Глава 9 Топливно-энергетические ресурсы Понятие топливно-энергетических ресурсов

Энергия всегда играла и продолжает играть важную роль в жизнедеятельности человеческого общества. Все виды деятельности человека связаны с затратами энергии. Переход человечества к освоению новых видов топлива для получения необходимой для промышленного производства энергии связан с так называемыми "промышленными революциями". Эти промышленные революции, которые человек целиком относит на свой счет, не смогли бы произойти без запасов энергии, законсервированной растениями в ископаемом топливе. Погибая, растения аккумулировали энергию в отложениях каменного угля, торфе и даже нефти.

На всех стадиях своего развития человек был тесно связан с окружающим миром. Но с тех пор как появилось высокоиндустриальное общество, опасное вмешательство человека в природу резко усилилось, расширился объём этого вмешательства, оно стало многообразнее и сейчас грозит стать глобальной опасностью для человечества. Расход невозобновляемых видов сырья повышается, все больше пахотных земель выбывает из экономики, так как на них строятся города и заводы. Человеку приходится все больше вмешиваться в хозяйство биосферы – той части нашей планеты, в которой существует жизнь. Биосфера Земли в настоящее время подвергается нарастающему антропогенному воздействию.

Развитие современного производства, и, прежде всего промышленности, базируется в значительной степени на использовании ископаемого сырья. Среди отдельных видов ископаемых ресурсов на одно из первых мест по народнохозяйственному значению следует поставить источники топлива и электроэнергии. Особенностью энергетического производства является непосредственное воздействие на природную среду в процессе извлечения топлива и его сжигания, причем происходящие изменения природных компонентов являются весьма наглядными.

Одной из характерных черт современного этапа научно-технического прогресса является возрастающий спрос на все виды энергии.

Топливно-энергетические ресурсы объединяют минеральные богатства, используемые как топливо (уголь, нефть, газ, горючие сланцы, торф, древесина, атомная энергия), так и в качестве источников энергии сгорания в двигателях, получения пара и электричества. В наиболее общем виде - это материальные объекты, в которых сосредоточена энергия, пригодная для практического использования.

Часть топливно-энергетических ресурсов, используемых только как топливо насят название топливных ресурсов. Совокупность энергии Солнца и космоса, атомно-энергетические, топливно-энергетические, термальные и другие источники энергии составляют энергетические ресурсы.

Все источники энергии поразделяются на невозобновляемые и возобновляемые. К первой группе относится так называемое ископаемое топливо. Это уголь, нефть, газ, торф, сланцы. С потреблением этих источников промышленного сырья связаны такие экологические проблемы современности, как парниковый эффект и кислотные осадки. При сжигании этих веществ в атмосферу Земли выбрасывается огромное количество вредных продуктов: СО, СО₂, окислы серы, азота. Вместе с ними окружающая среда загрязняется несгоревшими твердыми частицами.

Особым видом невозобновляемого источника энергии являются ресурсы ядерного горючего. Уран, как ядерное топливо, используется в современных атомных станциях (АЭС). Одним из преимуществ этого является то, что для работы АЭС необходимо сравнительно небольшое количество урана. К тому же, уровень выбросов загрязнителей при использовании атомной энергии намного меньше, чем при сгорании ископаемого топлива (угля).

В угле содержатся естественные радиоактивные элементы – радий, торий, уран, полоний и др., которые вместе с золой выбрасываются в атмосферу. К примеру, пылеугольная ТЭС мощность 1200 МВт, потребляя 3,4 млн т угля в год, выбрасывает в атмосферу ежегодно 130 тыс.т золы. Их активность составляет 100 мбэр/год. Для АЭС аналогичной мощности величина радиоактивных выбросов составляет 0,5-1 мбэр/год.

В идеале, АЭС являются экологически чистыми источниками энергии. Однако, практически оказалось, что экологическая безопасность АЭС относительна. Достаточно вспомнить глобальную катастрофу на Чернобыльской АЭС. К тому же одной из значительных проблем при производстве энергии на АЭС является проблема захоронени радиоактивных отходов. Сюда же можно отнести проблему постепенного изнашивания оборудования радиоактивной зоны – зоны действия атомного реактора.

Применение нефти и природного газа в сочетании с развитием электроэнергетики, а затем и освоение энергии атома позволили промышленно развитым странам осуществить грандиозные преобразования, итогом которых стало формирование современного облика Земли.

