Паливо як джерело енергії

Размещено на http://www.allbest.ru/

План

1. Класифікація, склад і основні характеристики палива

2. Сучасне становище паливно-енергетичного комплексу України

3. Тверде паливо. Основні характеристики. Види. Маркування

4. Умови постачання, транспортування і зберігання твердого палива

5. Альтернативні види палива

1. Класифікація, склад і основні характеристики палива

Паливо як джерело енергії є основою економіки народного господарства. Паливно-енергетична промисловість є базовою галуззю народного господарства, на основі досягнень якої вирішуються як виробничі, так і соціальні завдання.

Паливо - це природні або штучні органічні пальні речовини, використовувані як джерело енергії або сировина для промисловості.

Залежно від характеру використання паливо підрозділяється на енергетичне, технологічне або комплексне.

Якщо паливо використовується як джерело енергії, то воно називається енергетичним, коли паливо бере участь у технологічному процесі як реагент у плавильних, випалювальних та інших промислових печах, то називається технологічним, і комплексним, коли з палива попередньо виділяють цінні речовини, які використовуються як хімічна сировина, а потім застосовують як енергетичне паливо.

Спалювання енергетичного палива забезпечує енергією теплові електростанції, промислові підприємства, транспорт, побут, одержання механічної й електричної енергії.

Класифікація палива. Усі види палива за агрегатним станом діляться на:

Тверде	Рідке	Газоподібне
Вугілля (буре, кам'яне, антрацит), дрова, сланці, торф, відходи сільського господарства	Нафта, продукти її переробки (бензин, керосин, мазут)	Гази природні, гази переробки вугілля, нафти та інші

Структура паливно-енергетичного балансу світу:

Нафта - 40 %;

Вугілля - 31 %;

Природний газ - 23 %;

Інші види палива - 1 %;

Атомна енергія - 2 %;

Гідроенергія - 3 %.

За походженням паливо підрозділяється на:

Природне, яке використовується в тому вигляді, в якому воно знаходиться в природі.

Штучне, яке одержується в результаті переробки природного палива:

Тверде	Рідке	Газоподібне
Кам'яновугільний кокс, дерев'яне вугілля, напівкокс, брикети	Бензин, керосин, дизельне паливо, мазут	Гази: коксовий світильний, крекінговий, доменний, генераторний (повітряний, водяний або змішаний)

За масштабом застосування:

Всесвітнього значення	Місцевого значення
ТВЕРДЕ Кам'яне вугілля Антрацит	ТВЕРДЕ Буре вугілля Торф Відходи деревини Пальні сланці

Паливо складається з органічної частини, що містить вуглець, водень, сірку, азот, кисень; зовнішнього баласту - це мінеральні речовини, які при згоранні утворюють золу і вологу.

C	H	N	O	S
A i W

Тепло виділяють при згоранні вуглець і водень; азот, кисень, сірка є внутрішнім баластом палива. Співвідношення горючої маси (С, Н) і баласту й обумовлює характеристики палива. Баласт знижує енергетичні показники палива, підвищує вартість транспортування, ускладнює технологію переробки. Сірка, перетворюючись у токсичні газоподібні оксиди SO₂ і SO₃, забруднює навколишнє середовище;.

Зола, що утворюється при згоранні палива, містить окисли магнію, кальцію, натрію, заліза.

За елементним складом всі існуючі види палива підрозділяються на три класи:

Складається з вуглецю (кокс, дерев'яне вугілля).

Складається з водню і вуглецю (нафта і продукти її переробки, газоподібні вуглеводні).

Складається з вуглецю, водню і кисню (кам'яне вугілля, дрова, торф, брикети, генераторний газ та ін.).

Якісними показниками палива є такі характеристики:

питома теплота згорання;

вихід летучих речовин;

вміст вологи, золи, сірки та ін.

Питома теплота згорання - це кількість теплоти, що виділяється при повному згоранні 1 кг твердого або рідкого палива і 1 м газоподібного палива. Кількість теплоти вимірюють у калоріях або джоулях (1 кКал = 4,1867 кДж). Чим вищий вміст вуглецю і водню, тим більша теплота згорання палива.

При постачаннях палива в супровідних документах теплоту згорання підставляють до робочої маси палива (органічна частина + зола + волога), сухої маси (органічна частина + зола), паливної маси (органічна частина).

Розрізняють вищу і нижчу теплоту згорання палива. Вища теплота згорання (Q_в) - це кількість теплоти, що виділилася при повному згоранні одиниці маси палива, з урахуванням теплоти конденсації водяної пари, що утворився внаслідок наявності вологи в паливі. Нижча теплота згорання (Q_н) - без урахування теплоти конденсації водяної пари. Всі основні теплотехнічні розрахунки ведуться за показниками нижчої теплоти згорання палива на робочу масу.

