Среди горючих полезных ископаемых наибольший вклад в энергопотребление
Энергетические ресурсы — это все источники разнообразных видов энергии, доступные для промышленного и бытового использования в энергетике.
Энергетические ресурсы делятся на невозобновляемые, возобновляемые и ядерные. По происхождению энергетические ресурсы делятся на топливо различных видов (как вознобновляемое, так и нет), энергию различных природных процессов, и ядерную энергию. Также выделяется специальная категория вторичных энергетических ресурсов (топливных, тепловых, и ВЭР избыточного давления). Человеком используются самые разные виды энергии: тепловая, электрическая, ядерная, химическая, механическая. Энергетические ресурсы используются в первую очередь для генерации электроэнергии и в топливной промышленности.
Оценка доступных мировых запасов энергоресурсов[en] крайне важна в рамках подхода устойчивого развития.
История[править | править код]
До XIX века основным энергетическим ресурсом на планете была древесина. Промышленная революция, изобретение паровой машины привели к широкому использованию угля, массовое применение двигателей внутреннего сгорания потребовало резкого увеличения добычи нефти, стало возрастать использование природного газа. Появились, заняли свое место в мировой экономике, но не заняли ведущих мест гидроэнергетика и ядерная энергетика. «Эра нефти» дала толчок интенсивному развитию экономики, что потребовало, в свою очередь, увеличения ее производства и потребления. В последние десятилетия потребление энергии удваивается каждые 13—14 лет.
Виды ресурсов[править | править код]
Невозобновляемые энергетические ресурсы[править | править код]
К невознобновляемым энергетическим ресурсам относят все виды ископаемого топлива: нефть, природный газ, каменный и бурый уголь, горючие сланцы, торф. В мировых запасах ископаемого топлива ведущую роль играет уголь (до 60 % в пересчете на условное топливо), на нефть и газ приходится около 27 %. При оценке запасов выделяются доказанные запасы и конечные (предполагаемые) запасы.
В 2010 году примерно 91 % всей энергии, производимой человечеством на Земле, добывалось сжиганием разных видов топлива, при этом львиная доля приходилось на невознобновимое ископаемое топливо[1]. По прогнозам американского агентства EIA (Energy Information Administration), доля ископаемого топлива к 2040-му году снизится лишь до 78 %, при одновременном росте энергопотребления на 56 % в период с 2010 по 2040 годы[2]. С этим связаны такие глобальные проблемы современной цивилизации, как истощение невозобновляемых энергоресурсов, загрязнение окружающей среды и глобальное потепление.
Основу энергетики составляют тепловые электростанции (ТЭС), использующие химическую энергию органического топлива. На 2010 год ТЭС на ископаемом топливе обеспечивали более 67 % от общей выработки всех электростанций мира[3].
Нефть[править | править код]
Доказанные мировые извлекаемые запасы нефти оценивались в 1638[4]—1687[5] млрд баррелей на 2012 год, хотя конечные запасы могут составлять 9800-18900 млрд баррелей[6], в том числе обнаруженные, но не обработанные месторождения, запасы, неизвлекаемые при существующих технологиях, а также альтернативные источники (битуминозные пески и сланцевая нефть).
По данным Международного энергетического агентства (IEA), нефть была источником 32 % всей энергии и 4,6 % электроэнергии в 2010 году[7].
Помимо использования в качестве источника энергии, нефть используется и как химическое сырье, по данным Международного энергетического агентства, в 2010 году 16,8 % нефтепродуктов уходило на не-энергетическое использование[8].
Природный газ[править | править код]
Природный газ широко применяется как топливо для ТЭС, для транспорта с газовым двигателем, для централизованного (Теплоэлектроцентрали, котельные) или децентрализованного отопления и горячего водоснабжения в жилых домах и промышленных зданиях, и для приготовления пищи на газовых плитах.
Доказанные извлекаемые запасы природного газа на 2012 год составляли, по разным оценкам 185[9]-192[10] трл. куб.м., что на 39 % больше, чем 20 лет назад.
По данным IEA, газ был источником 21 % всей энергии и 22 % электроэнергии в 2010 году[7], 5,5 % газа при этом использовалось не в качестве топлива[8].
