Содержание
Первичные и вторичные энергоресурсы, их классификация
Лекция 11.
Первичные и вторичные энергоресурсы, их классификация. Экологическая эффективность различных способов получения электрической энергии.
Домашнее задание [3] c.5-11. [2] с.31-44. [6] с.98-111.
Энергетический ресурс – материальный объект, в котором сосредоточена энергия, пригодная для практического использования человеком, носитель энергии.
Первичный энергоресурс – энергоресурс, который не подвергался какой-либо переработке непосредственно находящиеся в природе (солнечная энергия, ветер, месторождения нефти и газа и т.д.).
Вторичный энергоресурс – энергоресурс, полученный после преобразования первичного энергоресурса на специальных установках, а также полученный в результате недоиспользования энергии в технологическом процессе или в виде побочного продукта основного производства (электроэнергия, горячая вода, газ в трубопроводе).
Классификация первичных энергоресурсов:
1. по способу использования:
Ø топливные,
Ø нетопливные
2. по признаку сохранения запасов:
Ø возобновляемые ,
Ø невозобновляемые
3. по месту нахождения в литосфере:
Ø ископаемые (в недрах),
Ø неископаемые (на поверхности литосферы)
4. по признакам природопользования:
Ø участвующие в круговороте веществ и превращения энергии (солнечная, космическая),
Ø детонированные (занесенные), (ископаемые), находящиеся в недрах, (уголь, торф), ядерное топливо,
Ø искусственно активированные (вещества, участвующие в химических реакциях).
5. по влиянию на энергию биосферы:
Ø добавляющие энергию,
Ø недобавляющие энергию.
6. по экономической классификации:
Ø валовый ресурс – суммарная энергия энергоресурса,
Ø технический ресурс – энергия, которая может быть получена из энергоресурса при существующем уровне развития техники,
Ø экономический ресурс – энергия, получение которой выгодно при существующем соотношении цен на оборудование, материалы, рабочую силу.
Иногда ресурс дешевле купить, чем добыть.
Классификация вторичных энергоресурсов (ВЭР):
1. по происхождению:
Ø тепловые – тепло золы, шлаков, газов, воды, пара, твердых тел;
Ø горючие – горючие газы, отходы, используемые как топливо;
Ø избыточного давления – газ, вода, пар, находящиеся под давлением или обладающие кинетической энергией.
2. по направлению использования:
Ø топливные (используются как топливо)
Ø тепловые (используются как источник тепла или как теплоноситель)
Ø силовые (используются в виде механической или электрической энергии)
Ø комбинированные (используются как механическая энергия и тепло).
3. по степени концентрации энергии:
Ø высокопотенциальные (высокотемпературные, Т=400÷1000 С),
Ø среднепотенциальные (газы, вода, пар, отходы производства с температурой выше 120 С),
Ø низкопотенциальные (выбросы воздуха из вентиляции, бытовые стоки, вода из систем отопления).
Экологическая эффективность различных способов
получения электрической энергии.
1. Наиболее экологически эффективным способом получения электроэнергии является энергосбережение.
2. Преобразование солнечной энергии в электрическую непосредственно не связанно с выделением в окружающую среды вредных веществ. Но при производстве фотогенераторов (солнечных батарей) в окружающую среду выбрасывается большое количество отходов кремния, клеев, солей, кислот, затрачивается значительный объем электроэнергии.
3. Ветроэнергетические установки – строительство установок требует значительной площади земли или дна водоема (залива, озера), они являются источником шума, электромагнитного поля, изменяют пути миграции животных и насекомых, а также естественные воздушные потоки на местности.
4. Гидроэлектростанции – создание водохранилищ, устройство плотин связано с выведением из оборота больших площадей земли, изменяются естественные процессы очистки реки, исчезают места нерестилищ рыбы, нарушается экосистема водоема, электромагнитное излучение линий электропередач отрицательно влияет на окружающую среду.
5. Геотермальные установки – горячая вода из подземных источников может содержать много солей, которые могут привести к засолению почвы.