Таблиця 1. Теплота згорання і калорійні еквіваленти основних видів палива

Найменування палива	Q,нр, ккал/кг	Qнр, кДж/кг	Екал
Умовне	7000	29307	1,00
Буре вугілля	3400	14235	0,49
Кам'яне вугілля	7001	29310	1,00
Антрацит	7220	30230	1,03
Торф	3210	13440	0,46
Деревина	2300	12560	0,43
Нафта	10000	41867	1,42
Бензин	10780	45216	1,57
Дизельне	10200	42704	1,45
Мазут	9900	41448	1,40
Гази: - природний - водяний - світильний - скраплений	8480 2600 4300 10987	35586 10885 18003 46000	1,21 0,37 0,63 1,56
Уран - 235	20109

Оцінку теплоти згорання проводять також розрахунковим шляхом на підставі даних елементного складу палива (формула, запропонована Д.І. Менделєєвим):

де коефіцієнти при елементах показують кількість тепла, що виділяється ними при згоранні; 6 - кількість тепла, що витрачається на перетворення в пару 1 г води. Чим вища теплота згорання, тим більша практична цінність палива. Різні види палива мають різну теплоту згорання, тому що володіють різним елементним складом, фізичними і хімічними властивостями (див. табл. 1).

Для зіставлення ефективності різноманітних видів палива, а також для зручності розрахунків при плануванні потреби, при врахуванні запасів уведено поняття "умовне паливо".

Теплота згорання еталону умовного палива прийнята для твердого і рідкого палива на рівні 29307 кДж/кг, для газоподібного - 29307 кДж/м ³ (відповідно 7000 ккал/кг і ккал/м ³).

Співвідношення між реальним і умовним паливом виражається за-допомогою теплового еквівалента (Е_кал), що визначається співвідношенням нижчої теплоти згорання натурального палива до теплоти згорання умовного палива:

де - теплота згорання палива відповідно до кДж/ кг і ккал/кг по нижчій теплоті згорання на робочу масу.

При розрахунках різноманітних видів палива, які застосовуються у котельних установках, користуються технічним еквівалентом:

де hy - к.к.д. котельної установки при згоранні даного палива.

Переведення маси натурального палива в умовну проводиться множенням його маси на тепловий еквівалент.

М_нат = М_у/Е_кал М_у =М_нат · Е_кал

Наприклад, на складі в споживача знаходиться 10 тон бурого вугілля (М_нат). Яку частину потреби в бурому вугіллі забезпечує ця кількість, якщо для повнообсягового забезпечення потреби необхідно 20 тон умовного палива? Теплота згорання бурого вугілля = 3400 ккал/кг.

М_у = М_н · Е_кал; Е_кал = / 7000 = 3400 / 7000 = 0,49;

М_у = 10 · 0,49 = 10000 · 0,49 = 4900 кг = 4,9 т.

О ₃ = (4,9_Т / 20г) · 100 = 24,5 %.

Видобуток рідкого і газоподібного палива в багато разів дешевший, ніж твердого, згорання рідкого і газоподібного палива у форсунках і пальниках технологічно простіше, ніж згорання твердого в топках.

2. Сучасне становище паливно-енергетичного комплексу України

До 50-х років основним видом палива було кам'яне вугілля. Проте в наступні роки тверде паливо виявилося неконкурентоспроможним у порівнянні з транспортабельним, більш дешевим і більш калорійним рідким природним і газоподібним паливом. Одночасно з цим швидко розвивалася і хімічна промисловість, що споживає нафту і газ як основну технологічну сировину.

В умовах високих темпів його споживання воно стало дефіцитним, (запаси почали виснажуватися), що викликало різке підвищення цін на нафту і газ. Частка палива й енергії у вартісному вираженні в структурі собівартості випуску продукції значно зросла, що спричинило підвищення цін на продукцію, яка випускається. Енергоємність національного доходу України в 4-6 разів вища, ніж у США, Японії, країнах Західної Європи. Протягом останніх років Україна переживає велику енергетичну кризу, викликану прискореним розвитком енергоємних галузей господарського комплексу, безкоштовним і марнотратним використанням енергоносіїв, відсталими технологіями, виснаженням і деградацією розвіданих покладів вугілля, нафти і газу, через що їхній видобуток постійно зменшується (див. табл. 2).