Уголь[править | править код]
Уголь является наиболее распространённым и используемым ископаемым топливом. Открытие промышленных свойств угля запустило промышленную революцию, а темпы его потребления растут и по сей день. Доказанные извлекаемые мировые запасы угля по оценке американского агентства EIA на 2009 год составляли 946 млрд тонн, такие запасы позволят поддерживать текущий уровень потребления до 2130 года[11]; однако, при ежегодном росте потребления на 5 % запасы истощатся значительно раньше. По оценке British Petroleum, запасы угля на 2013 год составляли 891 млрд тонн, и их хватит до 2126 года[12].
По данным IEA, уголь был источником около 27 % всей энергии и около 40 % электроэнергии в 2010 году[7].
Возобновляемые энергетические ресурсы[править | править код]
Возобновляемые источники энергии (т. н. «зеленая энергия») — те природные ресурсы, которые могут служить источниками энергии, и которые относятся к возобновляемым ресурсам, то есть пополняются естественным путём и по человеческим масштабам являются неисчерпаемыми. Такими ресурсами могут служить возобновляемые органические ресурсы и ряд природных процессов.
В 2010 году из возобновляемых источников энергии было обеспечено около 13 % мирового потребления энергии (2.3 % гидроэнергетика, 10 % биотопливо и отходы, 1 % альтернативные источники энергии), и около 20 % всей электроэнергии (16 % гидроэнергетика, 3,7 % биотопливо и альтернативные источники энергии), по данным Международного энергетического агентства (IEA)[7]. По оценкам американского EIA на этот год, доля «зеленой энергии» в мировом потребления энергии составляла 11 % и ожидался рост на еще 4 % к 2040 году[2]. По данным аналитического центра REN21, доля возобновимых источников в производстве электроэнергии в 2010 году составила 20,3 % (15 % гидроэнергетика, 5,3 % биотопливо и альтернативные источники энергии)[13]
Биотопливо[править | править код]
К возобновимым видам топлива относится топливо из растительного или животного сырья, из продуктов жизнедеятельности организмов, а также из органических промышленных отходов: древесина (дрова и измельчённая древесина); топливные гранулы (пеллеты) и топливные брикеты, растительное масло, этанол и др. В настоящее время 54—60 % биотоплива составляют его традиционные формы: дрова, растительные остатки и сушёный навоз для отопления домов и приготовления пищи, их используют 38 % населения Земли. Основной формой биотоплива в электроэнергетике являются топливные гранулы. На транспорте в качестве биотоплива используются в основном этанол, сюда же относят биодизель. В 2014 году этанол составлял 74 % рынка транспортного биотоплива, биодизель — 23 %, гидрированное растительное масло (HVO) — 3 %.
Гидроэнергия[править | править код]
Энергия текущей воды была первым широко используемый для технологических целей видом энергии.
До середины XIX века для этого применялись водяные колёса, преобразующие энергию движущейся воды в механическую энергию вращающегося вала.
Затем стали использоваться гидротурбины, преобразующие механическую энергию далее в электроэнергию.
Гидроэлектростанции обычно строят на реках, для повышения разности уровней воды и гарантированной обеспеченности водой круглый год сооружают плотины и водохранилища. Использование гидроэнергии имеет следующие особенности: первоначальные вложения для строительства ГЭС обычно требуют больше капиталовложения, чем тепловых станций, но стоимость производства энергии на них ниже; ГЭС могут легко и быстро изменять вырабатываемую мощность электроэнергии; крупные и эффективные ГЭС не могут быть построены в любом месте и часто удалены от потребителей; строительство ГЭС оказывает значительное влияние на окружающую среду из-за создания плотин и водоемов.
Мировой потенциал выработки гидроэнергии оценивается почти в 10 трлн кВт/ч. Около 1/2 этого потенциала приходится на Китай, Россию, США, Заир, Канаду, Бразилию.
Альтернативная энергетика[править | править код]
К альтернативной энергетике относят как относительно развитые отрасли — солнечную и ветровую, так и менее распространенные и находящиеся в процессе становления — геотермальная энергетика, электростанции на биотопливе, приливные и волновые электростанции, грозовую энергетику.
