Лекция 1 Общие вопросы развития энергетики Производство и потребление энергии одна из главнейших характ
Работа добавлена на сайт samzan.net:
2
Лекция 1.
Общие вопросы развития энергетики
Производство и потребление энергии одна из главнейших характеристик прогресса и экономического уровня развития общества. Энерге́тика – область деятельности человека, служащая для преобразования, распределения и использования энергетических ресурсов всех видов. Целью энергетики является обеспечение производства энергии путём преобразования первичной, природной, энергии во вторичную, например, в электрическую или тепловую энергию. В системе СИ энергия измеряется в джоулях (Дж), в энергетике – киловатт-часах (кВт-ч).
1 кВт-ч = 3,6 МДж
В настоящее время потребление электроэнергии в мире составляет около 143 ПВт-ч (12275 млн т.н.э.), или 21 МВт-ч/чел в год.
Источники электроэнергии в мире
Однако потребление этой энергии по планете является очень неравномерным, так как оно очень велико в нескольких странах и ничтожно в других (см. табл.).
Рейтинг стран мира по уровню потребления электроэнергии
International Energy Agency. IEA Statistics 2012.
|
Место |
Страна |
|
|
1 |
Исландия |
51440 |
|
2 |
Норвегия |
25175 |
|
3 |
Кувейт |
18320 |
|
4 |
Люксембург |
16834 |
|
5 |
Финляндия |
16483 |
|
6 |
Канада |
15137 |
|
7 |
Катар |
14997 |
|
8 |
Швеция |
14939 |
|
9 |
США |
13394 |
|
10 |
ОАЭ |
11044 |
|
11 |
Австралия |
10286 |
|
12 |
Бахрейн |
9814 |
|
13 |
Южная Корея |
9744 |
|
14 |
Новая Зеландия |
9566 |
|
15 |
Бруней |
8759 |
|
16 |
Япония |
8394 |
|
17 |
Бельгия |
8388 |
|
18 |
Австрия |
8356 |
|
19 |
Сингапур |
8307 |
|
20 |
Швейцария |
8175 |
|
21 |
Саудовская Аравия |
7967 |
|
22 |
Франция |
7729 |
|
23 |
Германия |
7215 |
|
24 |
Нидерланды |
7010 |
|
25 |
Израиль |
6856 |
|
26 |
Словения |
6521 |
|
27 |
Эстония |
6464 |
|
28 |
Россия |
6431 |
|
29 |
Дания |
6327 |
|
30 |
Чехия |
6321 |
|
31 |
Испания |
6155 |
|
32 |
Ирландия |
6025 |
|
33 |
Оман |
5933 |
|
34 |
Гонконг |
5923 |
|
36 |
Великобритания |
5733 |
|
38 |
Италия |
5384 |
|
42 |
ЮАР |
4803 |
|
55 |
Беларусь |
3564 |
|
56 |
Украина |
3550 |
|
61 |
Литва |
3026 |
|
62 |
Китай |
2944 |
|
96 |
Молдова |
1049 |
|
117 |
Бангладеш |
279 |
|
128 |
Мьянма |
131 |
|
133 |
Эфиопия |
54 |
|
135 |
Гаити |
24 |
До настоящего времени (2011 г.) основным источником получения энергии является органическое топливо и реки.
|
Структура мирового энергопотребления по традиционным видам топлива в 2000 г. и 2011 г. Источник: рассчитано по «BP Statistical Review of World Energy, June 2012». |
Большинство источников энергии обязаны своим происхождением единому первоисточнику – солнцу. Содержащиеся в недрах Земли запасы органического топлива возникли в результате воздействия солнечных лучей на биосферу в процессе длительного развития Земли. Непрерывный круговорот воды в природе совершается также под воздействием солнца.
Солнечная радиация – практически неисчерпаемый и экологически чистый источник энергии. Общее годовое количество поступающей наЗемлю солнечной энергии составляет 1,051018 кВтч, в том числе на поверхность суши приходится 21017 кВтч (Учебное пособие, Минск, 2004 г.). Без ущерба для экологической среды может быть использовано до 1,5 % всей поступающей солнечной энергии.