Таблиця 2. Видобуток енергоресурсів в Україні

Ресурси	Роки
	1990	1995	1996	1999	2000	2001
Вугілля, млн. тон	165	83,8	70,5	76,5	81,0	83,9
Нафта, млн. тон	5,3	4,1	4,1	4,1	3,7	3,7
Газ, млрд. м 3				18,1	17,9	18,3
Електроенергія, млрд. кВт. год			88,8	172,1	171,4	173,0

За рахунок видобутку Україна забезпечує свої потреби в нафті на 10 %, у газі - на 20 %.

Виникла серйозна необхідність розвідки і розробки нових родовищ, відкриття нових джерел енергії, які можуть замінити нафту і газ. Найбільш реальна альтернатива нафти і газу - це:

широке використання атомної енергії для виробництва електроенергії, теплофікації і технологічних цілей;

використання нетрадиційних видів енергії, таких як: сонячна, гідравлічна, енергія вітру, теплота земних надр, тобто геотермічних джерел енергії;

збільшення масштабів споживання твердого палива. Тому були розроблені засоби одержання з твердого палива рідкого і газоподібного. Для цього тверде паливо піддають таким способам хімічної переробки:

пиролізу - розкладання твердого палива без доступу повітря при температурі 1100 °С з метою одержання коксу;

газифікації - перетворення палива в горючий газ. У залежності від реагенту продування одержують: повітряний, водяний, змішаний гази (продування повітрям з водяною парою, так званий генераторний газ - в установці генератора). Моторне газоподібне паливо використовується при експлуатації газобалонних автомобілів;

гідруванню - нагрівання палива в присутності водню і каталізатора до одержання рідкого палива (з більшою насиченістю Н).

В Україні з усіх видів палива природний газ має дуже високу питому вагу споживання. Так, у використанні первинних енергоресурсів його частка становить 37 %, тоді як у цілому світі - 22, у США - 23, у Західній Європі -17, у тому числі в Німеччині -17, Франції - 13, Італії - 26 %.

На основі удосконалення структури використання паливно-енергетичних ресурсів, структурної перебудови господарського комплексу, зниження енергоємності продукції Україна має реальні можливості значного скорочення споживання газу. Потребу в газі може бути задоволена за рахунок таких джерел: тверде паливо енергетичний альтернативне

Ефективного використання ресурсної бази України.

Використання нетрадиційних джерел - газу метану вугільних шахт, біогазу, коксового газу.

Одержання нафти, газу як плати за експорт їх із Росії нафтогазотранспортною системою України в Західну Європу.

Закупівля газу і нафти в Росії, Туркменістані, Казахстані, Ірані. Причому пріоритет повинен бути наданий Ірану, який займає друге місце у світі після Росії по запасах газу (20 трлн. м³) і розташований на меншій відстані.

Закупівля скрапленого природного газу в Алжирі, Лівії, Нігерії й інших країнах світу. Одержання від них 4-6 млрд. м³ скрапленого газу в рік цілком задовольняло б потреби України.

Для цього необхідне будівництво термінала на Чорному морі місткістю 1 млрд. м³. Подібні термінали скрапленого газу побудовані в Іспанії (Барселона, Картагена, Узльфа), Франції (Монтуар), Великобританії (Конвей), Бельгії (Зеебрюгге), будуються вони й у Німеччині, Португалії, Греції, Туреччині й інших країнах світу.

Великі втрати енергоресурсів мають місце при видобутку їх із природних джерел. Так, із родовищ нафти її добувають тільки 40-45 %.

Велика увага повинна приділятися раціональному використанню палива, тому що:

через недосконалість устаткування теплових електростанцій втрачається велика кількість тепла;

велика кількість тепла втрачається при його транспортуванні;

одним із джерел економії палива є перехід вантажних автомобілів на споживання дизельного палива, легкових - на газоподібне.

В Україні високий рівень розвитку одержала електроенергетика. На її території розташована значна кількість атомних, теплових, гідроелектростанцій, потужність яких із кожним роком зростає.

Проте в міру розвитку енергетики погіршуються техніко-економічні показники роботи електростанцій. Кількість годин використання середньорічної встановленої потужності електростанцій скорочується, зменшується виробництво електроенергії, росте собівартість, знижується економічна ефективність роботи електростанцій. Все це негативно позначається на ефективності функціонування господарського комплексу держави.

Спеціалізацію господарського комплексу України у теперішній період визначають найбільш фондоємні, енергоємні, матеріалоємні, трудомісткі галузі, такі як чорна і кольорова металургія, вугільна і хімічна промисловість, промисловість будівельних матеріалів і важке машинобудування. Тому в перспективі головним повинна стати структурна перебудова господарського комплексу України і переорієнтування його на переважний розвиток тих галузей, що менше забруднюють природне середовище, малоенергоємні, матеріало-, фондо- і трудомісткі.

