Лекция 6 Тема Энергетические ресурсы 1 Структура

Лекция № 6 Тема: Энергетические ресурсы 1. Структура мирового энергопотребления 2. Углеводородные ресурсы - нефть и газ 3. Уголь и горючие сланцы 4. Ядерная энергия

1. Структура мирового энергопотребления • На протяжении тысячелетий основными видами используемой человеком энергии были химическая энергия древесины, потенциальная энергия воды на плотинах, кинетическая энергия ветра и лучистая энергия солнечного света. За последние 50 лет общий объем используемых в мире энергоресурсов вырос с 4 до 14, 6 млрд. тут (тонн условного топлива). • Количество энергии, используемое в настоящее время человечеством в дополнение к силе человеческих мускулов огромно – не менее 60*109 Дж на одного жителя Земли, что эквивалентно сжиганию 2 т угля или 10 баррелей нефти. Но это количество ничтожно мало по сравнению с солнечной энергией, попадающей ежедневно на поверхность планеты – 1, 5*1022 Дж. Проблема энергии, как ресурса не в ее общем возможном количестве, а в том в каких количествах и из каких источников её получает человечество, исходя из своих возможностей и предпочтений. Только чуть более 20% энергии поступает из возобновляемых источников (гидроэлекторостанции, ветровые, гидротермальные, приливные и т. д. установки) и от атомных станций, основная же энергия поступает от невозобновляемых источников, особенно горючих ископаемых

• В 19 в. главными источниками энергии стали ископаемые топлива: каменный уголь, нефть и природный газ. И в 20 веке основной прирост количества используемой в мире энергии обеспечивается за счет использования нефти и газа. На сегодняшний день мировое хозяйство попало в достаточно жесткую зависимость от горючих ископаемых.

• Достигнуты успехи в области энергосбережения. В последнее время ведутся поиски более чистых видов энергии, таких, как солнечная, геотермальная, энергия ветра и энергия термоядерного синтеза.

• Потребление энергии всегда напрямую связано с состоянием экономики. Увеличение валового национального продукта (ВНП) сопровождается увеличением потребления энергии, но энергоемкость ВНП (отношение использованной энергии к ВНП) в промышленно развитых странах постоянно снижается, а в развивающихся – возрастает.

Структура энергетических ресурсов: • 1. Горючие полезные ископаемые (уголь, нефть, природный газ, горючие сланцы) • 2. Ядерное топливо (уран, торий, литий, дейтерий) • 3. Внутреннее тепло Земли (геотермальная энергия) • 4. Энергия Солнца (энергия потоков ветра, океанских течений, волн, биотопливо) • 5. Гравитационная энергия (приливная энергия, энергия падающей воды)

• Существуют три основных вида ископаемых энергоносителей: уголь, нефть и природный газ, которые относятся к каустобиолитам.

• Основными потребителями нефти являются высокоразвитые страны, значительное экспортное производство сконцентрировано в сравнительно небольшой группе развивающихся и переходных стран. Так, доля США в общемировом потреблении нефти составляет 25, 4 %, тогда как их удельный вес в мировой добыче – всего 9, 9 %. А развитые страны Северо-Восточной Азии (Япония, Южная Корея, Тайвань), вообще не добывая нефти, потребляют 11 % ее мирового производства.

• В свое время нефть потеснила уголь и вышла на первое место в мировом энергетическом балансе. Сегодня существует перспектива, что природный газ может оттеснить нефть на второй план. Ведь если эмиссионное загрязнение при производстве энергии на основе нефти в два раза с лишним меньше, чем при использовании торфа или угля, то природный газ, в свою очередь, в три раза чище, чем нефть

• Для газа свойственна та же географическая диспропорция производства и потребления, что и для нефти. Так, хотя США и являются одним из двух мировых лидеров по добыче газа (21, 7 % от мирового объема), но потребляют они больше (26, 3 %). Еще больше от импорта природного газа зависят 15 стран Европейского союза, которые потребляют 15, 2 %, хотя добывают только 8, 3 % от мирового уровня.

• Прогноз мирового энергопотребления предполагает к 2050 г. использование 35 -40 млрд. тут. При этом доли нефти и газа составят к 2020 г. соответственно 29% и 26%, а к 2050 г. – 20% и 27%. Долевое снижение обусловлено предполагаемым интенсивным использованием биомассы (рост к 2050 г. с 11 до 15%) и «нетопливной» энергетики – ядерной (с 2% в общем объеме первичных ТЭР – до 6%), возобновляемой (с 3% до 17%).

2. Углеводородные ресурсы - нефть и газ • Нефть и газ относятся к нефтяному ряду каустобиолитов. Нефтяной ряд включает: нефть и ее производные (озокериты, асфальты и др. ), газы, т. е. вещества, образование и условия залегания которых связаны с процессами миграции. Этот ряд относится к эпигенетичным каустобиолитам. • Миграционные каустобиолиты представляют собой систему сложных природных растворов, которые не смешиваются с природными водами и поэтому находятся в недрах в газообразном, жидком, полужидком и твердом состоянии

• Все известные залежи нефти и газа (99, 9%) заключены в осадочных породах. Нефть и газ занимают пустоты в терригенных и карбонатных породах. Вместе с нефтью и газом в пустотном пространстве находится вода. • Пустотное пространство пород представлено порами, кавернами, трещинами, биопустотами (внутриформенные и межформенные). • Пустоты могут быть изолированными и объединенными в общую систему каналами разной протяженности, сечения, формы, генезиса и т. д. , и определяют емкость порового пространства и его способность фильтровать флюиды при перепаде давления.