6. Атомные электростанции – в меньшей степени, чем тепловые электростанции, загрязняют атмосферу, водоемы, но требуют работ по утилизации отработанного ядерного топлива и материалов реакторов. Не исключается возможность аварий в результате сбоев технологического процесса или террористических актов.
7. Тепловые электрические станции (ТЭС), тепловые электрические централи (ТЭЦ). Комбинированное производство тепла и электрической энергии снижает объемы выбросов SO2, NOx, CO2 в атмосферу (SO2 со 100% до 5%, NOx со 100 до 90%, CO2 со 100 до 50%).
Осуществляется сброс теплой воды в водоемы, тепла в атмосферу, линии электропередач загрязняют биосферу электромагнитным излучением.
При сгорании топлива выбрасывается пыль, содержащая тяжелые металлы. Добыча топлива, его доставка, хранение, аварии при транспортировке и хранении приводят к значительному экологическому ущербу.
Топливно-энергетический комплекс (ТЭК) РБ
¾ система предприятий, осуществляющих добычу, получение и распределение энергии и энергоресурсов.
Структура ТЭК:
1. Предприятия по добычи, переработки и хранению энергоресурсов (производственные системы топливоснабжения).
2. Электроэнергетика.
3. Потребители.
Контрольные вопросы:
1. Раскройте понятия «первичные» и «вторичные» энергоресурсы.
Ещё посмотрите лекцию «1 Интеллектуальная собственность» по этой теме.
2. Классифицируйте ресурсы по экономическим критериям.
3. Обоснуйте, почему энергосбережение является экологически чистым источником энергии.
4. Сформулируйте понятие топливно-энергетического комплекса.
5. Классифицируйте вторичные энергетические ресурсы.
6. Обобщите данные об источниках загрязнения окружающей среды тепловыми электростанциями.
Энергоресурсы
Первичные энергетические ресурсы — это нефть, природный газ, каменный и бурый уголь, горючие сланцы, торф (которые являются практически невозобновляемыми ресурсами литосферы), древесина (ресурсы биосферы — возобновляемые), а также гидроэнергия (ресурсы гидросферы, неисчерпаемые) и др.
Запасы энергии атомного распада и ядерного синтеза являются физически неисчерпаемыми.
Вплоть до начала XX в. основным энергетическим ресурсом на планете была древесина. Затем ее значение начало падать, и стал заметен первый «энергетический переход» — к широкому использованию угля. Однако на смену ему пришли добыча и потребление иных видов топлива — нефти и природного газа, использование ядерной энергии.
«Эра нефти» дала толчок интенсивному развитию экономики, что потребовало, в свою очередь, увеличения производства и потребления ископаемого топлива. Увеличивается количество потребляемой на планете энергии (причем в последние десятилетия потребность в ней удваивается каждые 13—14 лет).
Согласно последним данным Мирового энергетического совета (МИРЭС), доказанные извлекаемые запасы органического топлива в мире составляют 1220 млрд тонн «условного» топлива (т у. т.), тогда как конечные (общие) извлекаемые ресурсы, оценены весьма условно — в 4,5 раза больше. То есть доказанные запасы органического топлива достаточны для удовлетворения ожидаемого роста мирового спроса на них в течение многих десятилетий.
Общемировые запасы органического топлива слагаются в первую очередь из запасов угля (до 60%), нефти и газа (около 27%), причем все пересчитывается в эквиваленте «условного топлива». В совокупном мировом их производстве (т. е. добыче) картина по удельному весу энергоносителей складывается иная — на уголь приходится более 30%, а на нефть и газ — более 67% от общей добычи топливных ресурсов.
В общемировых разведанных (т. е. конечных извлекаемых) запасах выделяют еще достоверные (извлекаемые при современном уровне развития техники). В середине 1990-х гг. достоверные запасы нефти в мире определялись в 130—140 млрд т или 200 млрд т у. т. (а общие разведанные — в три раза больше), природного газа — в 140 трлн м3 (или 150 млрд т у. т.).
При этом только на долю стран, входящих в экономическую группировку ОПЕК (Организацию стран-экспортеров нефти), приходится около 77% мировых запасов нефти и 41% мировых запасов природного газа.