3. Тверде паливо. Основні характеристики. Види. Маркування

До твердого палива належать: вугілля - кам'яне, антрацит, напівантрацит, буре вугілля, торф, деревне вугілля, горючі сланці.

Його характеристиками є: теплота згорання (вміст вуглецю і домішок), вихід летких речовин, спікання, щільність, міцність, розміри шматків та ін.

Чим більший вік кам'яного вугілля, тим більший вміст вуглецю (тим складніше його добувати, тому що глибина залягання його більше), тим вища теплота згорання. Вміст вуглецю коливається в межах 55-97 % С.

Буре вугілля - 55-78 % С.

Кам'яне вугілля - 75-92 % С.

Антрацити - 92-97 % С.

Теплота згорання:

Вуглецю - 8100 ккал/кг.

Водню - 34200 ккал/кг.

(Н = 4-5,8 %). О = 3-15 %. N = 2 %. S = 1-6 %. W = 4-12 %. Золи = 6-15 %.

Кисень, азот, сірка, пов'язані з вуглецем, утворюють смолисті речовини, вміст яких визначається виходом летких речовин (чим вище вміст вуглецю, тим менше летких речовин). Леткі речовини виділяються в міру нагрівання вугілля.

Вихід летких речовин позначається символом Vd, сухе і беззольне Vdaf (%). Ця характеристика важлива для оцінки термічної усталеності структур, що становлять органічну масу вугілля. Аналіз проводять у закритому тиглі при температурі муфельної печі 850°С. При нагріванні вугілля утворюються леткі речовини і твердий (нелеткий) залишок. Вихід летких речовин при прожарюванні послужив основою для однієї з класифікацій вугілля по марках у залежності від виходу летких (кількість 9-50 %) речовин. З найбільшим виходом летких речовин 37 % і більше називаються довгополуменеві марки "Д", із найменшим - 9 % - пісні марки "Т". Усі інші займають проміжне місце: "Ж" - жирні, "Г" - газові, "К" - коксівні, "ОС" - охляні спікливі та ін. Вугілля з високим виходом летких речовин горить полум'ям, із низьким - без полум'я. Наприклад, для донецького вугілля розрізняють марки, показані в табл. 3.

Таблиця 3. Марки видів вугілля Донбасу

Вугілля	Марка	Vdaf, %	Середній вміст С, %
Довгополум'яне	Д	>35	76
Газове	Г	35	83
Газове жирне	ГЖ	27-35	86
Жирне	Ж	27-35	88
Коксівне	К	18-27	88
Пісне	П	8-17	90
Антрацит	А	<8	91-96

Високий вміст летких речовин у бурому вугіллі (50 %) дозволяє виробляти з нього кам'яновугільні смоли і рідке моторне паливо. Це вугілля використовується, в основному, на місці видобутку, тому що воно недостатньо механічно міцне, а тому його не можна перевозити на далеку відстань. Великий вміст сірки обумовлює його використання подалі від житлових масивів. За вмістом вологи вугілля підрозділяються на 3 групи: Б 1 - більш 40 % вологи; Б 2-30-40 %; БЗ - до 30 %.

Неліткий залишок сприяє спіканню вугілля, тобто перетворенню його у кокс - найцінніше технологічне паливо. Добре спікається вугілля марок "Ж" і "К", слабше газових. Не спікаються буре і довгополуменеве вугілля, антрацити. Запаси антрациту в Україні незначні - 3 % всього загального запасу кам'яного вугілля, розташовані вони на території Донецького басейну. Антрацит використовується тільки як паливо для енергетичних, транспортних, комунально-побутових та інших потреб.

Таблиця 4. Класифікація кам'яного вугілля

Сорт	Р-ри шматків, мм	Буре	Кам'яне	Антрацити
			Довгопол.	Газові	Пісні
1. Плита	100-200	~	-	-	-	АП
2. Крупний	50-100	БК	ДК	ГК	ПК	АК
3. Горіх	25-50	БГ	ДГ	ГГ	ПГ	АГ
4, Дрібний	13-25	БД	ДД	ГД	ПД	АД
5. Насіннячко	6-13	БН	ДН	ГН	ПН	АН
6. Штаб	Менше 6	БШ	ДШ	ГШ	ПШ	-
7. Рядовий	-Р-	НЕ	СОР-	ТО-	ВА-	НИЙ

Щільність вугілля - це відношення його маси до маси такого ж об'єму води при 20°С. Щільність кам'яного вугілля 1,6-1,7 т/м ³, а бурого - 1,1-1,5 т/м ³. Насипна щільність - відношення маси палива в насипному стані до його обсягу - 1,3-0,8 т/м ³. Насипною щільністю користуються при визначенні складських площ, визначенні маси вугілля в бункерах, вагонах, штабелях.