Энергия неразрывно связана с повседневной жизнью каждого человека. Уровень материальной, а в конечном счете и духовной куль­туры людей находится в прямой зависимости от количества энер­гии, имеющейся в их распоряжении. Чтобы добыть руду, выплавить из нее металл, построить дом, сделать любую вещь, нужно израс­ходовать энергию. А потребности человека все время растут, да и людей становится все больше.

Проблемы энергетики затрагивают все слои человеческого общества. Рассматривая энергию как таковую, весьма важно различать различные ее виды на определенных стадиях преобразования и использования.

Прежде всего это первичная энергия, которая содержится в первичных природных источниках. Потребность в первичной энергии будет существовать всегда. Объемы ее использования зависят с одной стороны от оптимального соотношения между качеством технологии превращения энергии и ее конечным использованием, и с другой стороны - от возможности применения альтернативных источников энергии.

Существует три класса источников первичной энергии:

1. ископаемое топливо;

2. атомная энергия;

3. энергия солнца.

Источниками первичной энергией являются также каменный уголь, нефть, природный газ, природный уран. В качестве источника первичной энергии также можно рассматривать воду, падающую через плотину. Иногда первичная энергия может выступать в роли конечной энергии, то есть энергии, непосредственно обеспечивающей энергетические нужды потребителя. Одним из источников такой энергии, является природный газ.

Следует отметить, что использование ископаемого топлива для производства первичной энергии возможно и приемлемо только в том случае, если технологии его переработки и использования постоянно совершенствуются. Это подразумевает уменьшение выбросов соединений серы в летучих газах, а также сокращение выбросов окислов азота, тяжелых металлов и СО₂ при использовании ископаемого топлива.

Основным источником энергии для всего живого на Земле является энергия Солнца. До поверхности нашей планеты доходит количество солнечной энергии, равное 100 000 ТВт (1 ТВт=1х10¹²Вт). Эта энергия поглощается биомассой или преобразовывается в энергию ветра, гидроэнергию, волновую и энергию приливов-отливов. Подсчитано, что на нужды мирового хозяйства требуется 10 ТВт энергии. Следовательно, общий объем возобновимых источников энергии огромен.

В большинстве случаев первичная энергия преобразуется во вторичную энергию. Примерами источников вторичной энергии служат электричество и бензин.

Способы преобразования первичной энергии во вторичную могут быть разными. В одном случае она может преобразовываться на тепловых электростанциях (энергия падающей воды превращается в электрическую), и нефтеперерабатывающих предприятиях, где нефть преобразуется в более удобные виды энергии - бензин, керосин, дизельное топливо, лигроин. В другом случае это может быть атомная электростанция, где используется энергия расщепленного ядра. Необходимо помнить, что при любом преобразовании первичной энергии во вторичную происходят ее потери, так же как и при доставке энергии потребителю.

Вторичная энергия в форме конечной энергии используется человеком в свечении электрической лампочки, работе кофемолки, компьютера или мотора.

Последний этап, - превращение конечной энергии в полезную, т.е. в энергию, которая фактически переходит в продукцию или используется в обслуживании.

Сегодня на каждого из живущих на земле людей приходится около 3 кВт энергии. Для сравнения: электрокамин с одной спиралью обычно потребляет 1 кВт. Однако это потребление энергии неодинаково в различных районах мира. Наиболее высоко оно в странах Северной Америки и Европы. В развивающихся странах потребление энергии составляет около 500 Вт (1 кВт = 1000 Вт), а промышленно неразвитые страны живут на уровне потребления менее 100 Вт на человека.

В настоящее время в связи с ростом энергопотребления, выработанностью легкодоступных месторождений нефти, ограниченностью ее запасов в земной коре, угрозой ее исчерпания, а также более эффективным использованием нефти как сырья в химической промышленности возникла проблема ускорения развития других отраслей топливно-энергетического комплекса как в целом по стране, так и по отдельным регионам.

Еще одним источником энергии являются горючие сланцы и битуминозные пески. Добываемая нефть может представлять собой не жидкость, а довольно вязкую массу. В этом случае порода именуется битуминозным песком. Если же нефть смешана с мелкими частицами, которые лишают ее текучести, то такая порода носит название горючих сланцев. Месторождения горючих сланцев преимущественно сосредоточены в Северной Америке (70%) и в Латинской Америке (25%), битуминозных песков - в Канаде, Южной Америке, Сибири и Нигерии. Их запасы приближаются к запасам природного газа. Получаемое из них топливо сравнительно дорогое, поскольку и сланцы, и пески требуют предварительной термической обработки. Прогнозируется, что максимум добычи этого ископаемого топлива будет приходится на 2010 г.