Ядерная энергетика[править | править код]
Ядерная (aтомная) энергетика использует для производства электрической (а также тепловой) энергии ядерную энергию. Обычно для получения ядерной энергии используют цепную ядерную реакцию деления ядер плутония-239 или урана-235[14]. В перспективе также ожидается развитие термоядерной энергетики на основе управляемого термоядерного синтеза, в настоящее время эта отрасль не вышла из стадии строительства экспериментальных реакторов.
Ядерная энергия производится в атомных электрических станциях, используется на атомных ледоколах, атомных подводных лодках; существуют программы создания ядерного ракетного двигателя.
В 2010 году ядерная энергия обеспечивала 12,9 % от производства электроэнергии и 5,7 % от всей потребляемой человечеством энергии, по данным Международного энергетического агентства (IEA)[7], около 5 % от всей энергии по оценке американского EIA[2].
Примерно половина мирового производства электроэнергии на АЭС приходится на две страны — США и Францию, существенные объемы энергии вырабатывают АЭС России и Китая. Согласно отчёту Международного агентства по атомной энергии (МАГАТЭ), на 2019 год насчитывалось 449 действующих ядерных энергетических (то есть производящих утилизируемую электрическую и/или тепловую энергию) реакторов в 34 стране мира[15]; на середину 2019 года 54 реактора строились[16]
Прогнозы[править | править код]
Согласно прогнозу 2017 года от British Petroleum, мировой спроса на энергоресурсы вырастет к 2035 году на 30 %, увеличение будет вызвано прежде всего ростом благосостояния в развивающихся странах, но при этом будет существенно меньше роста мирового ВВП благодаря повышению энергоэффективности.
Предполагается, что спрос на нефть будет расти до 2035 года в среднем на 0,7 % в год, но темпы роста будут замедляться; спрос на природный газ будет расти в среднем на 1,6 % в год, а потребление угля будет расти до середины 2020 годов, после чего уменьшится, прежде всего благодаря переходу Китая на более чистые виды топлива. В результате доля газа в мировой энергетике обгонит долю угля.[17]
Примечания[править | править код]
- ↑ Key World Energy Statistics, 2012, p. 6.
- ↑ 1 2 3 International Energy Outlook, 2013, p. 2.
- ↑ Key World Energy Statistics, 2012, p. 24.
- ↑ International Energy Outlook, 2013, p. 37.
- ↑ BP Statistical Review of World Energy, 2014, p. 6.
- ↑ Oil Gas Industry Stats. oiljobsource.com. Дата обращения 14 октября 2019.
- ↑ 1 2 3 4 5 Key World Energy Statistics, 2012, p. 6,24.
- ↑ 1 2 Key World Energy Statistics, 2012, p. 37.
- ↑ BP Statistical Review of World Energy, 2014, p. 20.
- ↑ International Energy Outlook, 2013, p. 62.
- ↑ International Energy Outlook, 2013, p. 84—85.
- ↑ BP Statistical Review of World Energy, 2014, p. 30.
- ↑ Renewables Global Status Report, 2012, p. 23.
- ↑ Атомная электростанция // Большая советская энциклопедия : [в 30 т.] / гл. ред. А. М. Прохоров. — 3-е изд. — М. : Советская энциклопедия, 1969—1978.
- ↑ IAEA — Operational & Long-Term Shutdown Reactors, World Statistics
- ↑ World Nuclear Power Reactors & Uranium Requirements. World Nuclear Association (1 августа 2019). Дата обращения 14 октября 2019.
- ↑ Мировой спрос на энергоресурсы вырастет на 30% к 2035 году, считают в ВР (25 января 2017). Дата обращения 14 октября 2019.
Литература[править | править код]
- Энергетические ресурсы // Энциклопедия «Кругосвет».
- Г. A. Mирлин. Энергетические ресурсы // Горная энциклопедия / под ред. Козловский Е.А.. — М: Советская энциклопедия, 1991. — Т. 5. — С. 472—473.
- International Energy Agency (IEA). Key World Energy Statistics. — 2012. — 80 p.
- U.S. Energy Infromation Admisnistration (EIA). International Energy Outlook. — 2013. — 312 p.
- U.S. Energy Infromation Admisnistration (EIA). International Energy Outlook Presentation. — 2018. — 312 p.
- British Petroleum (BP). BP Statistical Review of World Energy. — 2014. — 80 p.