Міцність вугілля - важлива механічна властивість, яка залежить від фракційного складу. Найбільшу міцність мають антрацити, довгополуменеве вугілля, газове вугілля, найменшу - пісне, буре, жирне.

За розмірами шматків буре і кам'яне вугілля, антрацити поділяються на класи. Чим більші шматки, тим вища якість.

Маркують вугілля за розмірами шматків.

Наприклад, БД (13-25) - Кузбаське, АН (6-13) - Донецьке.

Кам'яне вугілля використовується для виробництва коксу, супутніх продуктів коксування (кам'яновугільна смола, коксовий газ), які є сировиною для хімічної промисловості, а також цінним паливом (напівантрацит). На виробництво коксу використовується 25 % видобутку кам'яного вугілля. З коксу одержують карбід кальцію (кокс + негашене вапно), вугільні електроди, феросплави. Розрізняють доменний кокс і ливарний кокс.

Кокс характеризується: високою механічною тривкістю, твердістю, визначеними розмірами шматків, достатньою пористістю (вільно пропускають газовий потік). Волога - не більше 3-4 %.

Доменний кокс:

За вмістом золи і сірки кокс підрозділяється на 3 марки:

КДІ (не більше 11,5 % золи і 0,53 %5);

КДІІ (не більше 13,6 % золи і 0,85 %5);

КДІІІ (не більше 13,6 % золи і 0,85 %5).

Ливарний (у вагранках ливарних цехів, який маркірується в залежності від вмісту сірки):

КЛ 1 (не більше 0,6 % 5);

КЛ 2 (не більше 1 %5);

КЛЗ (не більше 1,4 % 3).

Кам'яне вугілля та антрацити мають високу щільність і міцність і менше руйнуються при перевезеннях і зберіганні, ніж буре вугілля. Підвищений вміст води і баласту знижує ефективність їхніх перевезень на великі відстані, утруднює проведення вантажно-розвантажувальних робіт.

Під час перевезення багато кам'яного вугілля вивітрюється і втрачається.

4. Умови постачання, транспортування і зберігання твердого палива

Добуте вугілля поставляється споживачу безпосередньо із шахт, збагачувальних або брикетних фабрик, а кокс - із коксохімічних комбінатів. Відвантажене паливо повинно відповідати марці, класу, якості, зазначених у відповідній нормативній документації (ГОСТи, ТУ). Характеристики палива перевіряються в місцях його навантаження відділами технічного контролю, спецапаратом.

Контроль якості здійснюється зовнішнім оглядом і відбором проб від партії в процесі відвантаження на транспорт, а також на складах зберігання.

Зовнішнім оглядом визначають наявність води, забруднень сторонніми предметами, розміри шматків. Дані лабораторних проб показують наявність мінеральних домішок, вміст вологи, сірки, золи, вихід летких речовин, температуру згорання й інше. Розрахунки між постачальниками і споживачами палива здійснюються на основі даних лабораторних іспитів за якістю, тобто вміст вологи, сірки, показник зольності, теплоти згорання й інше. Зберігання твердого палива повинно здійснюватися так, щоб при цьому не знижувалися його властивості і якість. При тривалому зберіганні вугілля знижується його теплота згорання, відбувається розтріскування, вивітрювання, зміна гранулометричного складу, окислювання, що викликає самонагрівання і самозаймання.

Процес окислювання пришвидшується присутністю в паливі вологи, тому майданчики для зберігання повинні бути відведені в сухому піднятому місці, штабелі повинні мати форму, яка б сприяла стіканню води,

Всі види вугілля діляться за схильністю до окислювання і самозаймання на 4-й групи (І-IV), для яких визначені різні терміни зберігання.

Найбільш стійкі до окислювання, як правило, із підвищеним ступенем вуглефікації, тобто антрацити, напівантрацити, кам'яне вугілля - група І - термін зберігання 2-2,5 року.

Стійке до окислювання кам'яне вугілля марок "Т" і "К" віднесене до II групи і може зберігатися протягом 18 місяців. Кам'яне вугілля середньої стійкості віднесене до ІІІ групи і може зберігатися 12 місяців. Нестійке кам'яне вугілля, таке як "Д" і "Г" (несортовані), і буре вугілля відносяться до IV групи. Термін їхнього зберігання 4-6 місяців.

Вугілля, що знаходиться на складах для зберігання, повинно бути складене у штабелі не пізніше 2-ї доби з дня розвантаження.

