Энергетические природные ресурсы

Что такое энергетические ресурсы

На протяжении многих веков основным источником получения энергии для человека была древесина. В XVIII веке началась промышленная революция, одним из главных достижений которой было изобретение паровой машины. Это привело к резкому увеличению использования каменного угля.

В XIX веке в качестве энергоресурса стала применяться нефть. Ее потребление особенно увеличилось после изобретения двигателей внутреннего сгорания. XX век стал «эрой нефти». Ее производство и использование в экономике неуклонно росло. Даже открытие атомной энергетики не смогло значительно ослабить позиции нефти как ведущего энергоресурса.

В наши дни активно развивается альтернативная энергетика, что в первую очередь связано со стремлением снизить негативное влияние человека на экологию.

Характерной особенностью двух последних столетий истории человеческой цивилизации является неуклонное увеличение потребления энергоресурсов. Это связано с ростом населения, расширением масштабов промышленного производства, возрастанием потребностей человека. Во второй половине 20 — начале 21 века потребление энергии увеличивалось в два раза каждые 12—14 лет.

Использованием и распределением энергетических ресурсов занимается специальная отрасль хозяйственно-экономической деятельности человека, которая называется «энергетика». Она является основой для развития всех отраслей промышленности.

Производство энергии осуществляется за счет преобразования первичной природной энергии во вторичную — например, тепловую или электрическую.

Стадии производства энергии:

1. Добыча энергоресурсов — это процесс извлечения энергоносителей из недр Земли или из других природных источников с помощью технических средств. Например, уголь добывается открытым и закрытым способами — в карьерах и шахтах.
2. Обогащение — это переработка исходного сырья с целью концентрации полезного вещества. Например, для производства ядерного топлива природный уран разделяют на обогащенный и обедненный.
3. Передача ресурсов — транспортировка топлива на энергетические установки. Например, доставка мазута на ТЭС.
4. Преобразование энергии — первичная энергия энергоресурсов преобразуется во вторичную. Например, химическая энергия природного газа превращается в тепловую и электрическую энергию.
5. Доставка — вторичная энергия доставляется до потребителей, в качестве которых могут выступать как промышленные предприятия, так и бытовые объекты. Например, доставка осуществляется через ЛЭП — линии электропередач.

Энергетика делится на два типа:

1. Традиционная — к ней относят хорошо изученные в технологическом отношении и давно используемые человеком способы получения энергии.
2. Альтернативная — к ней причисляют все перспективные источники энергии. Поскольку чаще всего в ее рамках происходит использование возобновляемых энергоресурсов, то ее также называют «зеленой» или «регенеративной» энергетикой.

Невозобновляемые энергетические ресурсы

К невозобновляемым относятся энергоресурсы, которые являются исчерпаемыми и ограниченными. Они включают все виды ископаемого топлива.

Оно образовалось в глубокой древности в особых условиях. Органические остатки, погруженные в земную кору, пребывали под воздействием повышенного давления, теплоты и отсутствия кислорода. Восстановление данных энергоресурсов невозможно, поскольку ископаемое топливо создавалось природой на протяжении многих миллионов лет в определенные геологические периоды.

К ископаемому топливу относятся:

• нефть и природный газ;
• все виды угля;
• горючие сланцы и торф.

Наибольшее значение в структуре потребления имеет уголь, нефть и газ.

Уголь

Уголь стал первым ископаемым топливом, который научился использовать человек, и вторым известным энергоресурсом после древесины.

Наиболее древние крупные залежи ископаемого угля образовывались в промежутке от 350 до 250 миллионов лет назад. В те времена существовали гигантские папоротники, плауны и другие растения с крупными листьями. Органические растительные остатки переместились на глубину, где подверглись метаморфическим процессам.

По одной из наиболее вероятных версий, в последующие эпохи образование угля было ограничено тем, что в конце карбона появились грибы и микроорганизмы, способные перерабатывать лигнин — одеревеневшие стенки клеток растений.

Классификация основных видов угля:

1. Антрацит — очень плотный и блестящий уголь, содержащий 92—97 % углерода. Обладает наибольшей теплотой сгорания из всех углей, но плохо воспламеняется. Используется как высококачественное топливо в энергетике, а также в металлургии. Самый древний и дорогой из углей.
2. Каменный уголь — плотная порода от черного до серо-черного цвета. Самый распространенный вид углей, который используется в энергетике. Дешевле антрацита, но дороже бурого угля. Содержит от 75 до 92 % углерода.
3. Бурый уголь — самый низкокачественный, но дешевый вид угля. Содержит больше воды и летучих веществ, чем каменный уголь. При сгорании выделяет мало тепла, но много запаха и дыма. Для улучшения качеств бурого угля его сушат, используют в порошке или брикетах. Содержание углерода варьирует от 50 до 75 %.

