Понятие о топливно-энергетических ресурсах

Топливно-энергетические ресурсы (ТЭР) – это материальные объекты, в которых сосредоточена энергия, пригодная для практического использования человеком. Энергетическим ресурсом называют любой источник энергии естественный или искусcтвенно активированный.

Энергетические ресурсы – носители энергии, которые используются в настоящее время или могут быть использованы в перспективе. Природные ресурсы подразделяются на группы по функционально значимым признаками (рис. 12.1.).

 

 

 

 

костические

невозобновляемые

возобновляемые

исчерпаемые                                                                    неисчерпаемые

	климатические

 

– Земля      – Ресурсы недр              - Энергия солнца -Температура и

– Растения        (нефть, уголь,        - Энергия приливов влажность воздуха

– Животные     ядерное топливо)      и отливов         –Энергия ветра

(биоресурсы)                                                –               - Геотермальная

водные

 энергия

 

 

Рис. 12.1. Классификация природных ресурсов

 

К возобновляемым относят ресурсы, восстанавливаемые природой (земля, растения, животные) к не возобновляемым ресурсам относятся уголь, нефть и другие запасы, которые образовались и накопились в других геологических эпохах. К неисчерпаемым относятся космические, климатические, водные ресурсы.

Из всех видов энергоресурсов энергия Солнца имеет особое значение. Органическое топливо, используемое сегодня обязано своим происхождением фотосинтезу растительности болот, лесов доисторической эпохи. Правда, небольшое количество теплоты образуется за счет:

● радиоактивной земной коры;

● наличия раскаленного земного ядра;

● гравитационной энергии взаимодействия Земли с Луной и Солнцем.

Не весь поток солнечного излучения утилизируется, где-то 30–40% этого потока рассеивается прямым отражением.

Топливно-энергетические ресурсы – это сумма всех природных и преобразованных видов топлива и энергии используемых в Республике.

Топливо – горючее вещество, применяемое для получения теплоты путем его сгорания.

Энергия – способность тела или системы тел совершать работу.

Энергетические ресурсы – носители энергии, которые используются сейчас или могут быть использованы в необходимое время. Энергетические ресурсы по способу преобразования в них энергии делятся на первичные и вторичные. Первичный энергоресурс, который не был подвергнут какой-либо переработке. Вторичный ресурс, получаемый в ходе любого технологического процесса в результате недоиспользования первичной энергии или в виде побочного продукта основного производства.

Классификация топлива

В настоящее время термин «топливо» распространяется на все материалы, служащие источником энергии.

1. По происхождению топливо подразделяют на:

● природное – уголь, торф, нефть, горючие сланцы, древесина и др.

● искусственное – генераторный газ, моторное топливо, кокс, брикеты и др.

2. По своему агрегатному состоянию топливо делят на:

– твердое, жидкое, газообразное, ядерное, органическое.

3. По своему назначению топливо при использовании подразделяют на:

– энергетическое, технологическое, бытовое.

● Твердое топливо является продуктом разложения органической массы растений. Самое молодое из них торф – он представляет собой плотную массу, которая образовалась из перегнивших остатков болотных растений.

Бурые угли – второе твердое вещество по «возрасту» – землянистая или черная однородная масса, которая при длительном хранении на воздухе может окисляться и рассыпается в порошок.

Каменный уголь обладает повышенной прочностью и малой пористостью. Он на 93% состоит из углерода. Наибольшими запасами угля располагает США и Россия. Значительные залежи его имеются в Германии, Англии, Китае, Украине, Казахстане. Запасы угля распределены весьма неравномерно. Уголь имеет много минеральных примесей, что усложняет его использование.

Древесина – является возобновляемым твердым топливом. В некоторых регионах древесина, особенно ее отходы, используются в качестве топлива. В виду того, что в Беларуси леса занимают ¹/₃ территории, то древесина занимает значительный удельный вес энергетического материала. Лес – наше богатство (А.Г. Лукашенко).

Брикеты – механическая смесь угольной пыли или торфяной мелочи со связующими веществами (битум и др.).

● Жидкое топливо – все жидкое топливо пока получают путем переработки нефти. При перегонке нефти получают ряд продуктов, имеющих важное техническое значение: бензин, керосин, смазочные масла, вазелин, который применяется в медицине и парфюмерии.

Нефть – жидкое горючее ископаемое вещество. Представляет собой бурую жидкость, содержащую в растворе газообразные и легколетучие углеводороды. Нефть имеет своеобразный смоляной запах.

Мировые геологические запасы нефти оцениваются примерно в 200 млрд. т., из которых 53 млрд. т. составляют достоверные запасы. Основное количество достоверных запасов нефти расположено в странах Среднего и Ближнего Востока. В странах Западной Европы сосредоточены относительно небольшие запасы нефти. Прирост нефти происходит в основном за счет морских шельфов. Общих запасов нефти в мире меньше, чем угля. Нефть потребителям отправляется по нефтепроводам, железной дорогой, танкерами (нефть Венесуэлы в Беларусь). Сырую нефть нагревают до 300–370°С, после чего полученные пары разгоняют на фракции, которые конденсируются при различной температуре tк:

– сжиженный газ – выход около 1%;

– бензиновая фракция – выход около 15%, tк равна 30–180°С;

– керосиновая фракция – выход около 17%, tк равна 120–135°С;

– дизельная фракция – выход около 18%, tк равна 180–350°С;

– мазут – жидкий остаток с температурой начала кипения 330–350°С.

