Классификация ТЭР. Возобновляемые и не возобновляемые источники энергии

 

 

 

Реферат на тему

 ”Классификация ТЭР. Возобновляемые и не возобновляемые источники энергии”

 

 

 

 

 

 

 

Студент 2 курса

Физико-технического факультета

Заочной формы обучения

Волк  В.И.

 

 
2. ПРИРОДНЫЕ ИСТОЧНИКИ ЭНЕРГИИ. 
 
Существует много схем подразделения природных источников энергии, в основу которых положены различные принципы.  
 
 
Рис. 1. Основные природные источники энергии  
 
На рис.1 приведена одна из схем, где выделяются две основные группы: невозобновляемые и возобновляемые, альтернативные источники энергии. В свою очередь, невозобновляемые ресурсы представлены двумя типами - традиционные и нетрадиционные. К первому типу относятся жидкие и газообразные углеводороды, угли и высококачественные урановые руды. Среди нетрадиционных природных источников энергии до некоторой степени условно выделены два вида: пригодные к освоению в XXI в. и перспективные источники энергии, широкое освоение которых возможно лишь в следующем веке  
 
3. О КЛАССИФИКАЦИИ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ РЕСУРСОВ ПО СТЕПЕНИ ИХ  
ПОДГОТОВКИ К ОСВОЕНИЮ. 
 
Представляется необходимым, хотя бы кратко, рассмотреть существующие сегодня классификации природных энергетических ресурсов по степени их подготовки к освоению. Именно на этой основе ведется их учет, комплектуются статистические обзоры, в некоторых странах издается ежегодный Государственный баланс запасов. 
Наиболее разработана система учета запасов углеводородного сырья и урана. В системе их учета используется  определенная понятийная база. Действуют различные формы учета, (государственные=федеральные, региональные, муниципальные, частных фирм и международные). Кроме государственных балансов запасов, издаются ежегодные обзоры состояния, отчеты ведущих фирм, в которых в основные категории принятых понятий – «ресурсы», «запасы» и др. включены различные по качеству исходные данные.  
 
В нашей стране принята утвержденная в 2005 году Министерством природных ресурсов Российской Федерации «Классификация запасов и прогнозных ресурсов нефтей и горючих газов». Уточненную классификацию планировалось ввести в действие с 01.01.09 года. Однако, в связи с большим количеством замечаний со стороны недропользователей срок ее ввода перенесен на 3 года. (снова пресловутый 2012 год) 
 
Ведется системная работа по устранению недостатков действующей классификации 2005 года, направленная на сохранение всего полезного в действовавших ранее классификациях, в том числе сохранение двух групп – балансовых и забалансовых запасов. Рекомендуется учитывать  возможности гармонизации проекта с рамочной классификацией ООН (ЕЭК ООН). Многие специалисты предлагают включение экономических критериев в геологическую часть классификации, усиление ее адаптации к рыночной экономике и др. 
 
Уместно напомнить, что недавно исполнилось 100 лет первой весьма разумной классификации запасов полезных ископаемых по степени их изученности, предложенной в 1909 г. Х. Гувером (впоследствии Президентом США), рекомендовавшим разделять запасы на три категории: доказанные (proved), вероятные (probable) и перспективные (prospective). Такой подход долго использовался не только в США, но и многих других странах. Позднее вместо категории перспективные запасы (prospective) была принята категория «возможные» (possible). К доказанным относились детально разведанные запасы, вскрытые буровыми скважинами, оконтуренные на основе опробования их качества и технологии освоения. К «вероятным» - не в полной мере оконтуренные, вскрытые лишь отдельными буровыми скважинами, технологически недостаточно изученные. К «возможным» - запасы участков нефтеносных пластов, примыкающих к промышленным, с доказанными и вероятными запасами. 
Геологической службой и Горным бюро США в 1980 г. была введена новая классификация. В ней впервые по степени изученности выделены две группы: разведанные запасы и предварительно оцененные ресурсы полезных ископаемых. В группе запасов высокой степени изученности и подготовленности к освоению выделены: «измеренные» (measured) и «исчисленные» (indicated), а также «предполагаемые» (inferred). В категорию запасов по этим категориям изученности включены также и те, которые могли быть в обозримой перспективе реально переведены в группу экономически целесообразных для освоения. Для них предложено понятие – «возможные запасы» (possible reserves). 
 