Источник: nvph.ru

В 1960-у годы уголь обеспечивал половину мирового производства энергии. В наше время его использование неуклонно сокращается. Это обусловлено крайне негативным воздействием угольной промышленности на окружающую среду.

При сжигании одного килограмма каменного угля образуется 6450 килокалорий энергии или 7,5 киловатт.

Нефть

Известна человечеству с глубокой древности, но в промышленных масштабах стала использоваться только со второй половины 19 века. Особенно интенсивно нефтяная отрасль развивалась в 20-м столетии.

Обычно нефть имеет черный или буровато-коричневый цвет. Крайне редко встречается нефть зеленоватых оттенков или даже бесцветная.

Большинство нефтяных месторождений приурочены к осадочным породам и располагаются на глубине от одного до трех километров. Известны случаи естественных выходов нефти на поверхность.

Источник: Gettyimages.ru

Существуют разные теории происхождения нефти. Наиболее вероятно, что она образовалась из остатков морского органического вещества — планктона и водорослей. Ученые предполагают, что процесс нефтеобразования был очень длительным и занимал от 50 до 350 миллионов лет.

По преобладающим в составе углеводородам нефть делится на виды:

• парафиновые;
• нафтеновые;
• ароматические.

Выделяют также промежуточные виды. Например, нафтено-ароматические нефти.

Классификация по плотности:

• легкие;
• утяжеленные;
• тяжелые.

По товарным сортам:

• «Brent» — эталонная марка, добываемая в Северном море;
• «Siberian light» — легкая западносибирская нефть с низким содержанием серы;
• «Urals» — российская экспортная марка нефтяной смеси, которая получается путем смешивания высокосернистой, тяжелой уральской нефти и сорта «Siberian light»;
• и другие.

При сжигании одного литра нефти образуется 10500 ккал энергии или 12,2 киловатт.

Природный газ

В основном состоит из метана — его количество может варьировать от 70 до 98 %.

Также содержит:

• более тяжелые углеводороды — этан, пропан и др.;
• азот;
• углекислый газ;
• сероводород;
• инертные газы — например, гелий.

Почти в два раза легче воздуха, потому при утечках поднимается вверх. Часто добывается вместе с нефтью путем разработки нефтегазоносных залежей.

Известен людям давно, но в промышленных масштабах как ценный энергоресурс начал активно использоваться только с середины XX века. При сжигании одного кубического метра природного газа выделяется 8000 ккал энергии или 9,3 киловатт.

Возобновляемые энергетические ресурсы

К возобновляемым относятся энергоресурсы, которые восполняются естественным путем и являются неисчерпаемыми по человеческим меркам.

Солнечная энергетика

Первые опыты по использованию солнечной энергии производил еще Леонардо да Винчи в эпоху Возрождения. В конце XIX века в США были изобретены экспериментальные солнечные элементы, но они показывали низкую эффективность. Впервые в промышленном масштабе энергия солнца стала использоваться с 1960-х годов в космической отрасли.

Интерес к солнечной энергетике возрос в начале XXI века, когда остро встал вопрос об исчерпаемости природных ресурсов и необходимости уменьшения негативного воздействия человека на окружающую среду.

Солнечная энергия является экологически чистой, во время ее производства не создаются вредные отходы.

Источник: scientificrussia.ru

В настоящее время солнечная энергетика активно развивается в государствах Евросоюза, США, Китае, Японии и ряде других стран.

При всех своих достоинствах солнечная энергетика имеет ряд минусов:

• относительно высокая стоимость конструкций;
• зависимость от сезона и погоды;
• потребность в больших площадях;
• сложность утилизации фотоэлементов;
• малая плотность мощности.

Ветроэнергетика

Ветряная энергетика основана на превращении кинетической энергии воздушных масс в различные виды энергии, пригодные для использования в промышленности и быту.

