанции или прокладывать линии электропередачи, нефте- и газопроводы.

Помимо устойчивых тенденций в мировом потреблении ТЭР, представленных на рис. 1.5, наблюдаются также временные колебания, например, цен на нефть, в том числе обусловленные политическими событиями. При прогнозировании и планировании национальной энергетики принимаются во внимание как основные тенденции развития мировой энергетики для выработки стратегических решений, так и колебания - для принятия тактических решений.

Уголь и древесина (твёрдое топливо).

Нефть.

Природный газ.

Ядерное топливо.

Энергосберегающие мероприятия и использование возобновляемых источников энергии.

Рис. 1.5. Структура мирового потребления ТЭР

В обозримой перспективе развитие топливной базы энергетики во всем мире будет определяться следующими основными направлениями:

• удорожанием практически всех топливно-энергетических ресурсов при опережающем росте стоимости высококачественного газомазутного топлива;

• проведением активной энергосберегающей политики во всех отраслях экономики и освоением в максимально возможных масштабах нетрадиционных возобновляемых источников энергии;

• вовлечением в топливно-энергетический баланс ядерного горючего и интенсивным поиском альтернативных ему безопасных источников энергии, имеющих промышленное значение;

• ужесточением экологических требований.