Мазут и моторное топливо представляют собой сложную смесь углеводородов, в состав которых входят, в основном, углерод – 84–86% и водород – 10–12%.

В мазуте содержится до 4,3% серы, что осложняет защиту окружающей среды при его сжигании. Зольность мазута не должна превышать 0,14%. В состав золы мазута входят соединения железа, никеля, ванадия и других металлов. Мазут обычно сжигают в бытовых отопительных бытовых установках, печное бытовое топливо.

● Газообразное топливо. К газообразному топливу относятся:

– Природный газ – добываемый из чисто газовых месторождений. Основным компонентом его является метан СН₄, кроме того в газе разных месторождений в небольших количествах содержится: азот (N₂), высшие углеводороды (СnНm), диоксид углерода (СО₂), может быть, хотя его очищают от сернистых соединений, особенно сероводорода (Н₂S). Природный газ располагается в залежах, представляющий собой «купола» из водонепроницаемого слоя (типа глины), под которым в песчанике под давлением находится газ. Из скважины на выходе очищается газ от песчаной взвеси и других включений и подается на магистральный газопровод диаметром 0,5–1,5 м. длиной сотни километров.

Давление газа в газопроводе поддерживается на уровне 5 МПа при помощи компрессоров, устанавливаемых через каждые 100–150 м. Компрессоры вращаются турбинами, потребляющими газ. Транспорт газа обходится, 10–12% расхода транспортируемого газа на поддержание его давления и перекачку:

– Попутный газ нефтяных месторождений. При добыче нефти, выделяется так называемый попутный газ, содержащий меньше метана, чем природный газ, но больше высших углеводородов (СnНm). При сгорании дает больше теплоты;

– Сжиженный газ получают при первичной переработке нефти и попутных нефтяных газов. Заполняют им обычно баллоны для бытового использования;

– Технический пропан (не менее 93% С₃Н₈ + С₃Н₆) и технический бутан (не менее 93% С₄Н₁₀ + С₄Н₈) и их смеси, которыми обычно заправляют автомобили, работающие на газообразном топливе;

– Биогаз – продукт анаэробной ферментации (сбраживание органических отходов (навоз, растительных остатков, мусора, сточных вод и т.д.)).

Получение газа в результате анаэробного сбраживания свалок, предварительно отсортированного бытового мусора, отходы крупных животноводческих комплексов позволяют решить проблемы:

– обеспечение комплексов электроэнергией;

– решить проблему загрязнения окружающей среды жидкими отходами;

– получение высокоорганических удобрений.

В Китае, Японии и других странах широко используется биогаз.

– Водород – является перспективным топливом, обладающим в три раза большей удельной энергоемкостью по сравнению с нефтью. Водород в связаном состоянии содержится в малекулах воды. При его сжигании образуется вода, не загрязняющая окружающую среду. Водород без больших затрат сохраняется, транспортируется.

Получают сейчас водород путем электролиза, из природного газа. В настоящее время ведутся во всех странах мира экономические способы получения водорода. Конечно, водородное топливо решит глобальные проблемы энергетики, экологии и экономики.

● Ядерное топливо. Тяжелые ядра урана и тория являются единственными природными видами ядерного топлива. Энергия в виде теплоты высвобождается под действием медленных нейтронов при делении изотопа U²³⁵, который составляет в природном уране ¹/₁₄₀ часть. В качестве сырья могут использоваться U²³⁸ и Тh²³²которые при облучении нейтронами превращаются в новое ядерное топливо соответственно Рu²³⁹ и U²³⁹.

При делении всех ядер, содержащихся в 1 кг.урана выделяется энергия 2 · 10⁷ кВт. ч, что эквивалентно 2,5 тыс. т. высококачественного каменного угля с теплотой сгорания 35 МДж/кг (8373 ккал/кг).

Условное топливо

Все виды топлива обладают разной энергоемкостью. Удельной энергоемкостью называется количество энергии, приходящейся на единицу массы физического тела энергоресурса. С целью сопоставления различных видов топлива принята единица измерения – условного топлива, позволяющего установить:

– суммарный учет его запасов;

– оценку эффективности использования энергетических ресурсов;

– сравнения показателей теплоиспользующих устройств.

Условное топливо – это такое топливо, при сгорании 1 кг.которого выделяется 29309 кДж, или 7000 ккал энергии. Для сравнительного анализа используется 1 т. условного топлива.

1 т. у.т. = 29309 кДж = 7000 ккал = 8120 кВт ч.

Этот показатель соответствует хорошему малозольному углю.

Для анализа за рубежом используется условное топливо с теплотой сгорания 41900 кДж/кг (10000 ккал/кг). Этот показатель называется нефтяным эквивалентном. В табл. 12.1. дана удельная энергоемкость некоторых энергетических ресурсов в сравнении с условным топливом.

 

Таблица 12.1.