В 1960 г. мировая добыча нефти и газового конденсата составляла 1053 млн т, а природного газа — 454 млрд м3; в 1994 г.
ее объем увеличился до 3000 млн т и 2215 млрд м3 (соответственно).
Обеспеченность текущей добычи нефти достоверными запасами в настоящее время определяется в целом по миру в 45 лет. При этом в странах крупнейших производителях нефти обеспеченность запасами выше среднего уровня. Так, при нынешних темпах разработки запасов и добыче нефти в Саудовской Аравии (которая является одним из основных экспортеров этого ценного сырья в мире) ее хватит примерно на 90 лет. Эксперты полагают, что нефтяные резервы Кувейта истощатся приблизительно через 140 лет, Ирана — через 70 лет и т. д.
Единой системы учета запасов угля и его классификации по видам не существует, поэтому и статистические данные, публикуемые в разных изданиях, существенно различаются. Так, например, мировые ресурсы (конечные извлекаемые) каменного и бурого угля в середине 1990-х гг. оценивались МИРЭС в 4850 млрд т у. т. А доказанные извлекаемые запасы угля и лигнита оценивались в 870 млрд ту. т. (т. е. немногим более 1 трлн метрических тонн).
Наиболее крупными запасами всех видов углей из зарубежных стран обладают США, КНР, Россия, Польша, ЮАР, Австралия, ФРГ. Более 90% достоверных запасов каменного угля (извлекаемых с использованием существующих технологий) сосредоточено в США (1/4), на территории республик СНГ (более 1/5), КНР (1/5) и ЮАР.
«Известные» ресурсы урана в мире в настоящее время оцениваются в 2,4 млн т (при цене добычи менее 80 долл. за 1 кг). Годовая потребность в уране всех действующих в мире ядерных энергетических реакторов оценивается в 58 тыс. т. Таким образом ресурсов урана достаточно для работы ныне действующих АЭС в течение 40 лет. К тому же надо еще учитывать возможности повторного энергетического использования урана, а также плутония, получаемых при переработке отработавшего на АЭС ядерного горючего.
Большими потенциальными возможностями обладают ресурсы нетрадиционных возобновляемых источников энергии (НВИЭ), за счет которых пока еще удовлетворяется весьма незначительная часть мировых энергетических потребностей.
Использование энергетических ресурсов является одним из основных показателей уровня развития цивилизации. Потребление разных видов первичных энергоносителей (нефти, газа, угля) промышленно развитыми государствами значительно превосходит соответствующие показатели стран развивающегося мира. Однако в мировом потреблении различных видов энергии доля развивающихся стран быстро растет: в 1955 г. она составляла 9,5%, в 1978 г.— более 20, в 1990 г. — 24, к 2000 г. (по прогнозу) — достигнет 30%.
Большинство развивающихся стран не имеет на своей территории крупных запасов нефти и природного газа (кроме нескольких стран-экспортеров) и находится в зависимости от экспорта энергетических ресурсов.
В самых слаборазвитых странах мира потребности в них покрываются часто за счет дров и других видов биомассы, используемой в качестве топлива (солома, сухой навоз). Энергетическая ситуация, складывающаяся в результате сохранения этой тенденции, оборачивается для многих стран «третьего мира» сложными экологическими проблемами (в т.
ч. уничтожением лесов).
Само же понятие «энергетический кризис» можно определить как напряженное состояние, сложившееся в результате несовпадения между потребностями современного общества в энергии и запасами энергоресурсов, в т. ч. вследствие нерациональной структуры их потребления.
Объяснение фактов об энергетике в США – потребление и производство
Соединенные Штаты используют различные источники энергии
Соединенные Штаты используют и производят множество различных типов и источников энергии, которые можно сгруппировать в общие категории, такие как первичные и вторичные, возобновляемые и невозобновляемые, и ископаемые виды топлива.
Первичные источники энергии включают ископаемое топливо (нефть, природный газ и уголь), атомную энергию и возобновляемые источники энергии. Электроэнергия – это вторичный источник энергии, который вырабатывается (производится) из первичных источников энергии.
