Энергетические ресурсы Земли (стр. 4 )

В США наряду с газификацией угля по схеме рис.1.2 применяется подземная газификация. В пласте угля, находящемся под землей, про­буривают с поверхности скважины, дробят пласт для обеспечения дос­тупа воздуха, а затем уголь поджигают. В воспламененный угольный пласт нагнетают воздух, чтобы поддержать процесс горения. Если вместо воздуха подавать чистый кислород и водяной пар, можно по­лучить газ более высокого качества.

Современные газогенераторы имеют производительность от 8,5 до 48,1 тыс. м3/ч.

Рис. 1.3. Стадия процесса сжижения угля:

1 - газификация угля; 2 - очистка газа; 3 - конверсия водяного га­за; 4 - каталитическая конверсия; 5 - перегонка продуктов сжиже­ния; 6 - полимеризация; ЭГ - энергетический газ: ГГ - генераторный газ; ДТ - дизельное топливо; ТЖТ - тяжелое жидкое топливо

Для производства СЖТ применяется принцип сжижения угля по ме­тоду Фишера-Тропша (рис.1.3). Сущность метода состоит в том, что после газификации угля осуществляется каталитическая конверсия по­лучаемого продукта. Используя соответствующий катализатор, можно получить из синтетического газа различные виды углеводородных сое­динений.

Газ, нефть и электроэнергия являются взаимозаменяемыми видами энергоносителей на многих стационарных установках. Поэтому методы получения синтетического газа и синтетических нефтепродуктов сле­дует оценивать с точки зрения их рыночной стоимости. В табл. 1.6 приведены значения сметной стоимости 1 т у. т. различных энергоно­сителей на месте их производства (по данным американских ученых).

Таблица 1.6

Вид энергоносителя	Стоимость, дол (в ценах 1980 г.)
Природный газ, добываемый на традиционных месторождениях с большой глубины	88-117
Природный газ, добываемый на нетрадиционных месторождениях	102-147
Синтетический высококалорийный газ, получаемый из угля (второе поколение газогенераторов)	117-161
Синтетический среднекалорийный газ, получаемый из угля (первое поколение газогенераторов)	117-161
Низкосернистое тяжелое нефтяное топливо, полу­чаемое из угля	147-190
Дистиллятное нефтяное топливо, получаемое из угля	176-206
Метанол, получаемый из угля	176-264
Бензин, получаемый из угля	236-328
Электроэнергия, отпускаемая с шин угольных ТЭС	352-410
Этиловый спирт, получаемый из биомассы	380-530

Как видно из табл.1.6. по себестоимости конечного продукта процесс газификации угля мог бы успешно соперничать с другими ме­тодами получения газа. Так, отопление жилых помещений синтетичес­ким газом более экономично, чем электроотопление.

2. ГЕОФИЗИЧЕСКАЯ ЭНЕРГИЯ

2.1. Гидроэнергия.

Преобразование потенциальной энергии воды, накопленной в во­доемах в механическую энергию вращения с целью приведения в дейс­твие мельниц и других механизмов применяется со времен Римской им­перии. Преобразование гидроэнергии в электрическую энергию стало возможным в конце XIX в. благодаря открытиям физики и техническому прогрессу. Крупные гидроэлектростанции начали появляться на рубеже XIX и XX вв.

Гидроэнергетические ресурсы на Земле оцениваются величиной в 32900 ТВт*ч в год, из них около 25% по техническим и экономическим условиям оказываются пригодными для использования. В табл. 2.1 со­держатся данные о гидроэнергоресурсах в различных странах.

Гидроэнергетический потенциал рек бывшего СССР велик - 4000 ТВт*ч (450 млн. кВт среднегодовой мощности), или 12% от потенциала рек земного шара.

Таблица 2.1

Страна	Располагаемая мощность при среднегодовых расходах воды, ГВт	Страна	Располагаемая мощность при среднегодовых расходах воды, ГВт
СНГ	249,4	Франция	3,4
США	53,9	Испания	2,9
Канада	25,1	Италия	2,6
Норвегия	20,0	Швейцария	2,4
Япония	13,2	Германия	1,5
Швеция	8,9	Англия	0,6

Физические принципы процесса преобразования энергии падающей воды в электроэнергию довольно просты, однако техническое их воплощение достаточно трудоемко. Вода под напором, создаваемым плотиной, нап­равляется в водовод, который заканчивается турбиной. Турбина вра­щает вал, к которому присоединен ротор генератора. Выработка электроэнергии зависит от потенциальной энергии воды, запасенной в водоеме, и КПД ее преобразования в электроэнергию. Мощность ГЭС зависит как от количества воды, так и от перепада между водной по­верхностью водохранилища и уровнем установки гидроагрегатов; этот перепад называется напором. Вода поступающая на турбину под высо­ким напором, имеет большую потенциальную энергию, чем при малом напоре, поэтому на высоконапорной ГЭС требуется меньший расход во­ды для получения одинаковой мощности. Чем выше напор, тем меньше необходимые габариты турбины, что удешевляет стоимость всего соо­ружения.