Для запасов урана предложена «своя» классификация, в которой стержневым критерием является экономическая оценка разведанных запасов (цена за 1 кг U), включая его добычу. Одновременно сохраняется группа резервных и прогнозных геологических ресурсов урана, учитывающая их возможную себестоимость извлечения из недр. 
 
Из этого краткого обзора существующих подходов видно, что «статистика» минерально-сырьевых ресурсов для энергетики, оценка их движения по «лестнице освоения», пока не могут рассматриваться в качестве возможной математической базы для построения моделей и определения жестких плановых годовых показателей обеспеченности энергетики природным сырьем на средне и долгосрочную перспективу. Тем не менее, многолетний опыт такого анализа накопленный в развитых странах, имеющих возможность привлекать к этой работе высококвалифицированных экспертов-специалистов разного профиля, свидетельствует о возможности получения прогнозных результатов необходимого качества для планирования не только краткосрочных (1-3 года), но также среднесрочных (5-10 лет) и долгосрочных (до 50 лет) уровней возможного обеспечения сырьем развивающейся энергетики. 
 
4. МИРОВЫЕ ПОТЕНЦИАЛЬНЫЕ ГЕОЛОГИЧЕСКИЕ РЕСУРСЫ. 
 
Обычно определяются на основе фундаментальных геологических исследований, учитывающих накопленный опыт комплексного изучения территорий и морских акваторий, нефтегазоносных и угольных бассейнов, огромный материал геологоразведочных и горных работ. 
Прогнозная оценка геологических ресурсов углеводородов приведена на рис. 2.  
 
   
Рис. 2. Геологические ресурсы углеводородов

По нашей оценке традиционные ресурсы  углеводородов, тяжёлых нефтей и  битумов, а также газа и нефти  в низкопроницаемых коллекторах, составляют 3.5x1012 т нефтяного эквивалента (т  н.э.). Среди нетрадиционных особенно велики геологические ресурсы газогидратов суши и акваторий и водорастворённые газы континентов. 
 
 
5. МИРОВЫЕ ЗАПАСЫ И ДИНАМИКА ИХ ОСВОЕНИЯ. 
 
5.1 Нефть. 
 
Накопленная мировая добыча нефтей по состоянию на 01.01.10 г. оценивается в 140,0 млрд. т. При этом весьма важно, что в последние 5 лет (начиная с 2005 г.) она стала близкой к 4,0 млрд. т/год и растет незначительно, несмотря на высокий уровень мировых цен. При этом в накопленной добыче ведущую роль сыграли традиционные нефтедобывающие страны. На долю стран Ближнего и Среднего Востока приходится около 28%, Северной Америки – 24% и стран СНГ – 15%[13].  
Доля 10 стран, достигших наибольшего уровня извлечения нефти из недр, сегодня, достигает 65% от общей мировой годовой ее добычи (>2,5  млрд. т/год). Эти же страны обладают и наибольшими разведанными доказанными (proved) запасами нефти. Однако приведенные ниже данные об их уровнях добычи и разведанных запасах свидетельствуют о широком диапазоне колебаний отношения – разведанные запасы/годовая добыча. Это отношение прямо не отражает обеспеченность ресурсами нефтедобывающей промышленности в годах. Его уменьшение чаще всего указывает на недостаточный размах геолого-разведочных работ, снижение качества нефтей, исчерпание ресурсов крупных месторождений и системные ошибки государственного управления ресурсным потенциалом недр.