С данным типом энергетики человечество знакомо с давних времен. На Востоке ветряные мельницы использовались уже более двух тысяч лет назад, а в XI—XIII веках они распространились по Европе. С XVI века европейцы начинают возводить водонасосные станции, оснащенные гидродвигателями и ветряными мельницами.

В XX веке интерес к ветроэнергетике упал, так как по рентабельности она уступала более дешевым источникам энергии. В наши дни она рассматривается как одно из перспективных направлений развития, поскольку является экологически чистым источником возобновляемой энергии.

Эксплуатация ветряных электростанций (ВЭС) связана с рядом проблем:

• сила энергии ветра непостоянна и не всегда предсказуема;
• работа ВЭС сопровождается сильным шумом;
• по выходу электроэнергии уступает другим типам электростанций.

Гидроэнергетика

В гидроэнергетике кинетическая энергия быстро текущей или падающей воды преобразуется в другие виды энергии. Данный тип энергетики использовался человеком с глубокой древности — например, для орошения полей или сооружения водяных мельниц.

В настоящее время существуют тысячи гидроэлектростанций (ГЭС), расположенных по всему миру. Крупнейшей является китайская ГЭС «Три ущелья», построенная на реке Янцзы. По мощности она равна трем атомным электростанциям.

Источник: www.ixbt.com

Плюсы ГЭС:

• возобновляемый энергоресурс;
• большая мощность;
• невысокая стоимость;
• удобство и простота эксплуатации;
• нет вредных выбросов в атмосферу.

Минусы:

• нарушение местных экосистем;
• возможность затопления окрестных территорий;
• можно строить только в возвышенных районах, где имеются крупные реки;
• при авариях происходят сильные наводнения;
• разрушается естественное развитие реки, пересыхают ее притоки и ручьи.

Поскольку эксплуатация ГЭС несет огромное количество негативных последствий для природы, то ученые находятся в поисках альтернативных вариантов использования энергии воды.

Биоэнергетика

Учеными разработано три способа получения биотоплива:

• сжигание биомассы;
• брожение;
• извлечение из нее спирта и газов.

К настоящему времени создано биотопливо трех поколений:

1. Первого поколения — сырьем для него служат остатки сельскохозяйственных культур, трава, древесина.
2. Второго — получается в результате пиролиза биомассы, то есть ее термического разложения.
3. Третьего — производится из водорослей.

Роль и значение энергетических ресурсов

Энергоресурсы играют ключевую роль в развитии как отдельных стран и народов, так и всего человечества. Энергетика является основой развития всех отраслей народного хозяйства, а также обеспечивает бытовые потребности людей. Без энергии остановятся фабрики и заводы, отключится электричество в домах, перестанут работать системы газо- и водоснабжения.

Международными организациями обеспеченность энергоресурсами рассматривается в рамках концепции устойчивого развития.

Потенциал энергетических ресурсов

В связи с постоянным увеличением населения Земли и возрастанием уровня потребностей перед человечеством остро встает проблема быстрого сокращения энергоресурсов. Уже сейчас многие страны испытывают их нехватку, что нередко становится причиной серьезных социально-экономических и политических потрясений.

По подсчетам специалистов, мировых запасов нефти и природного газа при текущем потреблении хватит максимум на 60—70 лет, угля — на 100 лет.

При этом энергоресурсы на планете распределены крайне неравномерно. Значительная часть нефти и газа сосредоточена в Ближневосточном регионе, в то время как многие государства совсем не имеют нефтяных и газовых месторождений. 

Залежи каменного угля встречаются чаще, но 75 % мировых угольных запасов приходится на пять стран — Китай, Индию, США, Австралию и Россию.

Способы сохранения энергетических ресурсов

Существуют два основных решения, направленных на сохранение энергоресурсов:

1. Энергосбережение — это сокращение использования всех источников энергии как в промышленном масштабе, так и на бытовом уровне. Для этого создаются энергосберегающие технологии, вводятся ограничения на использование электричества в ночное время, проводятся просветительские акции экологической направленности. Например, с 2007 года в конце марта ежегодно проходит «Час Земли». Все участники акции на один час отключают электричество, привлекая таким образом внимание к экологическим проблемам. В этом мероприятии уже приняли участие около миллиарда человек.
2. Переход на «зеленую энергетику» — использование экологически чистых, возобновляемых источников энергии является важной основой устойчивого развития человечества. Этот переход сопряжен с огромными трудностями, требует больших капиталовложений и людских ресурсов, но пока альтернативы ему нет.