Источники энергии измеряются в различных физических единицах: жидкое топливо в баррелях или галлонах, природный газ в кубических футах, уголь в коротких тоннах и электричество в киловаттах и киловатт-часах.
В Соединенных Штатах британские тепловые единицы (БТЕ), мера тепловой энергии, обычно используются для сравнения различных видов энергии друг с другом. В 2021 году общее потребление первичной энергии в США составило около 97 331 601 000 000 000 БТЕ, или около 97 квадриллионов БТЕ.
Потребление первичной энергии в США по источникам энергии, 2021 г., всего = 97,33 квадриллиона британских тепловых единиц (БТЕ) всего = 12,16 квадриллиона БТЕ2% — геотермальная энергия12% — солнечная энергия27% — ветер4% — отходы биомассы19% — биотопливо17% — древесина19% — гидроэлектроэнергиябиомасса40%возобновляемая энергия 12%природный газ32%нефть36%атомная электроэнергия8%уголь11%Источник данных: США. Управление энергетической информации, Ежемесячный обзор энергетики, таблицы 1.3 и 10.1, апрель 2022 г., предварительные данные. Примечание. Сумма компонентов может не равняться 100% из-за независимого округления.
В 2021 году на долю электроэнергетики приходилось около 96% от общего объема производства электроэнергии в коммунальных сетях США, почти вся из которых была продана другим секторам.
1
Транспортный, промышленный, коммерческий и жилой секторы называются секторами конечного использования , поскольку они потребляют первичную энергию и электроэнергию, произведенную электроэнергетическим сектором.
Общее потребление энергии секторами конечного потребления включает потребление ими первичной энергии, покупную электроэнергию и потери энергии в электрических системах (преобразование энергии и другие потери, связанные с производством, передачей и распределением покупной электроэнергии) и прочие потери энергии.
Источники энергии, используемые в каждом секторе, сильно различаются. Например, в 2021 году нефть обеспечивала примерно 90% энергопотребления транспортного сектора, но только 1% потребления первичной энергии электроэнергетикой. На приведенной ниже диаграмме показаны типы и объемы первичных источников энергии, потребляемых в Соединенных Штатах, объемы первичной энергии, используемые электроэнергетическим сектором и секторами конечного потребления энергии, а также розничные продажи электроэнергии электроэнергетическим сектором населению.
сектора конечного потребления энергии.
Нажмите, чтобы увеличить
На приведенной ниже диаграмме показано годовое потребление первичной энергии в США с 1950 по 2021 год. превысило общее годовое потребление впервые с 1957 года. Производство также превышает потребление в 2020 и 2021 годах.7,33 квадроцикла.
Ископаемые виды топлива — нефть, природный газ и уголь — составляли около 79% от общего объема производства первичной энергии в США в 2021 году. доминировали в энергетическом балансе США более 100 лет, но со временем этот состав изменился.
Потребление угля в США достигло своего пика в 2007 году и составило около 1,13 миллиарда коротких тонн, а пик добычи угля в 2008 году составил около 1,17 миллиарда коротких тонн. Оба показателя снижались почти каждый год после тех пиковых лет, главным образом из-за снижения спроса на уголь в США для производства электроэнергии. Что касается общего содержания энергии в угле, годовое потребление угля в США достигло пика в 2005 г.
и составило около 22,80 квадр., а производство достигло пика в 1998 примерно на 24.0 квадрациклах. Энергосодержание общего годового потребления и производства угля с тех пор в целом снизилось из-за снижения спроса на уголь и из-за увеличения доли использования угля с более низким содержанием тепла в электроэнергетическом секторе. В 2021 году потребление угля составило около 546 миллионов коротких тонн, что соответствует примерно 10,55 квадроциклам и примерно 11% потребления энергии в США. Добыча угля в 2021 году составила 578 млн коротких тонн и равна примерно 11,62 кв.
