Классификация первичной энергии

Министерство Образования Республики Беларусь

УО «Белорусский государственный экономический университет»

Реферат по основам энергосбережения

на тему:

«Классификация первичной энергии»

              Подготовила студентка

              ФФБД, ЗФС-1, 1 курса

              Гутник Ольга Игоревна

Проверил к.т.н., доцент кафедры важнейших отраслей

промышленности

Кохно Николай Прокофьевич

Минск

2012

Энергия - всеобщая основа природных явлений, базис культуры и всей деятельности человека. В то же время под энергией (греческое - действие, деятельность) понимается количественная оценка различных форм движения материи, которые могут превращаться одна в другую.

Согласно представлениям физической науки, энергия - это способность тела или системы тел совершать работу.

Энергия, непосредственно извлекаемая в природе (энергия топлива, воды, ветра, тепловая энергия Земли, ядерная), и которая может быть преобразована в электрическую, тепловую, механическую, химическую называется первичной. В соответствии с классификацией энергоресурсов по признаку исчерпаемости можно классифицировать и первичную энергию.

При классификации первичной энергии выделяют традиционные и нетрадиционные виды энергии. К традиционным относятся такие виды энергии, которые на протяжении многих лет широко использовались человеком. К нетрадиционным видам энергии относят такие виды, которые начали использоваться сравнительно недавно.

К традиционным видам первичной энергии относят: органическое топливо (уголь, нефть и т.д.), гидроэнергию рек и ядерное топливо (уран, торий и др.).

Индустриальная революция была революцией энергетической технологии, основанной на использовании ископаемого топлива. Процесс был постепенным: от использования местных угольных месторождений к эксплуатации нефти и месторождений природного газа в глобальном масштабе. Использование ядерной энергии началось около 50 лет тому назад.

Энергию, которую мы используем сегодня, получают, в основном, из ископаемых видов топлива. ( газ, нефть, уголь, древесин, уран и т.д.)

Все эти виды топлива созданы в течение миллионов лет в процессе распада растений и животных. Месторасположение этих ресурсов - недра Земли. Под воздействием высокой температуры и давления процесс образования ископаемых видов топлива продолжается и сегодня, однако их использование происходит намного быстрее, чем образование. По этой причине ископаемые виды топлива считаются невозобновляемыми, поскольку их ресурсы могут исчерпаться в недалеком будущем.

Каменный уголь

Уголь обеспечивает около 35% вырабатываемой в мире энергии. Он стал применяться раньше других видов ископаемого топлива. Большая часть залежей угля образовалась в каменноугольный период (286-360 млн. лет назад)

Важнейшим элементом в составе каменного угля является углерод. Древнейшие и самые твердые породы угля антрациты содержат около 98% углерода, лигниты (возраст которых не превышает 1 млн. лет) лишь 30%.

Мировые запасы каменного угля огромны. По последним оценкам, промышленные запасы составляют около 910 млрд. тонн, а если сюда добавить залежи угля, разработка которых экономически невыгодна, то эта цифра возрастет примерно до 1800 млрд. тонн. При нынешних темпах потребления этих запасов хватит на 200 с лишним лет. Около 85% залежей каменного угля сосредоточены в Китае, бывшем Советском Союзе и США. Причем в США находится 30-35% его мировых запасов.

Нефть

Нефть обеспечивает около 40% вырабатываемой в мире энергии. Она образовалась много миллионов лет назад в результате разложения планктона крошечных морских животных и растений. Нефть и природный газ называют углеводородами, так как они состоят из двух элементов водорода и углерода. Нефть самый важный и наиболее удобный из современных видов топлива. Такие нефтепродукты, как бензин и дизельное топливо, используются для легковых и грузовых автомобилей и тепловозов. Это вещество широко применяется в промышленности, сельском хозяйстве, а также как важное сырье для производства красок, косметики, лекарств, красителей, удобрений, волокон, пластмасс и синтетического каучука. Многие жилые и промышленные здания обогреваются мазутными котлами. Запасы и добыча нефти измеряются в баррелях (1 баррель = 159 л).

В трех регионах мира на Ближнем Востоке, в Африке и Латинской Америке добыча нефти превышает ее потребление. Крупнейшими потребителями являются США, Канада, Япония и Европа.

В 1990-е гг. суточный расход нефти в США и Канаде составлял около 13 млн. баррелей, а добыча примерно 8 млн. баррелей. Все европейские страны, включая бывший Советский Союз, потребляли еще 22 млн. баррелей в день. Мировая добыча нефти составляла около 61 млн. баррелей в сутки, из них 11 млн. баррелей добывали в бывшем СССР.

Такая разница между добычей и потреблением нефти чревата конфликтными политическими ситуациями. Когда в 1990 г. Ирак вторгся в Кувейт, угрожая при этом нефтяным месторождениям Саудовской Аравии, крупнейшие потребители нефти вмешались в конфликт, чтобы защитить свои собственные интересы, а также интересы Кувейта, Саудовской Аравии и других стран Персидского залива.

