ОСНОВЫ ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЯ Скриган Анна Юрьевна Кафедра Безопасность жизнедеятельности

ОСНОВЫ ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЯ Скриган Анна Юрьевна Кафедра «Безопасность жизнедеятельности» а. 239 / 1

ЭНЕРГИЯ. ВИДЫ И ТИПЫ ЭНЕРГИИ

Энергия способность производить работу или какое то другое действие, меняющее состояние действующего субъекта. • Механическая энергия — проявляется при взаимодействии, движении отдельных тел или частиц. • Тепловая энергия — энергия неупорядоченного (хаотического) движения и взаимодействия молекул веществ. • Электрическая энергия — энергия движущихся по электрической цепи электронов (электрического тока). • Химическая энергия — это энергия, "запасенная" в атомах веществ, которая высвобождается или поглощается при химических реакциях между веществами. •

• Магнитная энергия — энергия постоянных магнитов, обладающих большим запасом энергии, но "отдающих" ее весь ма неохотно. • Электромагнитная энергия — это энергия электромагнитных волн, т. е. движущихся электрического и магнитного полей. • Ядерная (атомная) энергия — энергия, локализованная в ядрах атомов так называемых радиоактивных веществ.

Единицы измерения энергии • В системе СИ 1 Джоуль (Дж). 1 Дж эквивалентен 1 ньютон метр (Н м). • Если расчеты связаны с теплотой, биологической и многими другими видами энергии, то в качестве единицы энергии применяется внесистемная единица калория (кал) или килокалория (ккал), 1 кал = 4, 18 Дж. • Для измерения электрической энергии пользуются такой единицей, как Ватт час (Вт ч, к. Вт ч, МВт ч), • 1 Вт ч = 3, 6 МДж. • Для измерения механической энергии используют величину 1 кг м = 9, 8 Дж.

ОСНОВНЫЕ ОПРЕДЕЛЕНИЯ

• Энергетический потенциал является параметром, оценивающим возможность использования источника энергии, выражается в единицах энергии Джоулях или киловатт часах. • Энергетические ресурсы – все доступные для промышленного и бытового использования источники разнообразных видов энергии: механической, тепловой, химической, электрической, ядерной. • Топливно-энергетические ресурсы (ТЭР) (ЗЭ РБ) – совокупность всех природных и преобразованных видов топлива и энергии, используемых в республике.

Энергетические ресурсы Первичные Вторичные Природные ресурсы и природные явления Продукты обогащения и переработки ископаемого топлива, древесины, отходящие газы, отработанный пар

Первичные энергоресурсы Невозобновляемые Минеральное топливо Нефть, уголь, природный газ, торф, горючие сланцы, битумы, ядерное топливо Возобновляемые Гидроэнергия Нетрадиционные (альтернативные) источники Солнечная, ветровая, энергия внутреннего тепла Земли включая геотермальную, тепловая энергия океанов, приливов и отливов

• Вторичные энергетические ресурсы (ВЭР) (ЗЭ РБ) – энергия, получаемая в ходе любого технологического процесса в результате недоиспользования первичной энергии или в виде побочного продукта основного производства и не применяемого в этом технологическом процессе. • Нетрадиционные и возобновляемые источники энергии (ЗЭ РБ) – источники электрической и тепловой энергии, использующие энергетические ресурсы рек, водохранилищ и промышленных водостоков, энергию ветра, солнца, редуцируемого природного газа, биомассы ( включая древесные отходы), сточных вод и твердых бытовых отходов.

• Энергосбережение – организационная, научная, практическая, информационная деятельность государственных органов, юридических и физических лиц, направленная на снижение расхода (потерь) топливно энергетических ресурсов в процессе их добычи, переработки, транспортировки, хранения, производства, использования и утилизации. • Эффективное использование ТЭР – использование всех видов энергии экономически оправданными, прогрессивными способами при существующем уровне развития техники и технологий и соблюдении законодательства. • Рациональное использование ТЭР – достижение максимальной эффективности использования топливно энергетических ресурсов при существующем уровне развития техники и технологий и соблюдении законодательства. • Показатель энергоэффективности – научно обоснованная абсолютная или удельная величина потребления топливно энергетических ресурсов (с учетом их нормативных потерь) любого назначения, установленная нормативными документами.

