Перспективы использования топливо в энергетике

 

Переход на альтернативную энергетику в первой половине XXI века неизбежен.

 

 Такие  экстремальные обстоятельства, как  экономический кризис в США  или затяжные военные действия  в одном из регионов мира, могут  радикально изменить нефтепотребление в ту или противоположную сторону. Но тенденция накопления энергетикой негативного потенциала получит дальнейшее развитие. Этот фактор уже оказывает заметное неблагоприятное воздействие на стабильность геоэкономики.

 

 На  судьбу традиционной энергетики  жесткое влияние оказывает экологический  фактор. Сжигаемое топливо - основной  источник антропогенных загрязнений.  Продукты его сгорания содержат  наиболее вредные для среды  и здоровья человека вещества - оксиды азота, серы, углерода, а также углеводороды, сажу, окислы тяжелых металлов. На долю автотранспорта приходятся 60 - 70% всех вредных выбросов в крупных городах. Накопление в атмосфере, почве, фитосфере, в водах земли и мирового океана канцерогенных и мутагенных веществ, снижение продуктивности сельскохозяйственных угодий, нарушение озонного слоя игнорировать далее опасно. Известные средства и меры по снижению токсичных выбросов тепловыми машинами хотя и дают положительный результат, но обеспечить экологическую безопасность не могут. При последующем росте энергопотребления на 50 - 70% наступят губительные для цивилизации последствия.

 

 Следует  также учитывать неравномерное  распределение ресурсов ископаемого  топлива на планете. Среди "стран  семерки" только США вместе  с Канадой имеют существенные  запасы природного газа и угля. Вполне понятно, что промышленно  развитые страны, обладающие достаточными  научным потенциалом и финансовыми  средствами, будут неуклонно использовать  их для избавления от сырьевой  зависимости от остального мира.

 

Нетрадиционными топливами можно считать те, которые  не являются продуктами переработки  нефти, например топлива из природного и сжиженного газа. Исследуются и  используются биотоплива - масла, эфиры и спирты растительного происхождения. Проводится обширный объем исследований по проблеме использования в качестве моторного топлива одного из спиртов - метанола. [1]

 

Природный газ.

 

 Газовое  топливо - сжатый и сжиженный  природный газ и пропан-бутан  - по сравнению с топливами  нефтяного происхождения более  безопасно в экологическом отношении.  Эмиссия токсичных и вредных  веществ двигателями, работающими на нем, на 40 - 70% ниже, чем у бензиновых двигателей-аналогов. В продуктах сгорания отсутствуют некоторые агрессивные вещества, свойственные нефтяным топливам. Он является желанным топливом для бытовых целей, на тепловых электростанциях. Себестоимость голубого топлива ниже, чем нефтепродуктов.

 

 Технические  аспекты перевода автомобильных  двигателей внутреннего сгорания (с искровым зажиганием и с  воспламенением от сжатия) на  газ изучены прикладной наукой  и проверены многолетней практикой  эксплуатации обширного парка  городского автотранспорта во  многих странах мира.

 

 Россия  имеет резервы ресурсов газового  топлива. Вывод, относящийся к  использованию газа в мировой  энергетике, нуждается в поправках  для России. Хотя ее потенциальные  запасы нефти довольно велики, их реализация требует высоких  затрат. Потенциальные запасы природного  газа оцениваются в 200 трлн.куб.м. Если даже увеличить ныне достигнутый уровень добычи вдвое, то и тогда его хватит на несколько столетий.

 

 В  дальнейшем Россия намерена в  соответствии с провозглашенными  принципами энергоресурсосбережения в экономике повышать долю природного газа (так же, как и угля) в ее топливном балансе.

 

Биотоплива.

 

 Биотоплива - масла, эфиры и спирты -получаются в результате переработки растительной массы, а биогаз - отходов животноводства. Эти топлива уступают нефтяным топливам по теплосодержанию. Масла при сгорании проявляют склонность к нагарообразованию на деталях поршневой группы. Спирты и эфиры токсичны и вызывают коррозию конструкционных материалов. Но они имеют одно важное преимущество - они относятся к категории возобновляемых ресурсов. Им уделяют внимание многие развитые и развивающиеся страны. В Дании, Голландии, Швейцарии, Австрии уже давно формируется индустрия производства биогаза, для которой выпускают типовое оборудование. Наличие биогаза в фермерском хозяйстве позволяет иметь свои электроэнергию и тепло для животноводческих ферм и теплиц.