Топливно-энергетические ресурсы Беларуси

В настоящее время в недрах Беларуси выявлено около 5 тыс. Месторождений, представляющих около 30 видов минерального сырья. Топливные минеральные ресурсы Беларуси включают нефть, нефтяные газы, торф, бурый уголь и горючие сланцы. В качестве топливных ресурсов в республике используется также древесная масса (табл. 13).

Таблица 13. Характеристика основных топливных ресурсов Беларуси

Нефть 2,9-3,0 извлекаемость из недр – 30%

Попутные газы 0,30-0,55

Горючие сланцы 1 млрд. Т отсутствует технология

(запасы) использования

Бурые угли 1,2 то же

Торф 0,15-1,6 освоено производство

Дрова и отходы совершенствуется технология

древесины 5,-6,0 использования

Нефть до сих пор является главным сырьем для производства бензина, дизельного и реактивного топлива, ценных химических продуктов. Судя по данным, представленным в табл.14, сокращения темпов роста добычи пока не видно.

Таблица 14. Добыча нефти, млрд. баррелей

В Беларуси первый фонтанный приток нефти получен в 1953 году. Первое промышленное месторождение (Речицкое) открыто в 1964 году. К началу 1985 года разведаны 35 месторождений нефти. Всего отмечено 58 месторождений нефти, из которых эксплуатируются около 30. Все они находятся на юге Беларуси и приурочены к северной части Припятского прогиба. Глубина залегания от 1612 м (Березинское месторождение) до 4580 м (Первомайское). Площадь нефтяных залежей от 1-2 км² до 50 км² (Речицкое месторождение). Мощность нефтенасыщенных пород от 1-2 до 180 м (Южно-Александровское). По углеводородному составу нефть Беларуси относится к метанонафтеновому типу, её плотность от 715 до 932 кг/м³. Выход светлых фракций при температуре до 300°С от 17 до 88%. Содержание парафина от следов до 30,6%, смол от 0 до 28,5%, серы от 0 до 2,15%.

В пластовых условиях нефть содержит попутные газы от 30 до 800 м³/т. Качество нефти закономерно меняется по площади Припятского прогиба: на севере преобладают парафинистые, смолистые, малосернистые нефти, на юге — высокосмолистые, высокосернистые, малопарафиновые. Добывается фонтанным и насосным способами. Часть добытой нефти транспортируется по нефтепроводу “Дружба”. Перерабатывается Новонолоцком и Мозырским нефтеперерабатывающими заводами; основная продукция — бензин, дизельное и нефтяное топливо, керосин, мазут, смазочные масла, битумы.

Общие извлекаемые ресурсы нефти в республике оценены в 362,1 млн. т (525 млн. т у.т.). В промышленную категорию переведено примерно 48% указанных ресурсов.

Следует отметить, что общая производительность существу­ющих скважин снижается, так как мно­гие разработанные нефтяные пласты уже перешагнули пиковый рубеж произ­водительности. Эти обстоятельства фор­мируют тенденцию спада в добыче неф­ти и в будущем.

Для сохранения существующих объе­мов добычи необходимо применение новейшей технологии и разработка но­вых месторождений. Уровень добычи попутного газа к 2005 году составит приблизительно 193 млн. м³.

Для сведения: в 2000 году было добы­то около 1,88 млн. т нефти и 280 млн. м³ попутного газа. Следует отметить, что, по сравнению с 1997 годом, наметилась тенденция к увеличению добычи нефти (в 1997 было добыто 1,797 млн. т нефти и 275 млн. м³ попутного газа).

Торфяные ресурсы Беларуси значительно истощены вследствие интенсивного использования на предыдущих этапах экономического развития республики.

Общие прогнозные ресурсы торфа оцениваются в 3,0 млрд т. Для промышленной добычи пригодно 240 млн т. В настоящее время в республике ис­пользуется 2204 тыс. тонн торфа, что со­ответствует 769,6 тыс. т условного топлива (т у.т.) (данные 2000 года).

Учитывая имеющиеся ресурсы тор­фа и то, что брикеты достаточно деше­вый вид топлива, по-видимому, целе­сообразно поддерживать их производ­ство на достигнутом уровне. Так как в связи с выработкой запасов на ряде действующих брикетных заводов в ближайшей перспективе возможно снижение объемов производства топ­ливных брикетов.

Увеличение производства торфяного топлива возможно за счет добычи более дешевого (примерно в 2 раза), по срав­нению с брикетами, кускового торфа. Объемы производства кускового торфа при соответствующей организации и закупке оборудования могут быть доведе­ны к 2005 году до 500 тыс. т у.т.