Добыча природного газа (сухой газ) достигла рекордного уровня в 34,15 трлн куб. футов (трлн куб. футов) или 93,57 миллиарда кубических футов в день (млрд кубических футов в день) в 2021 году. Потребление природного газа в 2021 году составляло около 82,97 млрд кубических футов в день, что равно 31,34 квадрацикла и около 32% от общего потребления энергии в США. Ежегодная добыча сухого природного газа в США превышает годовое потребление природного газа в США как по объему, так и по теплосодержанию с 2017 года.
Более эффективные методы бурения и добычи привели к увеличению добычи природного газа из сланцевых и плотных геологических формаций. Увеличение производства в целом способствовало снижению цен на природный газ до 2020 года, что, в свою очередь, способствовало увеличению потребления природного газа в электроэнергетике и промышленности.
Нажмите, чтобы увеличить
В период с 1970 по 2008 год годовая добыча сырой нефти в целом снижалась. В 2009 году тенденция изменилась, и добыча начала расти, а в 2019 году добыча сырой нефти в США достигла рекордного уровня в 12,29 миллиона баррелей в сутки. Более рентабельные технологии бурения и добычи помогли увеличить годовой объем добычи в 2017–2019 годах, особенно в Техасе и Северной Дакоте. Спрос на нефть в США снизился в 2020 и 2021 годах в основном в результате реакции на COVID-19.пандемии, которая способствовала снижению добычи нефти в США в 2020 и 2021 годах.
Жидкости для производства природного газа (NGPL) извлекаются из природного газа до того, как природный газ подается в трубопроводы для передачи потребителям.
Ежегодное производство NGPL в целом увеличилось с 2005 года, что совпало с ростом добычи природного газа, и достигло рекордного уровня почти в 5,40 млн баррелей в день в 2021 году. NGPL являются крупнейшим источником производства жидких углеводородных газов (HGL) в США. Ежегодный рост производства HGL с 2008 года способствовал снижению цен на HGL и увеличению потребления HGL в США (и экспорта).
Производство ядерной энергии на коммерческих атомных электростанциях в США началось в 1957 г., ежегодно росло до 1990 г. и в целом стабилизировалось после 2000 г. Несмотря на то, что в 2021 г. было меньше действующих ядерных реакторов, чем в 2000 г., производство в 2021 году составило около 778 миллиардов киловатт-часов (кВтч), что соответствует примерно 8,13 квадрациклам. Сочетание увеличения мощностей по выработке электроэнергии и более коротких циклов дозаправки и технического обслуживания на атомных электростанциях помогло компенсировать сокращение количества ядерных реакторов и поддерживать относительно стабильный уровень годового производства электроэнергии на атомных электростанциях в США в течение последних 20 лет.
Производство и потребление возобновляемой энергии в 2021 году достигли рекордно высокого уровня в 12,32 и 12,16 квадрика соответственно, в основном благодаря рекордно высокому производству солнечной и ветровой энергии. Производство гидроэлектроэнергии в 2021 году было примерно на 9% ниже, чем в 2020 году, и примерно на 19% ниже, чем в среднем за 50 лет. Общее производство и потребление биомассы в 2021 г. были выше, чем в 2020 г., но ниже рекордно высокого уровня 2018 г. Использование геотермальной энергии в 2021 г. было примерно на 1,5% выше, чем в 2020 г., но ниже рекордно высокого уровня 2014 г.
1 Производство электроэнергии для коммунальных предприятий включает производство электроэнергии на электростанциях мощностью не менее одного мегаватта. В 2020 году промышленный и коммерческий секторы произвели около 4% электроэнергии, вырабатываемой коммунальными предприятиями. Оценки распределенной (маломасштабной) солнечной генерации приведены в Monthly Energy Review Таблица 10.
6. Небольшое количество электроэнергии импортируется и экспортируется в Канаду и Мексику.