страна	добыча (млн.т./год)	разведанные запасы (млрд.т.)
Саудовская Аравия	525	36,0
Россия	500	10,0
США	310	< 4,0
Иран	210	19,0
Китай	190	2,0
Мексика	180	1,5
Канада	160	> 24,0
Венесуэла	150	14,0
Кувейт	140	>14,0
ОАЭ	140	>13,0

 

 

 
В целом разведанные доказанные мировые запасы, включая тяжелые  нефти и битуминозные песчаники  Атабаски (Канада), близки к 200,0 млрд. т [13]. Кроме того, не менее 200 млрд. т  имеется в предварительно оцененных  известных месторождениях и прогнозных геологических ресурсах в нефтеносных  зонах и бассейнах, включая шельфы Северного Ледовитого океана [11, 14]. При прогнозируемом максимальном росте  уровней годовой нефтедобычи  в 30-40-е годы XXI века – 4,2-4,5 млрд. т/год  разведанные сегодня мировые запасы нефти и прогнозные ресурсы позволяют в конце текущего столетия возможность добычи нефти на уровне 3,5-2,5 млрд. т/год  

 

5.2 Природные горючие газы. 
 
Накопленная мировая добыча природного горючего газа (свободного и попутного) оценивается в 90,0 трлн. м3. При этом важно подчеркнуть, что за последние 20 лет добыча природного газа возросла в 1,7 раза и превысила в 2009 году 3,0 трлн. м3. На Россию и США, при этом приходится почти 40% мировой его добычи. Разведанные доказанные запасы природного газа в мире составляют около 190 трлн. м3. Суммарные извлекаемые мировые ресурсы газа оцениваются  в 460-480 трлн. м3, из которых более 45% приходится на Россию, 17-18% – на Ближний и Средний Восток, 6-7% на Африку и 4-5% на Северную Америку [13].  
Намечаемое увеличение мировой добычи природного газа вполне обеспечено его ресурсами до конца текущего столетия. При этом надо иметь в виду, что прогнозные ресурсы горючего газа (свободного и попутного) существенно превышают ресурсы нефтей. В связи с успешным развитием газохимических технологий в ближайшие годы станет возможным и эффективным получение из газа (включая и попутный нефтяной газ) бензина и других топлив для транспортных средств по вполне приемлемым ценам. Решение этой проблемы поможет надежно обеспечить топливом транспортные и другие технические средства по крайней мере до конца текущего столетия.  
При существенном снижении потребления газа для производства электроэнергии природный газ, несомненно, мог бы существенно усилить свою роль в обеспечении потребностей в топливе транспортных средств и в следующем веке. 
 
5.3 Каменные угли. 
 
Накопленная добыча каменных и бурых углей для энергетики, к сожалению, может быть оценена лишь по косвенным данным, т.к. системный учет объемов их добычи был организован лишь в послевоенный период, во второй половине ХХ века. За последние 20 лет (с 1990 до 2010 гг.) в мире было добыто более 1,0 трлн. т каменных и бурых углей (без коксующихся). 

 

Основными странами, добывающими сегодня угли, используемые в энергетике, являются: 
 

страна	добыча	запасы
Китай	>2,5 млрд. т./ год	115,0 млрд. т (разведанные)
США	>1,0 млрд. т/год	130,0 млрд. т (разведанные)
Индия	500 млн. т/год	5,0 млрд. т (разведанные)  40,0 млрд. т (общие)
Австралия	400 млн. т/год	>75,0 млрд. т (разведанные)
Россия	300 млн. т/год	>200 млрд. т (разведанные)
ЮАР	250 млн. т/год	30 млрд. т (разведанные)
Германия	200 млн. т/год	>20,0 млрд. т (общие)

В целом  разведанные подтвержденные запасы углей в мире превышают 850,0 млрд. т, при общих разведанных запасах 3,6 трлн. т. 
Несомненно, что запасы углей для обеспечения намечаемых уровней производства электроэнергии вполне достаточны не только на XXI век, но и на более продолжительное время. Как хорошо известно, развитие электроэнергетики, базирующейся на использовании углей, сдерживается высоким уровнем выбросов парниковых газов, сильным загрязнением окружающей среды, а также высокими расходами на добычу и транспорт углей. Радикальные научно-технические решения, снимающие эти проблемы, даже при успешном вовлечении альтернативных источников производства электроэнергии не снимут в повестки дня быстрый рост доли углей в балансе природных энергетических источников в XXI веке. 
  