Единицы измерения. В России в качестве единицы условного топлива принимается 1 тонна условного топлива (т.у.т.) с теплотой сгорания 7000 ккал/кг (удельная теплота сгорания кокса) или 29,3 ГДж/т, или 8,14 МВт-ч/т.
1 т.у.т. 29,3 ГДж/т 8,14 МВт-ч/т
Международное Энергетическое Агентство (IEA) приняло за единицу нефтяной эквивалент TOE (англ. Tonne of oil equivalent). Одна тонна нефтяного эквивалента равняется 41,868 ГДж или 11,63МВт·ч.
1 ТОЕ = 1,43 т.у.т.
Применяется также единица — баррель нефтяного эквивалента (BOE):
1 TOE = 7,11, 7,33 или 7,4 ВОЕ.
Поэтому нетрудно подсчитать, что общее количество солнечной энергии, падающей на Землю в среднем в течение суток, эквивалентно 350 млрд. т.у.т. Путем фотосинтеза может быть усвоена лишь та часть солнечной энергии, которая падает на биологически активные поверхности, составляющие не более 10 % всей поверхности Земли.Если предположить, что реальная эффективность фотосинтеза равна 0,1-1 %, потенциально возможные темпы накопления запасов органического топлива на Земле составляет 15-150 млрд. т.у.т. в год. Из сопоставления этих цифр с оценками существующих запасов органического топлива можно сделать вывод, что действительные темпы образования и накопления запасов органического топлива значительно меньше.
Существуют различные прогнозы потенциальных ресурсов органического топлива, находящегося в недрах Земли. Они не всегда согласуются друг с другом из-за трудностей расчетов, недостаточности данных геологической разведки, различия подходов к извлекаемости, доступности и т.п. Наибольшим авторитетом пользуются оценки, рассматриваемые на международных форумах энергетиков.
По оценкам на 20052006 г. доказанные запасы ископаемых топлив составляют 1,31,5 трлн т.у.т., вероятные запасы 1213 трлн т.у.т., причем ~ 85 % всех запасов органического топлива приходится на уголь, 10 % на нефть и 5 % на газ (по данным мировой энергетической конференцией в Детройте в 2002 г.). Разведка многих труднодоступных районов может выявить значительные дополнительные запасы, а прогресс в технологии добычи и извлечения топлива сделать доступными и экономически приемлемыми для разработки такие месторождения, эксплуатация которых в настоящее время считается заведомо нерентабельной и неперспективной.
Уровень потребления первичных энергоресурсов в мире составляет ~12 млрд т.н.э.: из них нефть (33 %), уголь (30,3 %), газ (23,7 %). Мировое потребление первичных энергоресурсов выросло на 45 % за последние 20 лет, и, вероятно, вырастет еще на 39 % за следующие 20 лет (ВР: Прогноз развития мировой энергетике до 2030 г. Статистический обзор, 2011).
Из-за влияния различных факторов развития мировой экономики темпы роста потребления топливно-энергетических ресурсов будут существенно снижены и предположительно составят в мировом масштабе 1,7 % в год.
Энергопотребление в странах ОЭСР в 2030 г. будет всего на 6 % выше, чем сегодня, и в среднем рост будет составлять 0,3 % в год до 2030 г. После 2020 г. потребление энергии на душу населения в странах ОЭСР начнет снижаться ( -,2 % в год).
Потребление энергии в странах за пределами этой организации, по прогнозам, увеличится почти в два раза (или на 68 %), показывая средний рост в 2,6 %, и на эти страны будет приходиться 93 % мирового роста энергопотребления. Голод на энергоносители в основном одолевает Китай, Индию и остальные быстроразвивающиеся страны.
Мировое потребление ископаемых топлив составляет 12 млрд т.н.э. (по данным British Petroleum ВР, 2003 г.), причем в Европейском союзе 2,0 млрд т.н.э., в США 3,4 млрд т.н.э., в России 1,3 млрд т.н.э. К 2030 г. по прогнозу ВР мировое потребление ископаемых топлив составит 20 млрд т.н.э.
Возобновляемые источники энергии и ядерная энергетика будут наиболее быстро растущими. Тем не менее, топливный баланс будет меняться относительно медленно из-за длительного жизненного цикла активов. В целом доля энергии, произведенной из ископаемого топлива, к 2030 г. снизится лишь до 6575 % (с 87 %). Возобновляемые источники энергии вырастут с 1,8 % до 15 %, и ядерные увеличатся с 5 % до 7 %.
