| Главная » Статьи » Учебно-научные |
А.С.Баёвд-р техн. наук, профессор, Почетный работник флота, заведующий кафедрой Судовых энергетических установок СПбГУВК Энергетика в XXI веке Основными источниками энергии в мире являются первичные энергоносители (топлива), получаемые путем переработки природных энергетических ресурсов: нефти, каменного угля, природного газа, газового конденсата, горючих сланцев и ядерного горючего (уран-235 и уран -237). Распространение того или иного энергоносителя определяется прежде всего затратами на извлечение из недр (добычу) энергоресурсов, переработку в первичные энергоносители и на подготовку топлива к использованию. В этом смысле наиболее выгодными оказались нефтяные топлива, что и определило их широкое использование. Однако по мере роста потребности в энергии все большее значение начинают приобретать запасы природных энергетических ресурсов и сроки их истощения, которые оцениваются следующим образом: каменный уголь 150 - 300; нефть 30 -50; природный газ 25 - 40, горючий сланец 110 - 200, ядерное горючее для реакторов: 25 лет на тепловых нейтронах и 1500 лет на быстрых нейтронах [ 1]. В связи с этим в структуре потребления топливно-энергетических ресурсов все заметнее тенденция к снижению доли топлив нефтяного происхождения и к повышению использования каменного угля и горючих сланцев. Между тем, имеются определенные факторы, ограничивающие их широкое применение - это неравномерное географическое распределение запасов, большие капитальные вложения Существует однозначная зависимость между уровнем развития страны, ее валовым национальным продуктом (ВНП) и энергопотреблением (табл.1). Наибольший расход энергии около 300000 МДж в год приходится на одного среднестатистического жителя США. Расчеты показывают, что если бы все население планеты позволило бы такой уровень энергопотребления, то разведанных запасов нефти хватило бы всего на 7 лет, а угля - на 18 лет. В связи с этим создается впечатление, что такие "стандарты" энергопотребления для всей планеты не возможны, да и не допустимы. Однако, если учесть эффективность потребления энергии, то удельный расход энергии, приведенный к приросту ВНП, в США оказывается вполне сопоставим с затратами энергии в других странах (табл.1). Поэтому представляется, что современные показатели энергопотребления вполне могут быть использованы и при оценке потребности в энергии на перспективу. Таблица 1. Удельные показатели потребления энергии
В табл. 2 приведены результаты расчета гипотетического потребления энергии в мире, выполненного на основе демографического прогноза Организации Объединенных Наций [3]. Таблица 2 . Гипотетические объемы мирового энергопотребления в Q = 1015 МДж
Рост удельного энергопотребления определялся с помощью логистической функции. При этом исходное значение годового потребления энергии на душу населения принималось равным среднему достигнутому значению, а значение удельного энергопотребления в 2100 году - удельному расходу энергии в США (табл.1). Суммарное годовое потребление энергии рассчитывалось как произведение численности населения на удельное энергопотребление, а интегральная потребность в энергии на перспективу как сумма годовых энергопотребностей за рассматриваемый период и объема потребления энергии за предшествующие годы. В качестве единицы измерения потребности энергии использована условная единица 1Q, равная энергии, выделяющейся при сгорании 3,6*1010 тонн условного топлива. Сопоставление полученных данных с результатами аналогичных оценок [2-4] показывает, что они достаточно хорошо согласуются. В связи с этим представляется, что результаты настоящего прогноза достаточно корректны и могут быть использованы в качестве ориентира при оценке возможных энергоисточников на перспективу. Суммарные разведанные запасы традиционных органических энергоресурсов оцениваются в 23Q, а геологические - приблизительно в 300Q [1]. Сопоставление их с данными табл. 2 свидетельствует о том, что формально органического топлива вполне достаточно для удовлетворения потребностей в энергии вплоть до 2100 года. Однако, более 80% запасов органических энергоресурсов - это уголь, возможности использования которого в качестве топлива оцениваются как ограниченные вследствие экономических и экологических причин, приведенных выше. Суммарные же запасы нефти и природного газа относительно невелики ( 5-6Q разведанных и около 30Q геологических) и в лучшем случае их хватит на удовлетворение энергопотребностей на ближайшие 20-25 лет (табл.2). К тому же использование органических энергоресурсов в качестве источника энергии является крайне нерациональным. На это обращал внимание еще Д.И.Менделеев, говоря, что "сжигать нефть в топках - это все равно, что растапливать печь ассигнациями". Дело в том, что при сжигании органического топлива освобождается менее 10-7% скрытой в нем энергии. Остальная часть энергии теряется с отходами, золой и шлаками. И поэтому значительно более полезным является использование, особенно, нефти и природного газа в качестве сырья для химической промышленности. В связи с изложенным на долгосрочную перспективу органическое топливо не может рассматриваться как крупномасштабный источник энергии, обеспечивающий все потребности человечества в энергии. Его доля в мировом энергообеспечении уже в ближайшей перспективе оценивается около 50% (табл.3) и в дальнейшем, по-видимому, будет снижаться. К другим перспективным источникам энергии относятся возобновляемые источники (реки, морские приливы и отливы, термальные воды Земли, Солнце в виде солнечного излучения, ветра, волн, биотоплива, тепловой энергии морей и океанов) и ядерное горючее. Среди возобновляемых источников энергии наибольшими потенциальными возможностями обладает солнечное излучение (табл.4). Таблица 3 . Структурный прогноз мирового энергопотребления [4], %