Максимальна висота штабеля залежить від схильності вугілля до окислювання. Для найбільше стійких видів вугілля (І гр.) висота штабеля не обмежена, для інших груп:

групи II - установлена не більше 10 м;

групи ІІІ - установлена не більше 6 м;

групи IV - установлена не більше 5 м.

Для попередження самозаймання вугілля роблять спеціальну обробку штабеля - ущільнюють поверхневий прошарок ковзанками або здійснюється пошарове ущільнення, вводять інгібітори - антиокислювачі (емульсії, хімічні розчини), покривають поверхню штабеля рідким склом, суспензією вапна, NaCl. Роблять перевірку температури усередині штабеля. При температурі понад 40°С проводиться розформування штабеля, заливання вугілля розчинами, ущільнення і т.п. Кожний штабель позначається табличкою, у якій вказується марка, клас, вид, вологість, % виходу летких речовин, маса штабеля, термін початку і кінця його формування. Транспортування твердого палива здійснюється, в основному, залізничним транспортом.

5. Альтернативні види палива

Закони природи підтверджують, що одержати енергію, придатну для використання, можна тільки за рахунок її перетворень з інших форм. Вічні двигуни, які нібито виробляють енергію і нізвідки її не беруть, на жаль, неможливі. А структура світового енергогосподарства до сьогоднішнього дня склалася таким чином, що чотири з кожних п'яти вироблених кіловатів утворюються в принципі тим же способом, яким користувалася первісна людина для зігрівання, тобто при згоранні палива, або при використанні запасеної в ньому хімічної енергії, перетворенні її в електричну на теплових електростанціях.

Звичайно, способи згорання палива стали набагато складнішими і досконалішими.

Нові чинники - зростання ціни на нафту, швидкий розвиток атомної енергетики, зростання вимог до захисту навколишнього середовища - потребують нового підходу до енергетики. Вирішення цього завдання дослідники шукають на різних шляхах. Найпривабливішим, звичайно, є використання вічних, поновлюваних джерел енергії - енергії поточної води і вітру, океанських припливів і відпливів, тепла земних надр, сонця. Багато уваги приділяється розвитку атомної енергетики.

Енергія сонця. Останнім часом інтерес до проблеми використання сонячної енергії різко зріс, і хоча це джерело також належить до поновлюваного, увага, що приділяється йому в усьому світі, змушує нас розглянути його можливості окремо.

Потенційні можливості енергетики, заснованої на використанні безпосередньо сонячного випромінювання, надзвичайно великі.

Зауважимо, що використання всього лише 0,0125 % кількості енергії Сонця могло б забезпечити всі сьогоднішні потреби світової енергетики, а використання 0,5 % - цілком покрити потреби на перспективу. На жаль, навряд чи коли-небудь ці величезні потенційні ресурси вдасться реалізувати у великих масштабах. Однією із найбільш серйозних перешкод такої реалізації є низька інтенсивність сонячного випромінювання. Навіть при найкращих атмосферних умовах (південні широти, чисте небо) щільність потоку сонячного випромінювання становить не більше 250 Вт/м². Тому, щоб колектори сонячного випромінювання "збирали" за рік енергію, необхідну для задоволення всіх потреб людства, потрібно розмістити їх на території 130 000 км²!

Необхідність використовувати колектори величезних розмірів, крім того, потребує значних матеріальних витрат. Найпростіший колектор сонячного випромінювання являє собою металевий (як правило, алюмінієвий) лист, усередині якого розташовуються труби з рідиною, що циркулює в них. Нагріта за рахунок сонячної енергії, поглиненої колектором, рідина надходить для безпосереднього використання.

Поки що електрична енергія, породжена сонячними променями, обходиться набагато дорожче, ніж та, яка одержується традиційними способами. Вчені сподіваються, що експерименти, які вони проведуть на дослідних установках і станціях, допоможуть вирішити не тільки технічні, а й економічні проблеми.

Вітрова енергія. Величезна енергія повітряних мас, що рухаються. Запаси енергії вітру більш ніж у сто разів перевищують запаси гідроенергії всіх річок планети. Постійно і всюди на землі дують вітри - від легкого вітру, що несе бажану прохолоду в літню спеку, до могутніх ураганів, що завдають величезної шкоди і руйнацій.

Техніка XX сторіччя відкрила цілком нові можливості для по-вітроенергетики, завдання якого стало іншим - одержання електроенергії. На початку сторіччя М.Є. Жуковський розробив теорію повітродвигуна, на основі якої могли б бути створені високопродуктивні установки, здатні одержувати енергію від найслабшого вітерцю.