(▲Круглый стол«Роль газовой отрасли в борьбе с изменением климата» Москва, 25 марта 2013 г. Зам. директора Института проблем нефти и газа РАН,Член Совета Директоров Института Энергетической Стратегии д.э.н., академик РАЕН, А. М. Мастепанов)
Рассмотрим, как велики имеющиеся мировые запасы органического топлива и смогут ли они обеспечить непрерывно растущие потребности человечества в энергии. Суммарная потребность в энергоресурсах всех видов на период от наших дней до 2100 г. может составить (из расчета прогнозируемого ВР 1,7 % роста в год) около 2,5-3 трлн т.у.т., т.е. запасы органического топлива без привлечения других источников энергии будут близки к истощению на нашей планете к концу XXI в.
Столь опасное развитие событий может быть предотвращено, если использовать не зависящий от солнечной энергии источник – ядерное топливо, а также эффективно использовать во все больших масштабах возобновляемых под действием солнечного излучения источников энергии – это энергия речных стоков, биотопливо (древесина, этанол, метанол, биодизель, синтез-газ, водород, и др.), установки, основанные на использовании энергии солнца, ветра, тепловой энергии недр и океанов.
Важнейшим фактором научно-технического прогресса является неуклонное повышение эффективности получения, преобразования и расходования энергии. В настоящее время (ВР, 2011 г.) в большинстве стран неуклонно уменьшается энергоёмкость – объём энергии, используемый для производства единица ВВП.
В 1975 г. П. Л. Капица первым обратил внимание на линейную корреляционную зависимость ВВП на душу населения в отдельных странах от потребления энергии. Представляет интерес, как изменилась эта картина в 1993 г.
ВВП и потребление энергии 1993г.▲
Из рис. видно, что за последние 30 лет потребление на душу населения во всех странах существенно возросло, и одновременно произошла резкая дифференциация стран по эффективности использования энергии в т.у.т. на производство единицы ВВП.
В настоящее время существует не одна, а три линии регрессии зависимости ВВП на душу населения от душевого потребления энергии.
Первая линия регрессии описывает эффективность потребления энергии в развитых странах, в число которых входят Испания, Израиль, Италия, Великобритания, Швеция, Швейцария, Нидерланды.
Вторая линия регрессии в точности совпадает с линией регрессии, которая имела место в 1968 г., на ней располагаются Аргентина, Греция, Южная Корея, Австралия, Норвегия и другие.
Особняком среди этих стран стоят США и Канада. США располагается между первой и второй линиями регрессии, а Канада по эффективности энергопотребления существенно отстает от стран второй группы.
Третья линия регрессии описывает эффективность потребления энергии в развивающихся, «сырьевых» странах. В их число входят Венесуэла, Индонезия, Иран, Ирак, Мексика, Пакистан, Филиппины. Для этой группе стран характерно крайне неэффективное использование энергии, при которой рост энергопотребления на душу населения практически не ведет к росту ВВП, назовем эти страны группа IV.
Заметим, что в группах II и III многие страны (Канада, Норвегия, США, Великобритания) являются крупными производителями топливно-энергетических и других ресурсов, но наряду с сырьевыми отраслями в них исключительно высоко развиты и другие отрасли промышленности.
В четвертую входят страны, основу экономики которых составляет продукция топливно-энергетического комплекса.
Из анализа рис. 2 следует интересный факт: существует еще одна группа стран, в число которых входят Швейцария, Дания, Япония, Австрия, ФРГ и Франция. Эти страны отличает исключительно высокая эффективность использования энергии для производства ВВП. Важно отметить, что эти страны не располагают собственными сколько-нибудь значительными ресурсами нефти и газа. Назовем эти страны группа I.
Как изменилась энергоемкость ВВП в настоящее время? Безусловным лидером по эффективности использования энергии на сегодняшний день является Норвегия, не только сократившая примерно в два раза энергоемкость своей экономики, но и обеспечившая при этом более чем двукратный рост ВВП на душу населения. Это факт тем более назидателен, что Норвегия является нефтедобывающей страной. Снижение энергоемкости изменяет прежние пропорции между ростом национального продукта и энергопотреблением: при меньших удельных затратах энергии и живого труда будет обеспечиваться получение больших материальных ценностей и благ. В этих условиях непрерывный ежегодный рост потребления энергоресурсов постепенно может стабилизироваться, а в отдельных странах и регионах даже снизиться по сравнению с достигнутым уровнем.