В СНГ насчитывается около 775 тыс. рек общей протяженностью более 5 млн. километров. Общий объем среднемноголетнего речного стока составляет 4720 км3. К числу крупнейших рек относят Енисей - среднемноголетний сток 623 км3, Лена - 508; Обь - 397, Амур -373, Волга – 251, Печора - 131, Нева - 78, Амударья - 72, Днепр -52, Сырдарья - 36 км3. Распределение гидроэнергетических ресурсов по территории страны и данные об их использовании по состоянию, на конец 1980 г. приводятся в табл.2.2.

Таблица 2.2

Территория страны	Гидроэнергетический потенциал
Теоретичес­кий, ТВт*ч	Экономический
Полный, ТВт*ч	Используемый ТВт*ч
Всего	3942	1095	184/16,8
Европейская часть, включая Кавказ	692	201	80,4/40
В том числе: Северо-Запад	86	41	14,4/35
Северный Кавказ и Закавказье	352	69	14,6/21
Остальные районы Европейской части	254	91	51,4/56
Средняя Азия и Казахстан	757	173	27,7/16
Сибирь и Дальний Восток	2493	721	75,8/11

Другой путь использования водной энергии - приливные гидроэлектростанции (ПЭС). В некоторых районах мирового океана наблюдаётся очень большая амплитуда приливной волны и разность между верхней и нижней отметками прилива достигает 10 м. Если открыть шлюз в дамбе в то время, когда приливная волна набирает высоту, дать возможность заполниться водохранилищу и затем в высшей точке прилива шлюз закрыть, то накопленную воду можно во время отлива пропустить через турбины и таким образом выработать электроэнер­гию. Более эффективно, если турбины сделать реверсивными, в этом случае они будут работать как при заполнении водохранилища, так и при его опорожнении. Однако выработка электроэнергии на ПЭС воз­можна лишь в определенные промежутки времени суток, что затрудняет, использование приливной энергии в крупных энергосистемах. Значение суммарного энергетического потенциала, по оценкам специалистов, составляет 13000 МВт. Во Франции построены две ПЭС: одна мощностью 9 МВт, другая мощностью 240 МВт. В РФ эксплуатируется опытная ПЭС ; на Кольском полуострове мощностью 7 МВт.

2.2. Ветровая энергия.

Ветровая энергия продолжительное время использовалась в мореплавании, а также для приведения в движение мельничных колес. В последнее время она начала применяться для выработки электроэнергии. Ветроэнергетическая установка (ВЭУ) предназначена для того, чтобы превращать кинетическую энергию ветра в энергию вращения ротора генератора, который и вырабатывает электроэнергию. Выходная мощность установки пропорциональна площади лопастей ветрового ро­тора и скорости ветра в кубе. Ветроэнергетические установки большой мощности, в мегаваттном диапазоне, должны быть по своим габа­ритам очень крупными, поскольку скорость ветра в среднем не бывает слишком большой. Одной из самых сложных проблем, препятствующих широкому распространению ВЭУ, является постоянно меняющаяся ско­рость ветра. Даже высоко в горах нельзя рассчитывать на стабильную скорость ветра. Кроме того, электроэнергия этими установками вырабатывается тогда, когда дует ветер, а не тогда, когда она необходима.

С тех пор как возродился интерес к использованию энергии вет­ра, во многих промышленно развитых странах предпринимались попытки определить ее потенциал. В результате выяснилось, что количество энергии, содержащееся в воздушных потоках, огромно. Так, по подсчетам канадских ученых, ветроэнергетический потенциал этой страны составляет около 550000 МВт. В целом энергия ветра на земном шаре оценивается примерно в 175-219 тыс. ТВт*ч в год (причем развиваемая им мощность достигает (20-25)*106 МВт). Это примерно в 2.7 раза больше суммарного расхода энергии на планете. Однако реально можно полезно использовать только 5% энергии ветра.

В РФ ресурсы энергии ветра также велики. Особенно богаты ветроэнергетическими ресурсами северные районы страны (прибрежная по­лоса Северного Ледовитого океана шириной 100-200 км и восточные районы). По расчетам, с 1 км2 поверхности земли в северных районах может быть получена мощность 1500-5000 кВт в зависимости от ско­рости ветра. Время использования ВЭУ может составить 2500-4000 ча­сов в год, причем 30% времени они будут работать с установленной мощностью.