ВИДЫ ТОПЛИВА. ИХ СОСТАВ И ТЕПЛОТА СГОРАНИЯ

• Топливо – любая субстанция, которая сжигается для получения тепла и/или энергии. • Топливо подразделяют на следующие четыре группы: • – твердое; • – жидкое продукты переработки нефти; • – газообразное – природный и попутный газ; • – ядерное уран. • К твердому виду топлива относят: • древесину, другие продукты растительного происхождения; • уголь (с его разновидностями: каменный, бурый); • торф; • горючие сланцы.

Условное топливо • Удельной энергоемкостью энергетического ресурса называется количество энергии, приходящееся на единицу массы физического тела энергоресурса. • Для удобства сопоставления различных видов энергоресурсов и возможности расчетов расход всех видов топлива сравнивается с расходом, так называемого условного топлива. • За условное принято такое топливо, при сгорании 1 кг которого выделяется 29, 3*106 Дж, или 7000 ккал энергии. • В качестве единицы измерения в государствах СНГ принята 1 тонна условного топлива (т. у. т. ). За рубежом применяется тонна нефтяного эквивалента (т. н. э. ), • 1 т. н. э. =41, 86*106 Дж.

РОЛЬ ЭНЕРГЕТИКИ В РАЗВИТИИ ЧЕЛОВЕЧЕСКОГО ОБЩЕСТВА И УРОВНЕ ЕГО ЦИВИЛИЗАЦИИ

Этапы освоения различных видов энергии • Энергия собственных мышц и огня – первобытный строй – до II тыс. до нашей эры • Энергия мышц рабов – рабовладельческий строй II тыс. до н. э. I тыс. н. э. • Энергия воды и ветра – феодальный строй – XIII XVIII вв. (Средневековье и Возрождение) • Энергия тепла и пара – капитализм – XVIII XIX вв. – (Новый век, XIX в. ) • Энергия электричества капитализм XIX XX вв. • Ядерная энергия капитализм XX вв. • Энергия будущего – энергия термоядерного синтеза

• Человечество за всю историю своего существования израсходовало около 900 950 тыс. ТВт ∙ч энергии всех видов, причем почти 2/3 этого количества приходится на последние 40 50 лет. • Современная цивилизация – нефтяная. • Под прессом истощения запасов нефти, природоохранных требований и с учетом роста цен и экономического кризиса, энергетика экологизируется – количество потребляемой нефти снижается и заменяется возобновимыми источниками энергии.

МИРОВЫЕ ЗАПАСЫ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ РЕСУРСОВ И МИРОВОЕ ЭНЕРГОПОТРЕБЛЕНИЕ

• Мировые доказанные запасы нефти на конец 2012 г. достигли 235, 8 млрд т (1668, 9 млрд баррелей), что будет достаточно для 52, 9 лет мирового производства. • • Мировые доказанные запасы природного газа на конец 2012 г. составили 187, 3 трлн кубометров, что достаточно для обеспечения 55, 7 лет мирового производства. • Мировые доказанные запасы каменного угля в 2012 г. были достаточны для обеспечения 109 лет мирового производства, и сегодня это наибольшие запасы из всех видов ископаемого топлива. • Объемы запасов постоянно изменяются в связи с открытием новых месторождений. Темпы вводы в эксплуатацию новых месторождений снизились – то, что можно легко найти и легко добыть, мы уже используем.

Структура мирового энергопотребления • В начале XX в. основу ТЭБ составлял уголь (95, 7 %) • Затем он начал вытесняться нефтью и газом. • В 1950 г. нефть составляла 26, 5 %, достигнув максимального значения в 46 % в 1970; в 2009 доля нефти в ТЭБ составила 37 %. • В 1950 г. доля газа – 13 %, в 2009 – 24, 4 %. • Рост доли нефти в ТЭБ приостановился после энергетического кризиса 1973 1974 гг. • Надежды на значительную роль атомной энергетики в ТЭБ не оправдались. После аварии на Фукусиме доля ядерной энергии в глобальном производстве первичной энергии оказалась самой низкой с 1984 г.

Производство «чистой» энергии • Мировое производство и потребление гидроэлектроэнергии значительно выросло в последнее десятилетие и соcтавило 830 млн т н. э. (потребление). • Доля возобновляемых источников энергии в производстве электроэнергии (за исключением гидроэнергетики и биотоплива) выросла за последние десятилетие более, чем в 4 раза и составила около 240 (млн т н. э. ) • Доля ВИЭ достигла рекордных 4, 7 % мирового производства электроэнергии.

