Основные проблемы энерго- и ресурсосбережения

Энергетические ресурсы подразделяются на невозобновляемые и возобновляемые.

Характеристика невозобновляемых энергоресурсов. К этому виду энергоресурсов относят все виды органического топлива (твердое, жидкое и газообразное) и ядерное горючее. Невозобновляемые энергоресур­сы в природе восстанавливаются очень медленно. Скорость накопления топлива, например, в недрах Земли в тысячи раз меньше скорости его потребления.

Органическое топливо. По опубликованным данным Международной энергетической конференции (МИРЭК) общие мировые запасы топлива составля­ют 13,1 трлн, т у. т., из которых 83% приходилось на уголь. Основная масса геологических ресурсов твердого топлива приходится на каменный уголь (75%) и бурый уголь (25%).

Суммарные извлекаемые запасы составляют 7 трлн. т у. т., из них 7% приходится на традиционную нефть, 9% на нефть, содержащуюся в сланцах и битуминозных породах, 5% — на природный газ и 79% —на уголь. Более 40% запасов твер­дого топлива приходится на территорию бывшего Советского Союза, около 30% —США, 15% —на страны Азии и 5% на Европу.

В табл. 1 приведены сведения о мировых извлекаемых энергетических ресурсах (в млрд. т у. т.).

Таблица 1

Виды энергетических ресурсов	Доказан­ные	Дополни­тельные	Всего
Нефть	128	303	431
Конденсат	9	17	26
Природный газ	100	258	358
Нефть сланцевая	66	420	486
Нефть битуминозных пород	58	109	167
Уголь	687	4813	5500
Итого	1048	5920	6968

Ядерная энергия. Одной из быстроразвивающихся отрас­лей топливно-энергетического комплекса является ядерная энергетика. В качестве исходного делящегося материала при­меняется изотоп урана с атомным весом 235 (уран-235). По оценке МАГАТЭ (Международное агентство по атомной энергии) доказанные запасы урана, только в развивающихся странах, рентабельные к разработке (при цене до 80 долл/кг), равны 1,7 млн. т. Мировые геологиче­ские ресурсы урана по сведениям МИРЭК составляют 3,16 млн. т. Уран в природе распространен доста­точно широко, однако в ураносодержащих рудах промышлен­ного значения урана-235 содержится от 0,1 до 0,7%. Приме­нение реакторов-размножителей позволит использовать содержащийся в рудах уран-238. С учетом расширенного вос­производства ядерного горючего в качестве ресурсов для ядерной энергетики можно будет рассматривать и бедные урановые руды, океанскую воду, ураносодержащие кислые породы и геологические ресурсы тория.

Характеристика новых и возобновляемых источников энергии. К новым и возобновляемым источникам энергии (НВИЭ) относят сол­нечную, гидроэнергию, геотермальную, ветровую, приливную, энергию волн, температурный градиент Мирового океана, не­лесную биомассу, древесину, древесный уголь, торф, энергию животных, горючие сланцы, битуминозные песчаники.

На пути освоения НВИЭ в настоящее время имеются зна­чительные технико-экономические трудности, которые обу­словлены малой степенью концентрации энергии в этих ис­точниках и низкой эффективностью преобразования.

Солнечная энергия. Полная мощность излучения Солнца составляет 4^.10²⁶ Вт. Согласно оценкам экспертов солнечное из­лучение приносит Земле примерно 2000Q в год (1Q=1,055^.10²¹ Дж=36 млрд. т.у.т.). Потребление энергии в мире на современном уровне составляет всего око­ло 0,02% по сравнению с потоком солнечной энергии, по­ступающей на Землю.

Однако следует иметь в виду, что плотность потока сол­нечной энергии на Землю мала (около 0,16 кВт на 1 м²) и зависит от времени года, суток и погодных условий.

В настоящее время солнечная энергия применяется для получения тепла (отопление, вентиляция, кондиционирование, горячее водоснабжение, опреснение воды, сушка фруктов, во­доподъем и др.) и для выработки электроэнергии. По оцен­кам специалистов солнечные установки для получения тепла экономически рентабельны в зонах от 50° южной широты и 50° северной широты.