 

 Бразилия  располагает огромным биопотенциалом  и использует его для выращивания  на плантациях эфиромасличных  культур, сахарного тростника  и производства из них этанола  и метанола, а также масел. По  сообщениям печати, использование  этих энергоносителей в виде  добавок к традиционным топливам  в конце 80-х гг. достигало 25 - 28% к потреблению нефтепродуктов.

 

 Исследователи  Принстонского университета запатентовали  в 1998 г. технологию получения  топлива - заменителя бензина  - смесь этанола, метанола и  метил- тетрагидрофурана. Сырьем служат отходы целлюлозы. В России гораздо раньше запатентована технология переработки целлюлозы в жидкое топливо, основанная на открытом эффекте "спинодального взрыва".

 

 Биотопливо - это резерв в энергообеспечении тех стран, которые имеют избыточный агропотенциал, но они не могут быть решением топливной проблемы, поскольку в мире имеет место дефицит продовольствия.

 

 Биотопливо - еще один резерв энергоресурсов для России. Россия, располагающая богатейшим агропотенциалом (2 место в мире по площади сельхозугодий, приходящейся на душу населения), могла бы почти на 40 -50% обеспечить потребность сельского хозяйства в энергоресурсах за счет рапсового масла. В условиях России рапс признан наиболее выгодной культурой для получения биотоплива. В большинстве регионов страны имеются условия для возделывания этой культуры и получения рапсового масла и метилэфира для замены в сельскохозяйственном производстве традиционных топлив и электроэнергии. [1]

 

 Дизельное моторное биотопливо (био-дит) образуется как смесь 75% рапсового масла и 25% дизтоплива. Оно имеет на порядок большую вязкость, чем дизтопливо, и уступает последнему по энергосодержанию (на 11%). При работе на биодите снижается концентрация вредных выбросов: оксида углерода на 55%, углеводородов в 2 - 5 раз. Выгода от использования в российском сельском хозяйстве рапсового биотоплива, для которого в хозяйстве выращивается сырье и здесь же производится топливо, очевидна. Себестоимость биотоплива гораздо ниже, чем нефтепродуктов. Растительные масла применяются в дизельных двигателях, спирты и эфиры - в двигателях с искровым зажиганием.

 

 

Уголь и метанол.

 

 Уголь,  по самым пессимистичным оценкам,  мог бы удовлетворять потребности  человечества еще, по крайней  мере, сотню лет. Метанол производится  в промышленных масштабах для  химической промышленности и  других целей из природного  газа (метана). Но более важно то, что он может производиться  из угля в результате использования  технологий его глубокой переработки  - газификации с получением в  числе прочих газов метана  с последующим синтезом спирта. Комплекс таких гибких технологий - многостадийная парокислородная  технология, плазменная газификация  и пиролиз для производства  горючего газа, синтез-газа, водорода, метана; производство удобрений путем парогазовой обработки в комбинации с утилизацией сопутствующих отходов и др. - положен в основу прогнозов "новой угольной волны".

 

 Метанол  может использоваться как высокооктановое  жидкое топливо. Антидетонационные  свойства метанола позволяют  повысить степень сжатия двигателя  с искровым зажиганием до 13 - 15 и тем самым увеличить его  КПД до 36 -38%, приблизив к показателю  дизельного двигателя. Просматриваются  пути снижения стоимости метанола - в 2 - 3 раза дешевле бензина  - при получении из природного  газа.

 

Энергосодержание метанола составляет 55 - 60% от энергосодержания бензина, но он более безопасен, чем бензин: из числа токсичных веществ при его сгорании образуется только формальдегид в количестве в 1,7 - 2,2 раза меньшем, чем при сгорании бензина. Это топливо может заменить мазут, газ и уголь в турбоагрегатах на ТЭС. Известные результаты выполненных в разных странах исследований позволяют сделать вывод, что он способен заменить традиционные топлива нефтяного происхождения.

 

 Метанол  наряду с водородом и др. материалами  применяется в электрохимических  генераторах (топливных элементах)  для преобразования химической  энергии в электрическую, что позволяет использовать угольный энергетический потенциал на транспорте будущего - электромобилях.

 

 Таким  образом, метанол (и водород)  как универсальное топливо с  богатой сырьевой базой в условиях  дефицита нефти в переходный  период мог бы сыграть роль  основного топлива, послужив к  тому же соединительным звеном  между отслужившими свой век  тепловыми машинами и пришедшими  им на смену альтернативными  энергосредствами.