Общий вклад возобновляемых источников энергии в производство первичной энергии

British Petrolium о тенденциях и перспективах развития мировой энергетики • Общемировое потребление первичной энергии увеличится к 2030 г. на 36 %. • Наибольшее развитие получат возобновляемые источники энергии (включая биотопливо) (в среднем рост на 7, 6 % в год в 2014– 2030 гг. ). • Высокими темпами будет расти ядерная энергетика (2, 6 % в год) и гидроэнергетика (2, 0 % в год). • Среди ископаемых видов топлива использование газа будет расти быстрее всего (2, 0 % в год), опережая использование угля (1, 2 % в год) и нефти (0, 8 % в год).

ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ РЕСУРСЫ БЕЛАРУСИ

Местные виды ископаемого топлива: • Нефть • Торф • Бурый уголь • Горючие сланцы

Нефть • Около 94 % перерабатываемой на НПЗ нефти поставляется из России и только 6 % составляет нефть, добываемая в Беларуси. • Выявлено 74 месторождения нефти, в том числе 2 месторождения нефтегазоконденсата. • Суммарные запасы Припятского прогиба оцениваются в 332 млн т. • Остаточные извлекаемые промышленные запасы нефти составляют более 56 млн т, из них 45 % – высоковязкие и трудно добываемые. • Уровень добычи 2– 1, 7 млн т/год) с тенденцией снижения по 10– 20 тыс. т/год. • Обеспеченность запасами нефти по уровню добычи 2009 г. составляет около 33 лет.

Нефть • В 2013– 2020 гг. потребность нефти в республике планируется сохранить на прежнем уровне при ежегодном потреблении 21, 5– 22, 0 млн т. • Республика Беларусь является экспортером нефтепродуктов. Около 80 % нефтепродуктов, произведенных белорусскими НПЗ, экспортируются в связи с наличием избыточных мощностей по переработке сырья и небольшой емкостью внутреннего рынка

Природный газ • Выявлены две залежи природного газа с запасами 982 млн м 3 на Борщевском нефтяном и Красносельском нефтегазоконденсатном месторождениях. • Природный газ в Беларуси добывается попутно при эксплуатации нефтяных месторождений. По состоянию на начало 2010 г. в недрах 66 месторождений находится 8, 3 млрд м 3 извлекаемых запасов попутного газа. • В 2005– 2010 гг. было добыто из собственных месторождений порядка 1 млрд м 3 попутного газа (по 220 – 205 млн м 3 в год). • 97 % природного газа экспортируется из России.

Торф • Ежегодные объемы добычи составляют 2– 3 млн т и определяются в основном добычей торфа для топливно энергетических нужд предприятиями концерна «Белтопгаз» . • Предприятия торфяной промышленности разрабатывают 46 месторождений торфа с эксплуатационными запасами около 100 млн т (на 1. 01. 2010 г. ) при условной 40 % ной влажности, из которых пригодны для производства торфяного топлива 78, 2 млн и 32, 8 млн т для использования в сельском хозяйстве. • При годовой потребности торфа около 2 млн т республика обеспечена запасами торфа еще на 40 лет.

Каменный уголь • Импортируется из России, Украины, Польши и Казахстана в объемах 250– 300 тыс. т в год. • Разведаны 3 месторождения бурых углей в Припятском прогибе: Житковичское (запасы 70 млн т), Бриневское (30 млн т) и Тонежское (42 млн т). Из них Житковичское месторождение подготовлено для промышленного освоения.

Горючие сланцы • Выявлено два месторождения сланцев: Любаньское и Туровское с суммарными прогнозными ресурсами порядка 3, 9 млрд т, из которых предварительно разведаны запасы 1, 2 млрд т. • Горючие сланцы не являются эффективным твердым топливом из за высокой зольности (75 % и более), низкой теплоты сгорания (средняя 5, 8 МДж/кг) и выхода смол (в пределах 7– 8 %). • Однако получаемые при термической обработке сланцев жидкие и газообразные компоненты (пирогенетическая вода, первичный газ, газовый бензин) представляют интерес как исходное сырье для получения ряда ценных продуктов.