 

5.4 Ресурсы ядерной энергетики. 
 
Из двух возможных природных источников ядерной энергетики – урана и тория, пока в практическом использовании находится лишь уран. В будущем возможно потребуется и торий  
Суммарные ресурсы урана, использованные в атомной энергетике, не могут оцениваться по количеству его добычи из недр. Как известно, некоторая его часть  была использована и для других целей, в частности для производства оружия. Однако основная часть добытого урана сегодня находится в хранилищах облученного ядерного топлива (ОЯТ), т.к. КПД использования энергии заключенной в уране, к сожалению не превышает 1%. В мире пока используются в основном легководные реакторы на тепловых нейтронах в открытом топливном цикле, без использования технологий рециклинга ОЯТ. 
Новые технологии современного этапа развития атомной энергетики именуются ренессансными и связаны с ее переводом на замкнутый топливный цикл с использованием реакторов на быстрых нейтронах. Однако этот процесс происходит на фоне ускоренного введения в действие легководных реакторов. По данным МАГАТЭ  в конце 2010 г. находилось в эксплуатации 441 энергетический реактор, строилось 60 новых блоков. Уже сегодня Франция, Литва Словакия, Бельгия, Швеция и Украина на АЭС производят более половины электроэнергии. К 2030 г. установочная мощность АЭС может составить 1000 ГВт при 370 ГВт в 2010 г. 
Мировое производство урана, начатое в середине 40-х годов прошлого столетия не было стабильным. До 1957 г. оно быстро развивалось и достигло 48,0 тыс. т в год. Затем к 1964 г. упало до 30,0 тыс. т/год. С середины 60-х годов динамично росло и к началу 80-х достигло 68,0 тыс. т/год. Затем в начале 1990-х оно снизилось до 30,0 тыс. т/год и лишь последнее 10-летие стало медленно нарастать до 40,0 тыс. т/год. 
Как видно на рис. 3 хорошо проявлены два «пика» максимального взлета производства первичного урана. 
 
 
Рис. 3. Динамика производства урана и его использования в атомной энергетике (1945-2010 гг.)

Первый  пик подъема его добычи связан с гонкой ядерных вооружений, а  второй – с «дочернобыльским этапом»  развития атомной энергетики. Последствия  этой технологической катастрофы в  энергетике были преодолены лишь к  началу нового XXI века. Именно последние 10 лет происходит заметный прогресс в решении многих проблем дальнейшего  развития атомной энергетики. 
Ведущее место в добыче урана до 1991 г. занимал СССР. После его распада в России осталось лишь одно горнодобывающее предприятие. Добыча урана в нашей стране, начиная с 1992 г., снизилась до 2,5-3,5 тыс. т в год, что составляет 7-8% от мирового уровня. До 2005 г. половину мирового уранового концентрата производили Канада и Австралия. Начиная с 2008 г. в тройку лидеров вошел Казахстан и в 2010 г., с уровнем добычи урана, превысившим 10,0 тыс. т/год, вышел на первое место в мире. Добыча урана в этой стране прогрессивными методами подземного выщелачивания («ПВ»), разработанными и освоенными еще в СССР, растет быстрыми темпами и к 2015 г. планируется на уровне 15,0 тыс. т/год. Разведанные здесь подтвержденные запасы по себестоимости добычи урана <80 долларов США за 1 кг урана, составляют около 350,0 тыс. т [13], что обеспечивает дальнейшее наращивание его производства. 
Мировые общие запасы урана сегодня достигают 5,0 млн. т. Суммарное производство урана за все время существования атомной промышленности превысило 2,5 млн. т. В реакторах использовано 1,9 млн. т. В складских запасах имеется не менее 600 тыс. т урана. Почти 500,0 тыс. т его имеется в хвостах изотопного обогащения. Значительная доля урана сосредоточена в хранилищах ОЯТ, хотя часть его переработана. При вводе в действие усовершенствованных тепловых реакторов, организации рециклинга ОЯТ, использовании МОХ-топлива и сбалансированном развитии атомной энергетики на быстрых нейтронах к 2050 г. возможно увеличить ядерные мощности до 2000 ГВт за счет имеющихся суммарных установленных и прогнозных ресурсов природного урана [9]. 
 