- REN21. Renewables 2012 Global Status Report. — 2012. — 46 p.
Разнообразные виды природных ресурсов, используемых на современном этапе развития науки и техники для производства энергии, называются энергетическими ресурсами.
Для производства энергии используются различные ресурсы, в том числе горючие полезные ископаемые – нефть, уголь, газ, уран. В настоящее время примерное соотношение использования углеводородного топлива «уголь : нефть : газ» в мире составляет 34 : 43 : 23. Относительный вклад основных источников энергии в общее использование энергии составляет: уголь – 25 %, нефть – 34,5 %, газ – 19,3 %, гидроэнергия – 6,3 % , ядерная энергия – 8,7 %, прочие источники – 6,2 % (Т.В. Акимова, В.В. Хаскин, 2006). Таким образом, среди горючих полезных ископаемых – нефти, угля, газа, урана – наибольший вклад в энергопотребление вносит такой энергоресурс, как нефть – 34,5 %.
Каменный и бурый угли относятся к категории топливно-энергетического сырья, используемого с начала индустриальной эпохи. До 60-х гг. ХХ века ископаемые угли представляли собой главный вид топлива в мировой экономике, на его долю приходилась почти половина производства первичных энергоресурсов (первичными энергоресурсами являются каменный и бурый уголь, торф, сланцы, нефть, природный и попутный газ, электроэнергия, выработанная на ГЭС, АЭС, ГеоЭС). Переориентация энергетики на жидкое и газообразное топливо сократила объемы использования угля, но не вытеснила этот традиционный источник энергии.
Источником ядерного топлива является ископаемый уран. В большинстве современных ядерных реакторов используют обогащенный уран с содержанием изотопа U-235 около 3 %. 1 кг урана в активной зоне реактора выделяет количество энергии, соответствующее сжиганию 2300 т угля. В настоящее время в мире работают более 400 АЭС, на первом месте по использованию ядерной энергии находится Франция. Относительный вклад ядерного топлива как источника энергии в мире составляет 8,7 %, на долю углеводородного топлива приходится около 78,8 %.
Энергетическая проблема современности связана с постоянным ростом спроса на энергию, неравномерным распределением и исчерпаемостью таких традиционных источников энергии, как уголь, нефть и газ.
Тема 25: Охрана атмосферного воздуха и почвы
Атмосфера – газовая оболочка планеты, состоящая из смеси различных газов. В ее состав входят постоянные составляющие, концентрация которых практически не изменяется в зависимости от географических координат. Приземные концентрации компонентов атмосферы по объему в процентах составляют: азот – 78, кислород – 21, аргон – 0,93, углекислый газ – 0,03, неон – 10-3, гелий – 10-4, водород – 10-5, озон – 10-6. Таким образом, основными, преобладающими по объему газами атмосферы, концентрация которых практически не изменяется в зависимости от географических координат, являются азот и кислород.
Через атмосферу осуществляется обмен Земли с Космосом веществом и энергией. На Землю попадает космическая пыль и метеориты, в Космос уходят такие газы как гелий и водород. Атмосфера насквозь пронизывается мощной радиацией Солнца, при этом самая опасная для живых организмов часть спектра солнечного излучения (жесткое рентгеновское и ультрафиолетовое) поглощается озоновым слоем, расположенным в стратосфере на высоте 22-24 км. Углекислый газ, пары воды, озон и другие газы атмосферы задерживают инфракрасное излучение Земли, повышая утепляющее действие воздушного покрывала Земли и защищая биосферу от холода космического пространства, то есть атмосфера обеспечивает тепловой баланс биосферы. Без атмосферы жизнь на Земле была бы невозможна. Таким образом, атмосфера выполняет экологическую защитную функцию, предохраняя биосферу от жесткого солнечного излучения и абсолютного холода Космоса, создавая условия, пригодные для жизни. В атмосфере идут глобальные метеорологические процессы, формируются климат и погода, задерживается масса метеоритов.
Вопрос о воздействии человека на атмосферу находится в центре внимания специалистов и экологов всего мира. И это не случайно, так как крупнейшие глобальные экологические проблемы современности – «парниковый эффект», нарушение озонового слоя, выпадение кислотных дождей, связаны именно с антропогенным загрязнением атмосферы.