Возобновимые источники энергии: • Биомасса, • Гидроэнергия, • Ветровая энергия, • Геотермальная энергия, • Солнечная энергия, • Энергия из отходов, • Биодизель, топливный этанол

Биомасса • наиболее перспективный и значительный возобновляемый источник энергии в республике, который может обеспечивать до 15% ее потребностей в топливе. • В настоящее время в Республике Беларусь действуют 12 биогазовых комплексов и 3 электростанции на свалочном газе.

Гидроэнергетика • потенциальная мощность водотоков в Беларуси составляет 850 МВт; • технически доступный потенциал 520 МВт; • экономически целесообразный потенциал 250 МВт. • В настоящее время эксплуатируются 41 гидроэлектростанция (суммарной мощностью 23 МВт). • Гродненская ГЭС мощностью 17 МВт была запущена эксплуатацию в 2012 г. , 120 МВт будут запущены в эксплуатацию до 2015 г.

Ветровая энергия • Определено 1840 потенциальных площадок, пригодных для размещения ветроустановок, которые могли бы обеспечить ветроэнергетический потенциал порядка • 1600 МВт. • Сейчас в Беларуси действуют 18 ветроустановок суммарной мощностью 4 МВт. • Суммарная мощность ветроустановок в Беларуси к 2015 г. может увеличиться в 100 раз (400 МВт).

Геотермальные ресурсы • Геотермальные воды Беларуси относятся к низкоэнтальпийным источникам с невысокой температурой. • Высокое содержание солей осложняет использование подземных вод в качестве источников геотермальной энергии. • • Источники с температурой более 150 °С, позволяющие вырабатывать электрическую энергию, на территории Республики Беларусь не выявлены. • На начало 2010 г. в эксплуатации находятся 20 геотермальных систем производственного назначения суммарной установленной мощностью около 2 МВт. • Введено в эксплуатацию более 200 тепловых насосов с тепловой мощностью 16, 5 МВт (на водозаборах вокруг Минска, Бреста, в окрестностях Новополоцка, на канализационных насосных станциях).

Энергия Солнца • В Беларуси средняя энергия, падающая на поверхность Земли (с учетом ночей и облачности) 2, 8 к. Вт∙ч/(м 2∙сут), и с 12% ной эффективностью преобразования можно получать 0, 3 к. Вт∙ч/(м 2∙сут). • Основные направления использования солнечной энергии – солнечные водонагреватели и различные солнечные устройства для интенсификации воздушной сушки и подогрева воды в сельскохозяйственном производстве и различных коммунальных сферах.

Коммунальные отходы • Потенциальная энергия, содержащаяся в муниципальных отходах, образовавшихся в Республике Беларусь, эквивалентна 470 тыс. т у. т. или 100– 120 тыс. т у. т. с учетом биотехнологической переработки отходов при получении свалочного газа с эффективностью не более 20– 25 %.

Биотопливо • В 2010 г. производство смесевого биодизельного топлива составило около 1 млн т. • Планируется провести экспериментальную отработку технологии производства биотоплива на основе этанола для бензиновых двигателей. • В 2015 г. годовой объем производства этанола может достигнуть 50 тыс. т.

СТРУКТУРА ПОТРЕБЛЕНИЯ ТЭР В БЕЛАРУСИ

Основные особенности энергетического сектора Беларуси: • Около 92 % энергопотребления в Беларуси обеспечивается ископаемыми видами топлива. • Суммарное потребление электроэнергии 39, 4 млрд к. Вт∙ч. • Суммарный расход энергии 72, 9 млн Гкал. • 96 % произведенной энергии для электро и теплоснабжения производится из природного газа. • Доля потребления местных видов топлива в Беларуси на 2012 г. составляла 25 %, среди которых – ВИЭ – 5, 2 %. • Различные виды древесного топлива составляют более 90 % в валовом объеме производства энергии из ВИЭ.

ЭНЕРГОЕМКОСТЬ ВВП

• В течение 2001 2011 ВВП Беларуси увеличился на 150 %, • при этом произошло увеличение валового потребления топливно энергетических ресурсов приблизительно на 6 %. • Результат – снижение энергоемкости ВВП в 44 %. • Тем не менее, энергоемкость ВВП до сих пор в 1, 7 раза выше стран ЕС.