Природный газ

Природный газ обеспечивает около 20% вырабатываемой в мире энергии. Он образовался так же, как и нефть, и обычно его добыча ведется параллельно с добычей нефти с одного и того же месторождения. Природный газ состоит в основном из метана. Считается, что мировые запасы природного газа примерно такие же, как и нефти, но измеряются они в других единицах кубических метрах, а не баррелях.

Первое место в мире по добыче природного газа занимает бывший СССР: в конце 1980-х гг. здесь добывали около 650 млрд. м3 в год. Далее следуют США (487 млрд. м3) Канада (96 млрд. м3), Нидерланды (80 млрд. м3) и Великобритания (45 млрд. м3). Природный газ используется главным образом в качестве топлива, как для бытовых, так и для промышленных целей.

Там, где испытывается недостаток природного газа, используется искусственный газ. Основным сырьем для его получения служит каменный уголь, при обжиге которого образуется газ и кокс.

Атомная энергия

С момента создания атомной бомбы в 1945 г. большие надежды связывали с использованием атомных электростанций (АЭС) для обеспечения основной доли мировых потребностей в энергии. На начало 1990-х гг. 435 действующих АЭС вырабатывали около 1% производимой в мире энергии.

В ядерном реакторе тепло получают при расщеплении атома радиоактивного элемента, известного как уран-235. Выделяемое в ходе ядерной реакции тепло используется для производства пара, вращающего турбины для выработки электроэнергии.

Изотоп U-235 составляет лишь 0,7% всех запасов урана. Более 99% это уран-238. Запасы U-235, как и ископаемого топлива, не беспредельны. Однако с помощью так называемого реактора-размножителя из U-238 можно получать другой радиоактивный элемент плутоний-239. Если реакторы-размножители получат распространение, мировых запасов урана хватит на тысячи лет.

Атомная энергия имеет ряд преимуществ. Она обеспечивает экономный расход топлива: одна тонна U-235 дает больше энергии, чем 12 млн. баррелей нефти. Это чистый, не загрязняющий атмосферу вид энергии.

Но есть и недостатки. Строительство АЭС обходится дорого. При их эксплуатации образуются опасные радиоактивные отходы. А в результате ядерной аварии, подобной той, что произошла на Чернобыльской АЭС в Украине в 1986 г., могут быть заражены огромные территории, что вызовет серьезные заболевания и даже смерть людей. После чернобыльской катастрофы некоторые страны решили закрыть свои АЭС.

Ископаемые виды топлива - это ценные естественные источники энергии, для создания которых потребовались миллионы лет и запасы которых в настоящее время близки к исчерпанию. Кроме того, эти виды топлива еще cсоциально и экологически опасны.

Беспокойство о всем этом было высказано еще 30 лет назад в, оказавшей огромное влияние, книге "Пределы роста" ("Limits to Growth") под руководством Денниса Медоуза.

К нетрадиционным видам энергии относят такие виды, которые начали использоваться сравнительно недавно.

Собственными традиционными энергоресурсами наша республика обеспечена менее чем на 20 %. Поэтому одной из стратегических задач развития экономики Беларуси является сокращение импорта энергоносителей. Решение этой задачи возможно посредством активизации применения в сельскохозяйственном производстве страны альтернативных источников энергии и местных видов топлива. Освоение и эффективное использование нетрадиционных возобновляемых источников энергии имеет принципиальное значение, поскольку в ближайшей перспективе именно они представляют реальный потенциал местных топливно-энергетических ресурсов, которые могут быть рационально вовлечены в экономику страны и способствовать повышению энергобезопасности республики.

По терминологии, принятой в ООН, к нетрадиционным возобновляемым источникам энергии (НВИЭ) относятся гидроэнергия, солнечная, геотермальная, энергия ветра, энергия приливов и отливов, волн, термальный градиент моря, энергия преобразования биомассы, энергия, получаемая в результате сжигания топливной древесины, древесного угля, торфа.

В мировой практике использованию возобновляемых источников энергии уделяется большое внимание. Во многих странах существуют национальные программы по развитию возобновляемой энергетики (в частности, в Нидерландах — стране, во многом схожей с Республикой Беларусь, но без энергетических проблем). Более 20 стран (Германия, Франция, Швеция, Нидерланды и др.) образовали Международное общество солнечной энергии. Доля возобновляемой энергетики в потреблении энергии в странах ЕЭС должна возрасти с 6,0 % в 2000 г. до 22,1 %, включая гидроэнергетику, к 2010 г. Прогноз мирового производства энергии от возобновляемых источников энергии на 2040 г. составит 82,0 % от прогнозируемого мирового потребления электроэнергии.

Потенциал использования возобновляемых источников энергии (ВИЭ) в Беларуси составил в 2003 г. 1,6 % валового потребления, в 2012 г. предполагается, что ВИЭ составят 2,9 % валового потребления энергии. Анализ использования ВИЭ в республике на данном этапе указывает на неудовлетворительные результаты освоения их энергетического потенциала.

