Лекции по “Основам энергосбережения“

Месторождения бурого угля находятся, так же, как и нефть, в Припятском прогибе. Прогнозные ресурсы его на глубине 600 м оцениваются в 410 млн. т, в т. ч. мощностью пласта от 0,7 м и более - 294 млн. т.

В настоящее  время наиболее изученными являются неогеновые угли (залегают на глубине 20-80 м) трех месторождений: Житковического, Бриневкого и Тонежского с общими запасами 152 млн. т (37 млн. т у. т.), промышленными - 121 млн. т (29,5 млн. т у. т.) На Житковичском месторождении подготовлены для промышленного освоения два месторождения с общими запасами 46,7 млн. т (11,4 млн. т у. т.), что позволяет проектировать строительство разреза мощностью в 2 млн. т (488 т у. т.). В последние годы на юге Беларуси (Лельчицкий район) открыто относительно большое месторождение – Букчинское, которое в будущем может иметь промышленное значение.

Разведанные запасы угля пока не разрабатываются, поскольку уголь залегает на большой  глубине, мощность его пластов небольшая.

Прогнозируемые  объемы годовой добычи местных видов топлива составляют:

-нефть, млн. т: 2000 г. (факт) - 1,84; 2005 г.- 1,55; 2010 г. - 1,29; 2015 г. -1,102;

- попутный газ,  млн. м³: 2005 г.-230; 2010 г.-210; 2015 г.- 180;

-торф, 1 млн. т у. т./год (на весь рассматриваемый период);

-дрова, предусматривается  увеличение заготовок и использования  с 1,3 млн. ту. т. в 2000 г. до 1,9-2,0 млн. т у. т. в 2015 г.

Имеющиеся запасы бурых углей в объеме 151,6 млн. т пригодны для использования после брикетирования с торфом, однако их добыча нецелесообразна, т. к. экологический ущерб превысит полученные результаты.

Нецелесообразна и добыча горючих сланцев в  объеме имеющихся запасов 11 млрд. т, поскольку стоимость получаемых продуктов выше мировых цен на нефть. 

      Электроэнергетика является важнейшей отраслью экономики любой страны, поскольку ее продукция (электрическая энергия) относится к универсальному виду энергии. Ее легко можно передавать на значительные расстояния, делить на большое количество потребителей. Без электрической энергии невозможно осуществить многие технологические процессы, как невозможно представить нашу повседневную жизнь без отопления, освещения, охлаждения, транспорта, телевизора, холодильника, стиральной машины, пылесоса, утюга, использования современных средств связи (телефон, телеграф, телефакс, ЭВМ), которые также потребляют электроэнергию. Одной из специфических особенностей электроэнергетики является то, что ее продукция в отличие от других отраслей промышленности не может накапливаться в запас на складе для последующего потребления. В каждый момент времени ее производство должно соответствовать ее потреблению.

      Основное количество электроэнергии в республике потребляется в промышленности. Особенностью электроэнергетики в Беларуси является то, что практически 100 % всей производимой электроэнергии дают тепловые электростанции, которые работают на привозном топливе (мазут, природный газ). Более 50 % электроэнергии вырабатывается в Минской и Гомельской областях. Но самой мощной тепловой электростанцией в Республике Беларусь является Лукомльская ГРЭС мощностью 2,4 млн. кВт (2,4 ГВт), расположенная в Витебской области. Около 1 ГВт имеет мощность Березовская ГРЭС, меньшую - Смолевичская и Василевичская ГРЭС. Часть электроэнергии вырабатывается на ТЭЦ, которые размещены в крупных городах (Минск, Витебск, Гомель и др.), а также на ТЭЦ при некоторых предприятиях Беларуси: сахарных заводах, объединении "Беларускалий", Добрушской бумажной фабрике. В энергосистему страны входит и патриарх отечественной энергетики -БелГРЭС, которая была воздвигнута в 1930 г. Она разместилась в недрах торфяных болот в двух десятках километров от Орши в городском поселке Ореховск Оршанского района.