У наші дні до створення конструкцій повітроколеса - серця будь-якої повітряно-енергетичної установки - залучаються фахівці - будівельники, які вміють вибрати найбільш доцільний профіль лопаті, досліджувати його в аеродинамічній трубі. Зусиллями вчених та інженерів створені найрізноманітніші конструкції сучасних вітрових установок.

Енергія річок. Запаси її на Землі колосальні. Недарма деякі вчені вважають, що нашу планету вірніше було б називати не Земля, а Вода, адже близько трьох чвертей поверхні планети покриті водою. Величезним акумулятором енергії служить Світовий океан, що поглинає велику її частину, яка надходить від Сонця. Можна вважати, що сучасна гідроенергетика народилася в 1891 році.

Переваги гідроелектростанцій очевидні - постійно поновлюваний самою природою запас енергії, простота експлуатації, відсутність забруднення навколишнього середовища. Та й досвід будівництва й експлуатації водяних коліс міг би надати чималу допомогу гідроенергетикам. Проте будівництво греблі значної гідроелектростанції виявилося завданням, набагато складнішим, ніж будівництво невеличкої греблі для обертання вітряка. Щоб привести в обертання потужні гідротурбіни, потрібно нагромадити за греблею величезний запас води. Для будівництва греблі потрібно укласти таку кількість матеріалів, що обсяг гігантських єгипетських пірамід у порівнянні з ним видається незначним. Тому на початку XX сторіччя було побудовано всього кілька гідроелектростанцій, але поки людям служить лише невеличка частина гідроенергетичного потенціалу землі. Щорічно величезні потоки води, що утворилися від дощів і танення снігів, стікають у моря невикористаними. Якби вдалося затримати їх за допомогою гребель, людство одержало б додатково колосальну кількість енергії.

Енергія землі. Потужність виверження навіть порівняно невеличкого вулкана колосальна, вона багаторазово перевищує потужність найбільш значних енергетичних установок, створених руками людини.

Правда, про безпосереднє використання енергії вулканічних вивержень говорити неможливо, та й, на щастя, виверження ці достатньо рідкісні події. Але це прояви енергії, що таїться в земних надрах, коли лише крихітна частка цієї невичерпної енергії знаходить вихід через вогнедимні жерла вулканів.

Маленька європейська країна Ісландія - "країна льоду" у дослівному перекладі - цілком забезпечує себе помідорами, яблуками і навіть бананами! Численні ісландські теплиці одержують енергію від тепла землі - інших місцевих джерел енергії в Ісландії практично немає. Зате ця країна дуже багата гарячими джерелами і знаменитими гейзерами-фонтанами гарячої води, яка із точністю хронометра виривається з-під землі. І хоча не ісландцям належить пріоритет у використанні тепла підземних джерел (ще давні римляни до лазень підвели воду з-під землі), жителі цієї маленької північної країни експлуатують підземну котельну дуже інтенсивно. Столиця - Рейк'явік, у якій мешкає половина населення країни, опалюється тільки за рахунок підземних джерел.

Але не тільки для опалення черпають люди енергію з глибин землі. Вже давно працюють електростанції, що використовують гарячі підземні джерела.

Енергія світового океану. Відомо, що запаси енергії у Світовому океані колосальні. Так, теплова (внутрішня) енергія, яка відповідає перегріву поверхневих вод океану в порівнянні з глибинними вища на 20° Однак поки що люди вміють утилізувати лише незначні частки цієї енергії, та й то ціною великих капіталовкладень, які повільно окупаються. Отже, така енергетика дотепер здавалася малоперспективною.

Проте швидке виснаження запасів видобувних палив (насамперед нафти і газу), використання яких до того ж пов'язано з істотним забрудненням навколишнього середовища (включаючи сюди також і теплове "забруднення", і підвищення рівня атмосферної вуглекислоти), що загрожує кліматичними наслідками, різка обмеженість запасів урану (енергетичне використання яких до того ж породжує небезпечні радіоактивні відходи) і непевність як термінів, так і екологічних наслідків промислового використання термоядерної енергії, змушує вчених та інженерів приділяти все більше уваги пошукам можливостей рентабельної утилізації великих і нешкідливих джерел енергії і не тільки перепадів рівня води в ріках, а і сонячного тепла, вітру та енергії у Світовому океані.

Найбільш очевидним способом використання океанської енергії рекомендується будівництво приливних електростанцій (ПЕС).

Несподіваною можливістю океанської енергетики виявилося вирощування на плотах в океані гігантських водоростей келп, які швидко ростуть, легко переробляються в метан для енергетичної заміни природного газу. За наявними оцінками, для повного забезпечення енергією кожної людини-споживача достатньо одного гектара плантацій келпу.