Таким образом, при условии сохране­ния производства брикетов суммарное потребление торфа в качестве топлива в 2005 году может быть 1 млн. 100 тыс. т у.т., что составит 3,7%.

В Республике Беларусь довольно высок потенциал бурых углей. Запасы бурого угля выявлены на территории Белорусского Полесья. Наиболее изучены три месторождения – Житковичское, Бриневское и Тонежское. Общи запас бурых углей составляет 152 млн. т (37 млн. т у.т.), промыш­ленные — 121 млн. т (29,5 млн. т у.т.)

На Житковичском месторождении подготовлены для промышленного осво­ения два месторождения с общими запа­сами 46,7 млн. т (11,4 млн. т у.т.), что Позволяет проектировать строительство разреза мощностью в 2 млн. т (488 тыс. т у.т.). Два других месторождения разве­даны только предварительно.

Имеющиеся в Беларуси бурые угли низкокалорийные (теплота сгорания 1500-1700 ккал/кг), влажность — 55-60%, средняя зольность — 17-23%. В ближайшие 6-10 лет промышленные за­пасы бурых углей предполагается довес­ти до 200 млн. т (48,8 млн. т у.т.), что позволит создать на их базе мощности по добыче в объеме 4 млн. т в год (~ 1 млн. т у.т.).

Имеющиеся бурые угли можно ис­пользовать в качестве коммунально-бы­тового топлива после подсушки и брике­тирования в смеси с торфом или для по­лучения генераторного газа. Если учесть проблемы с топливом в Республике Бе­ларусь, то можно констатировать, что су­ществует реальная необходимость в ос­воении месторождений бурых углей на территории республики.

В Беларуси достаточно велики запасы горючих сланцев. Общие запасы Любанского и Туровского месторождений Припятского сланцевого бассейна оцениваются в 11 млрд. т, промышленные — в 3,6 млрд. т, что соответствует 792 млн. т у.т. Наи­более изученными являются Туровское месторождение. Теплота сгорания этих сланцев — 1000-1600 ккал/кг, зольность — около 75%, выход смолы — 6-12%. За­пасы сланцев с теплотой сгорания около 1600 ккал/кг составляют 475 млн. т (108,6 млн. т у.т.).

По своим качествен­ным показателям сланцы не являются эффективным топливом из-за высокой зольности и низкой теплоты сгорания. Они требуют предварительной термичес­кой подготовки с выходом жидкого и газообразного топлива. Стоимость полу­ченных энергоносителей при этом доста­точно высока и приближается к мировым ценам на нефть. Учитывая, что в настоящее время наметилась тенден­ция к повышению цен на энергоносите­ли, вероятно, есть смысл еще раз более тщательно проанализировать перспек­тивы использования горючих сланцев с учетом имеющихся современных техно­логий.

В качестве реального замещения основных видов топливных ресурсов в Беларуси целесообразно использовать древесную массу: отходы деревообрабатывающего производства, маломерная и сухостойная древесина, кустарники и т.п.

Как показывает опыт, себестоимость теп­ловой энергии, полученной с использо­ванием древесной массы (при учете кон­кретных условий), в 2-4 раза ниже по сравнению с экспортируемым углеводо­родным топливом. Таким образом, эко­номическая выгода от использования древесного топлива не вызывает сомне­ний. Следует заметить также, что, увеличивая объем сжигания древесного топ­лива, впрочем как и любого другого ви­да местного топлива, мы тем самым уменьшаем потребление дорогостояще­го импортируемого углеводородного топливного сырья.

Оценка экономически целесообраз­ных объемов использования древесины и древесных отходов для топливных це­лей по областям и в целом по Беларуси до 2015 года приведена в таблице 15. Та­ким образом, в 2005 году мы можем ис­пользовать 2 млн. 125 тыс. ту.т. древес­ного топлива, что приблизительно соста­вит 7% к общему потреблению топлива.

Эти данные показывают также, что, исходя из стратегических и экономичес­ких интересов государства, в ближайшее время целесообразно перевести на дре­весное топливо имеющиеся 1022 котель­ные с годовым расходом 412 тыс. т у.т., работающих на угле и находящихся в зо­не оптимального радиуса использования топливной древесины и древесных отхо­дов. Поименный перечень этих котельных имеется в Белорусском теплоэнер­гетическом институте.

Таблица 15. Оценка экономически целесообразных объемов

использования древесины и древесных отходов

для топливных целей (в тыс. т у.т. в год)

Что касается дополнительного вклада в древесную топливную массу посадок специальных быстрорастущих растений, то здесь окончательные оценки могут быть сделаны только после завершения проводимых в настоящее время опытов в этом направлении.