Электрическую энергию можно получать путем термоди­намического, фото- и термоэлектрического и термоионного преобразований. Но пока все эти способы преобразования солнечной энергии в электрическую дороги.

Гидроэнергетические ресурсы. Мировой гидроэнергетиче­ский потенциал земного шара оценивается в 3,8 млрд. кВт, а экономически целесообразные для эксплуатации ресурсы составляют только 1 млрд. кВт. Эти ресурсы используются на уровне 8,5%. Доля гидроэнергии в мировом энергобалансе составляет около 7%.

Приливы и отливы. Энергетический потенциал морских приливов и отливов составляет 300 млрд. кВт. Однако число районов, в которых можно было бы построить энергетические установки, невелико, и часто они расположены на значитель­ном удалении от промышленно развитых районов. Приливно-отливные электростанции работают во Франции и России. Разработаны проекты приливно-отливных электро­станций в Англии, США, Канаде и других странах.

Энергия волн. Энергия морских волн равна примерно 30% суммарного потребления в мире. В настоящее время созда­ны и опробованы на практике установки для преобразования энергии волн.

По отдельным проектам за счет преобразования энергии волн морей, омывающих Англию, можно получить количество электроэнергии для удовлетворения современных потребно­стей страны. В Японии применяются установки для энерго­снабжения портовых маяков, буев и бакенов. Разрабатыва­ются проекты использования энергии волн в Японии, США, Канаде и других странах.

Большие запасы энергии сосредоточены в океанских тече­ниях, таких как Гольфстрим и Куросио.

Энергия ветра. Первоначальным источником энергии вет­ра является энергия Солнца. Поэтому запасы энергии ветра оценивают в процентах от солнечной радиации, поступающей на Землю. Принято считать, что в энергию ветра превра­щается около 2% солнечной радиации.

Ветроустановки могут применяться для получения меха­нической и электрической энергий.

Для получения механической энергии могут применяться ветроустановки в районах, где среднегодовые скорости ветра больше 3,5 м/с, а для выработки электроэнергии — в районах со скоростями ветра более 5 м/с.

Геотермальные источники энергии. С глубин Земли до 5 км может быть получено 4^.10¹⁸ кДж энергии. Это эквива­лентно 1,4^.10¹⁴ т. у. т. Считают, что запасы геотермальной энергии соизмеримы с ресурсами органических видов топлива на Земле.

Геотермальная энергия частично уже используется у нас в стране, в Исландии,

Италии, Новой Зеландии, Мексике, Японии и др.

Значительные энергетические ресурсы заключены в зале­жах битуминозных пород и высоковязкой нефти. Ресурсы жидкого топлива, которое содержится в залежах горючих сланцев и высоковязкой нефти, эквивалентны 580—590 млрд. т нефти.

Значительным резервом энергетических ресурсов являет­ся повышение нефтеотдачи пластов от 25—30% в настоящее время до 40%—в будущем. (Это равнозначно запасам Ближ­него и Среднего Востока).

К нетрадиционным ресурсам жидкого топлива относятся запасы нефти в районах континентального шельфа с больши­ми глубинами воды и в полярных зонах. По экспертным дан­ным освоение этих ресур­сов может дать 200—300 млрд. т нефти.

Ожидается, что в перспективе поставка энергии за счет НВИЭ возрастет до 790—840 млн. т и составит 11 —12% по­ставок первичной энергии. Изменится и долевое участие от­дельных видов НВИЭ: доля гидроэнергии сократится до 33%, торфа —до 1,5%, древесины и геотермальной сохранится на уровне 29,5 и 2%, доля горючих сланцев возрастет до 8%, битуминозных песчаников — до 4%, пассивного использо­вания солнечной энергии — до 10%, нелесной биомассы — до 12%.

Основная причина, сдерживающая широкое использова­ние НВЭР, — значительные издержки производства по освое­нию этих ресурсов.