Рекомендуються перспективи одержання електроенергії за рахунок розходження між солоною і прісною водою, наприклад, морською і річковою.

Океан наповнений позаземною енергією, що надходить до нього з космосу. Вона доступна і безпечна і не забруднює навколишнє середовище, невичерпна і вільна.

З космосу надходить енергія Сонця. Вона нагріває повітря й утворює вітри, що викликають хвилі. Вона нагріває океан, що накопичує теплову енергію. Вона надає рух течіям, що у той же час змінюють свій напрямок під впливом обертання Землі.

З космосу ж надходить енергія сонячного і місячного тяжіння. Вона є рушійною силою системи Земля - Місяць і викликає припливи і відпливи.

У наші дні, коли зросла необхідність у нових видах палива, океанографи, хіміки, фізики, інженери і технологи звертають усе більшу увагу на океан як на потенційне джерело енергії.

В океані розчинена величезна кількість солей. Чи може солоність бути використана як джерело енергії?

Може: для одержання великої кількості енергії цілком можливо сконструювати батареї, у яких відбувалися б реакції між солоною і прісною водою.

Літаки і легкові автомобілі, автобуси і вантажівки можуть приводитися в рух газом, який можна отримати з води. Цей газ - водень, і він може використовуватися як пальне. Водень - один з найпоширеніших елементів у Всесвіті. У океані він міститься в кожній краплі води. Отриманий із води водень можна спалювати як паливо і використовувати не тільки для того, щоб надавати рух різноманітним транспортним засобам, а й для одержання електроенергії.

Усе більше число хіміків та інженерів з ентузіазмом ставиться до "водневої енергетики" майбутнього, тому що отриманий водень досить зручно зберігати у вигляді стиснутого газу в танкерах або в скрапленому вигляді в кріогенних контейнерах при температурі 423 ° за Фаренгейтом (-203 °С).

Його можна зберігати й у твердому вигляді після з'єднання з залізо-титановим сплавом або магнієм для утворення металевих гідридів. Після цього їх можна легко транспортувати і використовувати в міру необхідності.

Таким чином, в океані, що становить 71 % поверхні планети, потенційно є різноманітні види енергії - енергія хвиль і припливів; енергія хімічних зв'язків газів, живильних речовин, солей та інших мінералів; схована енергія водню, що міститься в молекулах води; енергія течій, які спокійно і нескінченно рухаються в різних частинах океану; надзвичайна за запасами енергія, яку можна одержувати, використовуючи різницю температур води океану на поверхні й у глибині. Все це можна перетворити в стандартні види палива.

Така кількість енергії, різноманіття її форм гарантують, що в майбутньому людство не буде відчувати в ній нестачі. У той же час не виникає необхідності залежати від одного - двох основних джерел енергії якими, наприклад, є корисні копалини, що давно використовуються, і ядерного пального, методи одержання якого були розроблені нещодавно.

Атомна енергія. Відкриття випромінювання урану згодом стало ключем до енергетичних складових природи.

Атоми деяких елементів схильні до розпаду, який супроводжується випромінюванням енергії у величезних кількостях, у порівнянні з енергією, що звільняється при звичайних молекулярних видозмінах.

Небаченими темпами розвивається сьогодні атомна енергетика. Енергетичний ядерний реактор улаштований досить просто - у ньому, так само як і в звичайному казані, вода перетворюється в пару. Для цього використовують енергію, що виділяється при ланцюговій реакції розпаду атомів урану або іншого ядерного палива.

Найпоширеніший у даний час тип реактора водографітовий.

Атомна енергетика зайняла стале місце в енергетичному балансі людства. Вона, безумовно, буде розвиватися і надалі, безвідмовно поставляючи настільки необхідну людям енергію. Проте знадобляться додаткові заходи щодо забезпечення надійності атомних електростанцій, їхньої безаварійної роботи, а вчені й інженери зуміють знайти необхідні рішення.

Зрозуміло, важко навіть уявити собі перехід від настільки звичних, традиційних видів палива - вугілля, нафти і природного газу - до незнайомих, альтернативних методів одержання енергії.

Видобувні види палива виснажуються, ми змушені їх заощаджувати і збільшувати енергозабезпечення за рахунок будівництва ядерних реакторів, які потребують значних фінансових витрат і викликають побоювання людей, що живуть поблизу. Звичайно, енергоспоживання знизиться, якщо людство буде більш ощадливим.

Велика увага заощадження енергоресурсів, особливо їхніх традиційних видів, повинна приділятись і в нашій державі, тим більше, що значну кількість їх ми закуповуємо за кордоном.

Размещено на Allbest.ru

...