Таблица 4 . Потенциальные возможности перспективных источников энергии
Суммарный потенциал остальных возобновляемых энергоисточников составляет около 3Q в год, а реальные их возможности, по крайней мере, на порядок меньше вследствие экологических и технико-экономических причин [2]. Что же касается солнечного излучения, то использование только 0,2% его потенциала могло бы обеспечить все мировые потребности в энергии. Однако, низкая интенсивность солнечного излучения (даже в южных широтах средняя плотность потока солнечного излучения не превышает 250 Вт/м2 , большая материало- и трудоемкость (более, чем в 50 раз больше энергетики на органическом топливе) ограничивают область применения солнечной энергетики на уровне локальных задач. В целом на долю возобновляемых источников энергии эксперты Мирового энергетического совета в ближайшие 20-25 лет отводят не более 15% (табл.3). Несравненно большими потенциальными возможностями обладают ядерные источники энергии (табл.4). Известно, что существуют два метода получения энергии из ядер: первый - это метод деления тяжелых ядер, а второй - метод слияния легких ядер (термоядерный синтез). Первый метод может быть реализован в реакторах на тепловых и на быстрых нейтронах. В последнем случае эффективность использования природного урана, по крайней мере, в 20 раз больше, чем в реакторах на тепловых нейтронах. В связи с этим энергетический потенциал ядерной энергетики на быстрых нейтронах при использовании урана только земной коры оценивается более, чем на четыре порядка выше по сравнению с энергетикой на тепловых нейтронах (табл.4). И наконец, многократно повышает энергетику будущего термоядерная энергетика (табл.4). Даже незначительное использование ее ресурсов может обеспечить мировые потребности в энергии на многие столетия без каких-либо топливных ограничений. Ограничения по ядерной энергетике главным образом связаны с обеспечением её необходимой безопасности, а также с психологическими факторами. По существу, это двуединая проблема, решение которой вполне возможно уже в современных условиях [5]. Таким образом, наиболее вероятными направлениями развития мировой энергетики в XXI веке являются угольная энергетика и ядерная энергетика. Перспективы последней связываются с крупномасштабным производством электрической и тепловой энергий промышленного и бытового назначения, а также для выработки водорода, прежде всего, как топлива для мобильной энергетики, в частности, энергетики транспорта. Возобновляемые источники энергии могут рассматриваться как вспомогательные энергоресурсы регионального значения. В России основными потребителями энергии являются промышленность и строительство (около 55%), жилищно-коммунальное хозяйство (21%), транспорт (14%) и сельскохозяйственный комплекс (около 7%). Общее энергопотребление внутреннего водного транспорта относительно невелико (около 1,6%), но в основном это самые ценные виды энергоносителей (табл.5). Исходя из тенденций развития мировой энергетики, можно предполагать, что энергообеспечение внутреннего водного транспорта в XXI веке будет в основном базироваться на традиционных энергоносителях с возможным расширением вначале века газового топлива. В дальнейшем возможен постепенный переход на синтетические жидкие топлива из углей, горючих сланцев и на нетрадиционные энергоносители, базирующиеся на крупномасштабном производстве электроэнергии, в частности, на водород. При этом применение водорода возможно как основного топлива, так и в качестве добавки к жидким топливам. Последний вариант более вероятен. Таблица 5 . Структура энергопотребления на речном транспорте, %
Библиографический список 1.Большаков В.Ф. и др. Рациональное использование природных ресурсов на морском транспорте. М.: Транспорт, 1992. 2.Михаэлис Г. Долгосрочные прогнозы энергоснабжения // Атомная техника за рубежом, 1978, № 9. 3.XV конгресс Мирового энергетического совета//Теплоэнергетика,1993,№6. 4.Щелоков Я.М. Проблемы энергосбережения в сложившейся экономической ситуации // Промышленная энергетика, 1994, № 4. 5.Бабаев Н.С., Демин В.Ф. и др. Ядерная энергетика, человек и окружающая среда/Под ред. А. П. Александрова. М.: Энергоатомиздат, 1984. В Сборнике научных трудов СПбГУВК «Судостроение и судоремонт». С-Пб.:ИПЦ СПбГУВК, 1999
| ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Просмотров: 558 | | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Всего комментариев: 0 | |