Установленная мощность всех энергоисточников в республике составляет 7,82 ГВт. Наиболее крупными из них являются:

Лукомльская ГРЭС - 2,4 ГВт, 
Минская ТЭЦ-4 - 1,03 ГВт, 
Березовская ГРЭС - 0,93 ГВт, 
Гомельская ТЭЦ-2 - 0,54 ГВт, 
Новополоцкая                 ТЭЦ                         -                      0,5                      ГВт. 

Структура электропотребления в Беларуси:

 

Доля  энергоресурсов, добываемых в республике (нефть, попутный газ, торф и дрова) в 1999 г. составила 15,2% от общего количества, что соответствует 5,2 млн. т.у.т. 
 

Восполняемые  и невосполняемые энергетические ресурсы 
 

            Источники энергии

       Источники энергии подразделяются на возобновляемые и истощаемые.

       Возобновляемые  источники энергии  характеризуются отсутствием естественных возможностей накопления энергии, и поэтому использование их возможно по мере возникновения в них энергии. Эти источники можно разделить на две группы:

1. Естественные, в производстве которых лежит постоянное получение энергии Солнца (гидроэнергетика, ветроэнергетика, воспроизводимая биомасса);
2. Антропогенные, куда входят тепловые, органические и другие отходы деятельности человека.

       Истощаемые  энергетические ресурсы  – это естественно образовавшиеся и накопившиеся в недрах планеты запасы веществ, способные при определенных условиях высвобождать заключенную в них энергию. Это все виды ископаемого топлива (уголь, нефть, газ, торф), при сгорании которого расходуется кислород, выделяется тепло и вредные продукты  сгорания: газообразные (СО, СО2, окислы серы, азота и др.) и твердые (пылевидные и компактные). Процесс получения энергии из топлива негативно влияет в первую очередь на экологию атмосферы (например, возрастание содержания СО2 вызывает климатические изменения – парниковый эффект, уменьшение содержания О2 – одна из причин образования “озоновых дыр” – окон, через которые опасные для всего живого ультрафиолетовые излучения достигают Земли).

       Особыми видами истощаемых энергетических ресурсов являются расщепляющиеся (радиоактивные) вещества, находящиеся в недрах Земли.

Виды  топлива, их характеристика и запасы в Беларуси

     Виды  топлива подразделяются на следующие четыре группы:

-твердое;

- жидкое;

- газообразное;

- ядерное.

      С тех пор как человек научился пользоваться огнем, ему понадобилось топливо. Главное назначение топлива  получение тепла и света, т.е. энергии. В процессе эволюции и развития требования к ассортименту топлива росли. Первоначальными видами топлива были дрова, а также жир рыб и животных.

      Первая  промышленная революция, которая в  XIX веке полностью преобразовала аграрные страны Европы, а затем и Америку, произошла в результате перехода от древесного топлива к ископаемому угольному. Потом пришла эра электричества. Открытие электричества оказало огромное влияние на жизнь человечества и обусловило зарождение и рост крупнейших городов мира.

     Применение  нефти (жидкий вид топлива) и природного газа в сочетании с развитием  электроэнергетики, а затем и освоение энергии атома позволили промышленно развитым странам осуществить грандиозные преобразования, итогом которых стало формирование современного облика Земли.

       Таким образом, к  твердому   виду топлива относят:

       -древесину,  другие продукты растительного происхождения;

       -уголь  (с его разновидностями: каменный, бурый);

       -торф;

       -горючие  сланцы.

       Ископаемые  твердые виды топлива (за исключением сланцев) являются продуктом разложения органической массы растений. Самый молодой из них торф, представляющий собой плотную массу, образовавшуюся из перегнивших остатков болотных растений. Следующими по «возрасту» являются бурые угли - землистая или черная однородная масса, которая при длительном хранении на воздухе частично окисляется (выветривается) и рассыпается в порошок. Затем идут каменные угли, обладающие, как правило, повышенной прочностью и меньшей пористостью. Органическая масса наиболее старых из них - антрацитов претерпела наибольшие изменения и на 93 % состоит из углерода. Антрацит отличается высокой твердостью.

       Горючие сланцы представляют собой полезное ископаемое, дающее при сухой перегонке  значительное количество смолы, близкой  по составу к нефти. Залежи горючих  сланцев в Беларуси находятся  на юге республики (Туровское месторождение в Гомельской области, Любанское - в Солигорском и Любанском районах Минской области), и открыты они в 1963г. Прогнозные запасы составляют 11 млрд. т, в т. ч. промышленные на глубине 300 м - 3,6 млрд. т, что соответствует 792 млн. т у. т. Наиболее изученным является Туровское месторождение.