ВВП и потребление энергии 2004-2009 гг. ▲
По теоретическим расчетам современные мировые потребности в энергии можно было бы обеспечить за счет солнечной энергии, получаемой ежегодно земной поверхностью площадью 22 тыс. км2 при КПД = 1. Если учесть, что средний КПД современных фотоэлементов 1025 %, то для электростанции мощностью 1 ГВт площадь фотоэлементов составит около 10-40 км2. В настоящее время ФЭС генерируют около 1 % мировой электроэнергии.
Другими направлениями альтернативной энергетики являются ветроэнергетика (2,5 % мирового производства электроэнергии), геотермальная энергетика (0,3 %). По прогнозам к 2040 г. доля альтернативных возобновляемых источников энергии (вместе с гидроэнергетикой) должна увеличиться до 25 % в мировом энергобалансе.
Процесс технического освоения и широкого практического внедрения новых источников энергии длится в течение многих десятилетий. В этом отношении открытие в середине XX в. ядерной энергии как нового первичного источника энергии оказалось событием весьма своевременным, т.е. у человечества имеется подстраховка приблизительно на 50 лет для разработки и внедрения новых способов получения энергии. На 17м конгрессе Мирового энергетического совета в Хьюстоне в 1999 г. впервые за последние 20 лет сделан вывод, что энергоресурсов достаточно для стабильного экономического развития всех стран.
Взаимосвязь экономики и энергетики.
Энергетические ресурсы размещены на Земле крайне неравномерно. Это относится ко всем видам органического топлива, к ядерному топливу и энергии рек. Сильно различается расходование и потребление энергоресурсов в индустриально развитых и развивающихся странах. В разной степени разведаны и изучены территории каждой страны в отношении содержащихся в ее недрах запасов первичных энергоресурсов. Тем самым каждая страна или отдельный географический регион характеризуются в данный период времени своей конкретной топливно-энергетической конъюнктурой. Ее определяют наличие запасов топлива, уровень развития транспортных средств, обеспечение грузопотоков топлива и передачи энергии с учетом численности и плотности населения, общее развитие топливно-энергетического хозяйства.
По данным ООН население Земли составило в 2008 г. 6,7 млрд. человек (~ 3,7 в Азии, 0,82 в Африке, 0,64 в Европе), а в 2030 г. может составить 9 млрд. человек. 31 октября 2011 г. ООН объявила День 7 миллиардов, в этот день несколько стран заявили о рождении семимиллиардного человека планеты. Прогноз на 2050 г. – 9,5 миллиардов человек.
Важнейшей характеристикой технического и экономического уровня любой страны является среднее удельное потребление электроэнергии. Как отмечалось в начале лекции, потребление электроэнергии на душу населения в мире 21 МВтч/чел-год в среднем.
Уровень среднего потребления энергоресурсов в развивающихся странах, где проживает три четверти населения нашей планеты, более чем в десять раз ниже, чем в развитых странах. Чтобы выйти во всем мире на уровень 4 Мвтч/челгод, при условии обеспеченности необходимыми капиталовложениями, технологией и кадрами, при современных темпах развития энергетики и народонаселения по самой осторожной оценке потребуется, не менее 40 лет.
Таким образом, в предстоящий период темп развития энергетики и потребление энергии для различных стран и регионов мира будут весьма различны и неравномерны. Овладение промышленной технологией использования ядерного топлива и строительство атомных электро- и теплостанций позволит многим странам быть менее зависимым от географии месторождений органического топлива.
Долгосрочные прогнозы потребления энергоресурсов.
Целым рядом международных и национальных организаций непрерывно ведется прогнозирование мировой потребности в энергии, изучаются долгосрочные аспекты спроса на энергию и возможности его обеспечения. Исходными и признанными являются следующие основные положения:
- Рост населения будет происходить, прежде всего, в развивающихся странах, где будут проживать 75 % всего населения Земли. Стремление к улучшению условий жизни и новые экономические возможности приведут к более высоким темпам среднегодового прироста потребления энергии в развивающихся странах, которые главным образом и будут определять долгосрочное развитие и масштабы мирового потребления энергии.