6. О СТРУКТУРЕ БАЛАНСА ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ РЕСУРСОВ. 
 
Возрастающее потребление невозобновляемых природных энергетических ресурсов определяется стремительным ростом населения Земли и его потребностей. В ХХ в. потребление коммерческих энергетических ресурсов увеличилось в 15 раз. С 1975 по 2005 г. оно превысило объем их использования за весь предшествующий период развития человеческой цивилизации и достигло в 2005 г. 15 млрд. т условного топлива (т.у.т.) в год. Произошло существенное расширение источников потребляемой энергии и появились новые, изменившие структуру баланса энергетических ресурсов. 
Это хорошо видно на рис. 4 и не нуждается в комментариях. 
  
 
Рис. 4. Динамика распределения потребляемой в мире энергии по ее источникам в ХХ веке (млн. т у.т.)

 
В суммарном энергопотреблении к  началу XXI в. в мире доля нефти достигла 40%, углей – 27%, природного газа – 23%. В то же время доля атомной энергии, гидроэнергии, солнечной и ветровой составила всего лишь 10%. Если до 70-х годов в энергопотреблении  опережающими темпами росла нефтяная составляющая, то в 80-х годах, после  преодоления нефтяного кризиса, в большинстве индустриально  развитых стран произошло заметное снижение доли нефти, увеличилась доля углей, природного газа и атомной  энергии. Наличие ресурсов углеводородов  и уровень технологического прогресса  определили весьма «пеструю» картину  структуры потребления энергетических ресурсов в мире.  
На рис. 5  хорошо видно это различие на примере России, Китая, Южной Кореи. 
 
 
Рис. 5. Структура потребления первичных энергетических ресурсов

Страны, взявшие курс на развитие атомной  энергетики – Франция, Япония и ряд  других (рис. 6)  за 25 лет коренным образом изменили энергетический баланс своей экономики и достигли выдающихся успехов в конверсии углеводородной энергетики, существенно подняли роль атомной энергетики, решили важные экологические проблемы. (примечание: материал готовился в начале года, фукусима была ещё цела) 
 
 
Рис. 6. Структура использования энергетических ресурсов в Японии и во Франции

Потребление первичной энергии распределено по странам и регионам крайне неравномерно. На рис. 7 приведены уровни ее потребления  в 20 странах мира в 2005 г. Видно, что США, Китай и Россия – являются основными потребителями энергоресурсов: на них приходится более 40%.

 
Рис. 7. Потребление первичной  энергии в 20 странах - крупнейших потребителях в 2005 г. (млн. т у.т.)

В изменении  структуры потребляемых энергоресурсов проявились важные закономерности, которые  связаны с научно-техническим  прогрессом и в целом с развитием  экономик стран. Характерно, что при  увеличении количества существенных источников энергии за 100 лет с двух до шести, ни один из них не утратил своего значения к началу XXI века. Они постепенно перешли в категорию традиционных, имеющих в балансе разную долю. Современные прогностические споры  чаще всего и сводятся к определению  доли каждого из них в будущем. По прогнозу IEA на период до 2030 г. в 2009 г. (рис. 8)  
 
 
Рис. 8. Мировое производство электроэнергии по источникам первичной энергии

в мировом  производстве электроэнергии ведущее  место по-прежнему будут занимать уголь, природный газ и гидроэнергетика. Атомная энергетика сможет выйти  на третье место не раньше 2050 г. [7].