• Горные породы, обладающие способностью вмещать нефть, газ и воду, и отдавать их при разработке, называют коллекторами. Когда углеводороды попадают в замкнутое пространство (ловушку) они образуют залежь. Залежи классифицируются по составу флюидов: • 1. Нефтяные • 2. Нефтяные с газовой шапкой • 3. Нефтегазовые • 4. Газовые с нефтяной оторочкой • 5. Газоконденсатные • 6. Газоконденсатно-нефтяные • 7. Газовые

• Часть разреза осадочного бассейна, которая содержит скопления нефти и газа и характеризуется относительным единством: условий накопления пород, формирования коллекторов, флюидоупоров, накопления и преобразования органического вещества, формирования гидродинамической системы называют нефтегазоносным комплексом. А совокупность залежей, контролируемых единым структурным элементом, и заключенных в недрах одной и той же площади формирует месторождение нефти и газа

Месторождения нефти и газа классифицируются по различным признакам, среди которых наиболее существенные следующие: • 1. Число залежей, объединяемых в месторождение; • 2. Генезис и морфология структурных форм, образующих • месторождение. • 3. Генетическое положение месторождения; • 4. Фазовое состояние УВ систем; • 5. Запасы нефти и газа.

• Запасы нефти и газа по степени изученности подразделяются на: • разведанные - категории А, В и С 1 • предварительно оцененные - категория С 2. • Ресурсы по степени их обоснованности подразделяются на перспективные (С 3) и прогнозные (D 1 и D 2).

3. Уголь и горючие сланцы • Уголь является важным национальным природным ресурсом в первую очередь благодаря своей энергетической ценности. Авторитетные специалисты и эксперты полагают, что к середине XXI в. , несмотря на продолжающийся поиск альтернативных источников энергии, в мировом топливноэнергетическом балансе снова будет преобладать уголь

• Угли относятся к каустобиолитам, они образуются из остатков растений в застойных пресноводных водоёмах. Первоначальной стадией образования углей является торф – низкосортный горючий материал с низкой теплотворной способностью.

• В ряде стран добыча угля становится нерентабельной в связи с отработкой наиболее богатых и сравнительно неглубоко залегающих пластов. Многие старые шахты закрываются как убыточные. Первое место по добыче угля занимает Китай, за ним следуют США, Австралия и Россия. Значительное количество угля добывается в Германии, Польше, ЮАР, Индии, на Украине и в Казахстане.

• Запасы угля. Большая часть извлекаемых запасов приходится на Северную Америку, Азию и Европу, континенты Южного полушария сравнительно бедны углем. Три четверти мировых запасов, составляющих по приближенной оценке 10 трлн. т, приходятся на страны бывшего СССР, США и КНР

• Хотя угля на Земле гораздо больше, чем нефти и природного газа, его запасы не безграничны. В конце 20 века мировое потребление угля составляло более 2, 3 млрд. т в год. В отличие от потребления нефти, потребление угля существенно увеличилось не только в развивающихся, но и в промышленно развитых странах. По существующим прогнозам, запасов угля должно хватить еще на 420 лет. Но если потребление будет расти нынешними темпами, то его запасов не хватит и на 200 лет.

• Битуминозные пески и горючие сланцы. Во время энергетического кризиса 1970 -х годов велись поиски альтернативных источников энергии, которые могли бы заменить нефть. В Канаде, например, открытым способом разрабатывались битуминозные пески (нефтеносные пески, в которых после улетучивания легких фракций остаются тяжелые нефти, битум и асфальт).

4. Ядерная энергия • Все АЭС основаны на ядерных реакторах двух типов: на тепловых и быстрых нейтронах. Реакторы на тепловых нейтронах, как более простые, получили во всём мире, в том числе и в СССР, наибольшее распространение. К моменту создания первой АЭС в СССР уже были разработаны физические основы цепной реакции деления ядер урана в реакторах на тепловых нейтронах; был выбран тип реактора — канальный, гетерогенный, уран-графитовый (теплоноситель — обычная вода).

• Существует возможность использования ядерного реактора- размножителя. Считается, что при использовании реакторов-размножителей запасов урана хватит не менее чем на 6000 лет. Повидимому, это ценная альтернатива ядерным реакторам сегодняшнего поколения.

Существуют четыре проблемы использования ядерных реакторов: • возможность (взрывного или приводящего к утечке) разрушения защитной оболочки реактора, • радиоактивные выбросы (низкого уровня) в атмосферу, • транспортировка радиоактивных материалов • длительное хранение радиоактивных отходов.

• Более перспективной, чем деление ядер, в экологическом плане представляется энергия термоядерного синтеза. Такую энергию можно получать за счет образования тяжелых ядер из более легких. Этот процесс называется реакцией ядерного синтеза. Как и при делении ядер, небольшая доля массы преобразуется в большое количество энергии. Энергия, излучаемая Солнцем, возникает в результате образования ядер гелия из сливающихся ядер водорода.

• Энергия ядер дейтерия, содержащихся в 1 м 3 воды, равна примерно 3× 1012 Дж. Иначе говоря, 1 м 3 морской воды в принципе может дать столько же энергии, как и 200 т нефти-сырца. Таким образом, мировой океан представляет собой практически неограниченный источник энергии.

• Сегодня на долю ядерной энергетики приходится около 6 % топливноэнергетического баланса и более 15 % производимой электроэнергии. По прогнозам МАГАТЭ к 2050 г. доля ядерной энергетики в мировом энергобалансе может повыситься до 20 -30 %.