 

 Однако  отмеченные достоинства метанола  относятся к химически чистому  веществу, но не к продукту  переработки угля по промышленным  технологиям. О таких технологиях  в России известно многое, но  не самое важное: какова будет  цена их реализации. Не получится  ли так, что создание новых  отраслей углехимической промышленности  потребует более высоких затрат, чем освоение новых месторождений  нефти? [1]

 

 Исследования  по разработке технологий глубокой  переработки угля проводятся  не только "угольными" державами  (США, Китай, Англия), но и Голландией, Японией и др. странами. В США  в 1993 г. принята целевая федеральная  программа развития энергетики  на 15 лет (объем финансирования $800 млрд.). В ее состав включены самостоятельные программы развития наукоемких технологий переработки угля и комплексных исследований метанола (источник - ежемесячник Института США и Канады "США. Экономика. Политика. Идеология", 1995).

 

Приоритет в развитии энергетики должен отдаваться росту производства энергии, получаемой из экологически чистых и возобновляемых энергоносителей. Намечен рубеж - конец  первой половины XXI века, когда альтернативные энергоносители должны получить преобладание в балансе потребления энергии  на планете наряду с нефтью, газом, углем и иными источниками.

 

 НЭИ  (новая энергетическая идея) определяет  меры, направленные на сохранение  коммерческих запасов нефти и  газа в основных добывающих  районах мира и недопущение  резкого падения добычи энергоносителей.

 

 Рекомендовано  провести переоснащение угольной  отрасли и на протяжении 30 лет  осуществить перевод ее технологий  на новую основу, на которой  во второй половине XXI века будет  осуществлена «новая угольная  волна» – резкий рост потребления  угля (продуктов на его основе). Выделяются два этапа реализации  НЭИ. 

 

I этап  – до 2030 г.

 

Преимущество  в качестве топлива для наращивания  мощностей ТЭС получит природный  газ. К концу периода предполагается удвоить добычу газа (в т.ч. 60 – 70% прироста получить за счет России, что предполагает утроение добычи газа в нашей стране). Увеличатся инвестиции в производство жидкого моторного топлива из природного газа.

 

Приоритет будет отдаваться энергосберегающим  технологиям. Основная задача I этапа  – компенсировать дефицит энергии  из-за вероятного спада добычи нефти.

 

II этап  – до 2050 г.

 

Осуществляется  радикальная модернизация технологии добычи и переработки угля, в результате чего появятся новые виды топлива  – жидкие и газообразные. Резко  возрастет доля угля в топливном  балансе – это и есть «новая угольная волна».

 

Ведется подготовка научной и технической  базы для перехода энергетики к стабильным формам развития, исключающим колебания  в удовлетворении спроса на энергию, и цен на нее. Задача этапа –  создать основы новой отрасли  энергетики «Новые источники энергии» на основе носителей с неограниченными  запасами.

 

 

Заключение

 

 

С позиций  оценки топливной базы энергетики нашей  страны можно сделать вывод, что  она находится в лучшем положении, чем большинство развитых стран. Она располагает перспективными запасами всех трех видов ископаемых энергоносителей, которые обеспечивают необходимый рост ВВП на 30 – 40 лет  вперед. Вместе с тем труднодоступность  некоторых месторождений и особенно общее негативное состояние экономики  не обещают легкого решения этой проблемы. Самый сложный период –  первое двадцатилетие нового века, когда потребуется концентрация ресурсов для восстановления экономики  и ожидается самый напряженный  топливный баланс. Именно поэтому  важно иметь на этот период взвешенную, всесторонне просчитанную энергетическую программу. Она должна решать ряд  сложных задач, таких, как:

 

- выбор  приоритетных направлений инвестиционных  потоков для поэтапного наращивания  добычи первичных энергоносителей  – нефти, газа, угля – в комплексе  с наращиванием мощностей атомной  энергетики, использованием возобновляемых  энергоносителей и созданием  альтернативной энергетики;

 

- выбор  приоритетных направлений для  НИОКР – задачи решаются в  едином алгоритме с первым  блоком задач;

 

- оценка  последствий принимаемых решений  – экономических, социально-политических, демографических, международных;

 

- механизм  реализации принимаемых решений:  материальное, финансовое обеспечение,  структурные, институциональные,  нормативные преобразования, акты  и пр.