- Ограниченность энергоресурсов и удорожание энергии будут все больше усиливать тенденцию к ее более рациональному и экономичному использованию. Удельная энергоемкость производства продукции будет неуклонно снижаться. Тем самым темп ежегодного прироста потребления энергии будет все время уменьшаться по сравнению с темпом прироста ВВП.
- В настоящее время еще не создано экономически эффективных процессов для широкого использования «чистых» видов энергии, хотя альтернативные источники поставляют уже около 3 % необходимой в мире энергии. Главная проблема современной альтернативной энергетики заключается в том, что ее развитие пока что всецело зависит от поддержки государств. Топ-5 стран-производителей альтернативной энергетики [BP Statistical Reviewof World Energy 2011]:
Бразилия (5 % «зеленой энергии», производимой в мире, власти надеются обеспечить электричеством все 12 мест проведения ЧМ-2014 с помощью солнечной энергетики).
Китай (7,6 %, страна стала лидером по объемам инвестиций в чистую энергетику, половина из которой ветряная).
Испания (7,8 %, в апреле 2012 г. страна установила новый рекорд: 54 % электроэнергии было сгенерировано с помощью ВИЭ, причем на долю гидроэнергетики пришлось 25 % от общего объема сгенерированной в апреле электроэнергии, на долю ветроэнергетики – 22 %, на долю гелиоэнергетики – 4,8 % (3,6 % – массивы солнечных батарей, 1,2 % - солнечные тепловые электростанции)).
Германия (11,7 %, страна взяла на себя довольно спорное обязательство поэтапно отказаться от ядерной энергетики к 2022 г. в пользу других источников.В 2012 г. возобновляемые источники обеспечили 23 % национального потребления электроэнергии, кроме того, страна увеличила ее экспорт до рекордного уровня. Доля «ветровой» электроэнергетики составила 7,3 % или 45 ТВтч, а «солнечной» энергии — 4,6 % или 28,5 ТВтч, в СМИ сообщалось, что в мае, в одни выходные солнечные электростанции обеспечили половину всей электроэнергии).
США (24,7 %).
Если мировая возобновляемая энергетика будет расти такими же темпами, то доля возобновляемых источников энергии к 2030 г. составит 30 %, как, например, считает Генеральный директор Организации Объединенных Наций по промышленному развитию (ЮНИДО) Канде К. Юмкелла. Реальнее стоит оценивать эту долю в 20 %, что в мировом энергобалансе уже будет сопоставимо с основными энергоносителями.
- МАГАТЭ представило прогноз развития ядерной энергетики в мире за пределами 2030 года, согласно которому совокупная установленная мощность АЭС в мире увеличится до 546-803 ГВт к 2030 г. [доклад «Энергетика, энергопроизодство, оценки развития ядерной энергетики до 2050 года», 9 сентября, 2010]. По оценкам экспертов МАГАТЭ, к 2020 г. в мире может быть построено до 130 новых энергоблоков общей мощностью до 430 ГВт, что обеспечит повышение доли ядерной составляющей в мировом энергобалансе до 30 %. Замедление развития использования атомной энергии ускорит кризис в энергоснабжении целого ряда стран.
В развитии мировой энергетики наблюдается общая и неуклонная тенденция роста коэффициента электрификации ТЭБа, т.е. доли совокупных энергоресурсов используемой для производства электроэнергии, как самого универсального и удобного вида энергии. В развитых странах коэффициент электрификации составлял в 1981 г. ~ 35 %. В настоящее время приближается к 40 %, такая тенденция сохранится и в XXI в.
По существующим прогнозам к 2020 г. ожидается уменьшение в 2 раза доли углеводородного топлива (нефти и газа) и существенный рост угля ~ в 1,5 раза при росте в 3-4 раза доли атомной энергии. По одному из прогнозов уголь займет первое место и вместе с атомной энергией будет обеспечивать до 60 % ТЭБ. Большая часть добываемого угля будет подвергаться переработке для получения концентрированного и синтетического топлива.