       Естественным  жидким топливом является нефть – смесь жидких углеводородов различных молекулярных весов и групп. Кроме того, в ней содержится некоторое количество жидких кислородных, сернистых и азотистых соединений. Природный газ чисто газовых месторождений состоит в основном из метана (95 –98% СН4). В искусственных газообразных топливах (газ доменных и коксовых печей, генераторный газ) метана содержится мало. Горючими составляющими в них является в основном водород Н2 и окись углерода СО.

       Горючая часть топлива содержит углерод  С, водород Н, кислород О, азот N и серу S. Основным элементом горючей части всех видов топлива является углерод С. Кислород и азот в топливе – органический балласт. Кислород, находясь в соединении с водородом или углеродом топлива, снижает количество теплоты, выделяющейся при сгорании. Азот при сжигании топлива в атмосфере воздуха не окисляется и переходит в продукты сгорания в свободном виде. Вредная примесь топлива – сера. При сгорании серы теплоты выделяется примерно в 3,5 раза меньше, чем при горении углерода. Содержание серы в топливе приводит к сильной коррозии низкотемпературных поверхностей нагрева. Негорючие минеральные примеси – балласт топлива. В газообразных топливах это углекислый газ СО2, азот N2 и водяные пары. В твердых топливах примеси состоят в основном из глины AL2O3 2SIO2 2H2O, свободного кремнезема SIO2 и железного колчедана FeS2. В горючих сланцах примеси – в основном карбонаты. В нефти негорючие примеси – это различные соли и окислы железа.

       Различают высшую и низшую теплоту сгорания топлива. Высшей теплотой сгорания топлива Q называется количество тепла, выделяющееся при полном сгорании 1 кг твердого (жидкого) или 1 м3 нормального газообразного топлива. Теплоту сгорания топлива определяют экспериментально с помощью приборов – калориметров. Теплота сгорания топлива выражается в единицах кДж/кг.     

     Жидкие  виды топлива получают путем переработки нефти. Сырую нефть нагревают до 300 ... 370 °С, после чего полученные пары разгоняют на фракции, конденсирующиеся при различной температуре:

      - сжиженный газ (выход около  1 %); -бензиновую (около 15 %, t_K = 30 ... 180 °С); -керосиновую (около 17 %, t_K = 120 ... 135 °С); - дизельную (около 18%, t_K = 180 ... 350 °С).

      Жидкий  остаток с температурой начала кипения 330 ... 350 °С называется мазутом.

     Газообразными видами топлива являются природный газ, добываемый как непосредственно, так и попутно с добычей нефти, называемый попутным. Основным компонентом природного газа является метан СН₄ и в небольшом количестве азот N2, высшие углеводороды, двуокись углерода. Попутный газ содержит меньше метана, чем природный, но больше высших углеводородов, и поэтому выделяет при сгорании больше теплоты

     В промышленности и, особенно в быту, находит широкое распространение сжиженный газ, получаемый при первичной переработке нефти. На металлургических заводах в качестве попутных продуктов получают коксовый и доменный газы. Они используются здесь же на заводах для отопления печей и технологических аппаратов. В районах расположения угольных шахт своеобразным «топливом» может служить метан, выделяющийся из пластов при их вентиляции. Газы, получаемые путем газификации (генераторные) или путем сухой перегонки (нагрев без доступа воздуха) твердых топлив, в большинстве стран практически вытеснены природным газом, однако в настоящее время снова возрождается интерес к их производству и использованию.

     В последнее время все большее  применение находит биогаз — продукт анаэробной ферментации (сбраживание) органических отходов (навоза, растительных остатков, мусора, сточных вод и т. д.).

     Анализ  оценки обеспеченности ТЭР показывает, что наиболее дефицитным видом топлива является нефть. Ее хватит по разным источникам на 25-40 лет. Затем, через 35-64 года, истощатся запасы горючего газа и урана. Лучше всего обстоит дело с углем, запасы которого в мире достаточно велики, и обеспеченность углем составит 218-330 лет.