Последнее обновление: 10 июня 2022 г., с данными из выпусков исходных отчетов за апрель 2022 г .; данные за 2021 год предварительные
Ископаемое | Министерство энергетики
Министерство энергетики
Ископаемые источники энергии, включая нефть, уголь и природный газ, представляют собой невозобновляемые ресурсы, которые образовались, когда доисторические растения и животные погибли и постепенно были погребены под слоями горных пород. На протяжении миллионов лет формировались различные типы ископаемого топлива — в зависимости от того, какая комбинация органического вещества присутствовала, как долго оно было захоронено и какие условия температуры и давления существовали с течением времени.
Сегодня производители ископаемого топлива добывают или добывают эти источники энергии, сжигают их для производства электроэнергии или перерабатывают для использования в качестве топлива для отопления или транспорта.
За последние 20 лет почти три четверти антропогенных выбросов приходится на сжигание ископаемого топлива.
Министерство энергетики поддерживает чрезвычайные запасы нефти, обеспечивает ответственную разработку нефтегазовых ресурсов Америки и выполняет обязанности по регулированию природного газа. Кроме того, ученые из национальных лабораторий Министерства энергетики разрабатывают технологии для сокращения выбросов углерода и обеспечения того, чтобы ископаемые источники энергии играли роль в будущем чистой энергии Америки.
Природный газ
Министерство энергетики стремится к безопасной разработке ресурсов природного газа в Америке.
ПОСМОТРЕТЬ БОЛЬШЕ
Масло
Департамент энергетики работает над тем, чтобы внутренние и мировые поставки нефти были экологически устойчивыми, и поддерживает резервные запасы нефти.
ПОСМОТРЕТЬ БОЛЬШЕ
Каменный уголь
Уголь является крупнейшим отечественным источником энергии в Америке и используется для производства значительного количества электроэнергии в нашей стране.
ПОСМОТРЕТЬ БОЛЬШЕ
Учить больше
Исследования по хранению углерода
Управление программы исследований и разработок по хранению углерода компании Fossil Energy
Учить больше
Стратегический нефтяной резерв
Стратегический нефтяной резерв
Учить больше
Shale Gas 101
Эта веб-страница была разработана, чтобы ответить на многие вопросы людей о сланцевом газе и гидроразрыве пласта (или гидроразрыве пласта). Информация, представленная ниже, объясняет основы, в том числе, что такое сланцевый газ, где его добывают, почему его импортируют…
Учить больше
Улучшенная нефтеотдача
Учить больше
Национальные лаборатории
Управление строительных технологий тесно сотрудничает с финансируемыми Министерством энергетики национальными лабораториями для разработки и демонстрации энергоэффективных технологий.
Эмер…
Учить больше
Изменение климата
Департамент энергетики борется с изменением климата с помощью науки, исследований в области экологически чистой энергии и повышения энергоэффективности в наших домах, на предприятиях и в транспортных средствах.
Учить больше
Избранный контент
ИНФОГРАФИКА: Улавливание углерода 101
Улавливание углерода является важной частью исследований и разработок Департамента энергетики в области ископаемой энергии, но как это работает? Эта инфографика разбивает это для вас.
Учить больше
Petra Nova, крупнейший в мире проект по улавливанию углерода после сжигания, начинает коммерческую эксплуатацию
Вчера, 10 января 2017 г., NRG Energy, Inc. (NRG) и JX Nippon Oil and Gas Exploration Corporation (JX Nippon) Проект Nova — крупнейшая в мире система улавливания углерода после сжигания — начал коммерческую эксплуатацию по адресу.
..
Учить больше
Викторина: Знай свои электростанции
Думаете, вы знаете, где расположены угольные, солнечные и другие электростанции по всей стране? Проверьте свои знания с помощью нашей викторины по электростанциям!
Учить больше
Производство пригодной для использования воды из мест хранения CO2
Наши водные и энергетические системы тесно взаимосвязаны. Вода используется на всех этапах производства энергии и электроэнергии, а энергия требуется для очистки и распределения воды. Поскольку потребности нашей страны в энергии и воде растут, это так же важно, как и…
Учить больше
Подвинься, платина, нам нужен никель!
Исследователи из Национальной лаборатории энергетических технологий разработали новый катализатор для превращения CO2 в топливо, который намного дешевле и работает намного лучше, чем используемая сегодня платина.
Добавить комментарий