В общем балансе удельный вклад гидроэнергии и других возобновляемых источников составит ~ 13 % (сегодня 20 %). Прогнозы других источников предсказывают сохранение доли угля на уровне 25 % и значительный рост возобновляемых источников (~15 % кроме гидроэнергии), однако во всех случаях прогнозируется снижение доли нефти, которое компенсируется в том числе ростом производства атомной энергии. Какие из производств окажутся наиболее близкими и реальными, будет зависеть от темпов роста мировой системы экономики.
Отрицательное влияние на развитие энергетики в 1988 г. оказывали кризисы на валютно-финансовых рынках и политическая нестабильность в мире. В целом в мире наблюдается рост числа политических решений об отказе от использования ядерной энергетики (Германия, Швеция, Болгария, Швейцария – сокращение срока служения). Прекращение ряда государственных программ развития ядерной энергетики.
По данным международного энергетического агентства (МАЭ, 1998 г.) производство электроэнергии на АЭС не является экономически предпочтительным, как это прогнозировалось в 80-х и 90-х гг., т.к. появились газовые ТЭС с комбинированным циклом, которые и составили конкуренцию АЭС. Авторы пришли к выводу, что на ближайшие десять лет в развитых странах природный газ станет наиболее привлекательным энергоснабжением, благодаря простоте использования, низким затратам на строительство и эксплуатацию, высокому КПД и сравнительно низким выбросам вредных веществ в атмосферу.
Из проведенного рассмотрения можно сделать два важных вывода:
- Большинство развитых стран в последние десятилетия увеличивали не только количество потребляемой энергии, но и эффективность ее использования.
- Ориентация на сырьевые отрасли промышленности сдерживает развитие в странах ресурсо- и энергосберегающих технологий.
Это проявляется не только на примере стран, ориентированных на продажу сырья, но даже на примере таких развитых стран как США, Канада, Великобритания, которые по эффективности использования энергии уступают странам первой и даже второй групп.
Рассмотрим теперь изменение эффективности энергопотребления в России за последние тридцать лет. До 1985 г. энергоемкость в РСФСР снижалась (до 0,5 т.у.т. на 1000 $ ВВП), затем началось повышение до 1т.у.т на 1000$.
Только после 2000 г. энергоемкость начала снижаться, и только сейчас мы вернулись на уровень 1997 г.Если нанести эти цифры на рис. 2, то мы увидим, что до 1985 года Россия находилась среди развитых стран третьей группы. В итоге «перестройки» и развала СССР в настоящее время РФ находиться среди самых отсталых стран, объединенных в четвертой группе.
Если принять за начало подъема Российской экономики 2000 г. и оптимистично предположить рост ВВП 5 % в год, то с учетом уменьшающегося населения, Россия вернется к уровню ВВП на душу населения достигнутому в РСФСР в 1989 году лишь в 2035 году. Таким образом, политические и экономические преобразования последних пятнадцати лет отбросили РФ на ~ 50 лет назад.
2. тематозная эритематозно язвенно
3. Сущность и назначение бюджета РФ
4. Тема- Техническое обслуживание и текущий ремонт системы питания дизельных двигателей Наименование рабо.html
5. 38 вопросов по философии
6. История формирования основные черты рельефа и полезные ископаемые Австралии
7. було зруйновано Київ головною ареною подій української історії стали Галичина й Волинь
8. Капиталом более 30 лет он так и не завершил этот труд.
9. РЕФЕРАТ дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата юридичних наук Харків ~2
10. Мигово здесь каждый найдет занятие по душе- катание на лыжах каток сани баня сауна рынок сувениров пицце
11. Графология
12. Совершенствование системы оплаты труда на предприятии
13. когда гости самостоятельно выбирают блюда в меню в карте составляя программу обеда.
14. тема в лингвистике
15. Административное здание
16. модели Что такое работа модели chthost Мы предоставляем Вам работу на ведущем сайте США и Европы работ
17. где проступает асфальт а нос и щеки больше не щиплет мороз
18. реферате мы попытаемся рассмотреть патофизиологическую и патоморфологическую основу тех ситуаций при кото
19. Основные критерии хорошей речи
20. коэффициент неравномерности распределения нагрузки; ~ коэффициент межосевого расстояния для шевронной п