Начиная с 80-х гг. прошлого столетия РНИУП «Институт механизации сельского хозяйства НАН Беларуси» (в настоящее время РУП «Научно-практический центр НАН Беларуси по механизации сельского хозяйства»), придавая большое значение использованию возобновляемых источников энергии, провел большую работу, которая позволила оценить возможность использования солнечной, ветровой энергии, биоэнергии, естественного холода и других видов нетрадиционной возобновляемой энергии. В результате исследований было установлено, что в географических широтах Беларуси необходимо и целесообразно использование солнечной энергии.

По метеорологическим данным, в Республике Беларусь в среднем 150 дней в году пасмурных, 185 — с переменной облачностью и 30 — ясных, а среднегодовое поступление солнечной энергии на земную поверхность с учетом ночей и облачности составляет 2,8 кВт*ч/м2 в сутки. На основании данных Белорусского комитета по гидрометеорологии, приход солнечного излучения с апреля по сентябрь составляет 65—75 % годовой суммы, а среднемесячная продолжительность солнечного сияния составляет 240 ч при поступлении на 1 м2 поверхности земли 150 кВт*ч энергии с наиболее вероятной интенсивностью 0,45 кВт/м2, т. е. среднее поступление солнечной энергии с апреля по сентябрь составляет 5 кВт*ч/м2 в сутки. Особенно перспективным является использование солнечной энергии в этот период с апреля по сентябрь в технологиях сушки растительных материалов и технологических процессах подогрева воды на бытовые и производственные нужды.

В РУП «Научно-практический центр НАН Беларуси по механизации сельского хозяйства» созданы гелиовоздухоподогреватели ГПВ-240, которые прошли государственные приемочные испытания, рекомендованы к производству и позволяют при досушивании сена активным вентилированием увеличить производительность технологического процесса в 2 раза и заготовить сено с содержанием кормовых единиц на 15 % больше, чем в сене, вентилируемом неподогретым воздухом. При этом расход электроэнергии снижается на 45 %, что при объеме досушивания сена в республике около 600 тыс. т позволит ежегодно экономить около 27 млн кВт*ч. Эти гелиовоздухонагреватели могут использоваться в технологиях сушки семенного зерна, пряно-ароматических растений и для подогрева теплоносителя при комплексном воспроизведении и подращивании молоди рыб в рыбхозах Республики Беларусь. Практическое применение гелиовоздухоподогревателей в ряде хозяйств подтвердило их высокую эффективность.

Разработаны гелиосистемы для нагрева воды для горячего водоснабжения молочно-товарных ферм ГВП-20, ГВП-10, для объектов коммунального бытового назначения ГВП-30, ГДУ-20, ГВК-3, ГДМ-2,4, Гелекс-150, которые прошли государственные приемочные испытания и рекомендованы к производству.

В настоящее время на отопление и горячее водоснабжение животноводческих ферм и комплексов, производственных зданий в сельском хозяйстве требуется около 600 тыс. т у. т. До 25 % годовой потребности в тепловой энергии может обеспечить внедрение 1,5 млн м2 гелиоколлекторов, разработанных в РУП «Научно-практический центр НАН Беларуси по механизации сельского хозяйства».

В Беларуси существующие индивидуальные дома имеют теплопотребление более 250 кВт ч/м2. Если проектирование и строительство зданий проводить с учетом энергетического потенциала климата, условий для саморегулирования теплового режима зданий и использования накопленного тепла от солнечной энергии, то расход энергии по теплоснабжению можно сократить на 30—40 %. Строительство зданий на принципе «солнечной архитектуры» позволит снизить величину годового теплопотребления при увеличении капиталовложений в строительстве на 5—6 % на 75—100 кВт*ч/м2. Такие дома строятся и эксплуатируются в Швеции, Финляндии, Германии. Проекты подобных домов имеются и в Беларуси.

В настоящее время для этих гелиосистем ведется освоение производства новых энергоэффективных металлических с композиционными светопоглощающими покрытиями гелиоколлекторов, имеющих в 1,5—2,0 раза увеличенный срок службы, в сравнении с лучшими зарубежными аналогами, что позволяет на качественно новом уровне осуществлять оснащение сельскохозяйственных подворий агрогородков солнечными водонагревательными установками.

При годовых приходах солнечной энергии в 1 100—1 200 кВт*ч/м2, что характерно для географических условий Беларуси, каждый 1 м2 активной площади гелиоколлектора только за апрель — сентябрь позволяет экономить 270—400 кВт*ч электроэнергии. Оснащение гелиоводонагревательным оборудованием усадебных домов 1 480 планируемых по республике агрогородков требует изготовления около 1 млн м2 гелиоколлекторов. Таким образом расширятся возможности использования солнечной энергии для удовлетворения бытовых нужд населения, что позволит улучшить быт и здоровье людей, увеличить потребление энергии на бытовые нужды. Внедрение 1 млн м2 гелиоколлекторов для домов усадебного типа позволит дополнительно получить около 100 тыс. т у. т. для удовлетворения бытовых потребностей населения.