Охрана атмосферного воздуха – ключевая проблема оздоровления окружающей природной среды. Атмосферный воздух занимает особое положение среди других компонентов биосферы. Значение его для всего живого на Земле невозможно переоценить. Человек может находиться без пищи пять недель, без воды – пять дней, а без воздуха всего лишь пять минут. При этом воздух должен иметь определенную чистоту и любое отклонение от нормы опасно для здоровья.
Атмосфера обладает способностью к самоочищению. Оно происходит при вымывании аэрозолей из атмосферы осадками, турбулентном перемешивании приземного слоя воздуха, отложении загрязненных веществ на поверхности земли и т. д. Однако в современных условиях возможности природных систем самоочищения атмосферы серьезно подорваны. Под массированным натиском антропогенных загрязнений в атмосфере стали проявляться весьма нежелательные экологические последствия, в том числе и глобального характера. По этой причине атмосферный воздух уже не в полной мере выполняет свои защитные, терморегулирующие и жизнеобеспечивающие экологические функции.
Почвенный покров планеты является важнейшим природным образованием. В.В. Докучаев (1846-1903) выявил пять главных почвообразующих факторов, к которым относится климат, материнская порода, рельеф, живые организмы и время. Материнская горная порода является субстратом, на котором образуется почва, от ее химического состава зависят физические и химические свойства почвы. Сложные химические, физические, физико-химические и биологические процессы протекают в поверхностном слое горных пород при преобразовании их в почву. По Н.А. Качинскому (1975) «под почвой надо понимать все поверхностные слои горных пород, переработанные и измененные совместным воздействием климата (свет, тепло, воздух, вода), растительных и животных организмов, а на окультуренных территориях и деятельностью человека, способные давать урожай». Таким образом, почвенный покров в биосфере сформировался из верхних наружных уровней горных пород, преобразованных совместным действием климатических факторов и живых организмов.
Значение почвы в жизни общества определяется тем, что она представляет собой основной источник продовольствия, обеспечивающий 95-97 % продовольственных ресурсов для населения планеты. Площадь земельных ресурсов мира составляет 86,55 % площади суши, или 129 млн км2. Особое место среди почв занимают пахотные угодья, обеспечивающие питание человека, так как для пропитания одного человека требуется обрабатывать не менее 0,1 га почвы. Пахотнопригодные земли планеты оцениваются в 25-32 млн км2. В наземных экосистемах почва является основой биотопа, определяющего условия местообитания сообщества, на нее замыкаются биологические круговороты веществ, происходящие на уровне «биотоп – биоценоз». Почвы обеспечивают растительное сообщество необходимыми для жизнедеятельности питательными веществами (азотом, фосфором, калием, водой и др.), а органическое вещество, создаваемое растениями, служит кормовой базой для всех консументов экосистемы. Таким образом, основная роль почвы в биосфере и жизни общества определяется тем, что почва представляет собой основной источник продовольствия для населения планеты и является основой наземных экосистем.
Последствиями антропогенного воздействия на почву являются ускоренная эрозия, засоление, заболачивание, загрязнение химическими веществами, отчуждение земель. В мире 16 % почвы характеризуется крайней и сильной степенью деградации, 46 % – умеренной и 38 % – легкой степенью деградации. Основной вклад в процессы деградации почвы вносит водная и ветровая эрозия – смыв и сдувание поверхностного плодородного слоя водой и ветром. Пыльные бури поднимают почву с глубины пахотного слоя до высоты 400-700 метров и уносят на большие расстояния. Водная эрозия приводит образованию оврагов и сносу почвы в водоемы. В мире интенсивной эрозии подвержено более 20% площади обрабатываемых земель. Неконтролируемая подача воды приводит к засолению и подтоплению почвы, при неумеренном поливе орошаемых земель в засушливых районах развивается засоление почвы. Для экологической защиты почв от деградации необходимо проведение комплексных мероприятий по борьбе с водной и ветровой эрозией (почвозащитные севообороты, создание полезащитных и водорегулирующих лесных полос, лесных насаждений в оврагах и балках и т.д.), вторичным засолением (регулирование подачи воды, дренаж, капельное и прикорневое орошение и др.), подтоплением (осушительные мелиорации) и др.