Охрана труда и энергосбережение → Основы энергосбереженияОхрана труда и энергосбережение → Основы энергосбереженияОхрана труда и энергосбережение → Основы энергосбереженияПочти вся энергия поступает на поверхность Земли от Солнца, за исключением небольшого количества теплоты за счет радиоактивности земной коры, наличия раскаленного земного ядра, а также гравитационной энергии взаимодействия Земли с Луной и Солнцем. Даже органическое топливо, используемое сегодня, обязано своим происхождением фотосинтезу растительности болот доисторической эпохи. Однако не весь поток энергии солнечного излучения, интенсивность которого составляет примерно 1,4 кВт/м2, утилизируется. Примерно 30-40% этого потока энергии рассеивается прямым отражением. Коэффициент отражения (альбедо) зависит от характерных особенностей поверхности, на которую падают лучи Солнца: от того, является ли она песчаной пустыней, снежной равниной, водной гладью, облачностью и т. д.
Возможная для практического использования человеком энергия сосредоточена в материальных объектах называемых топливно-энергетическими ресурсами (ТЭР).
Топливно-энергетические ресурсы совокупность всех природных и преобразованных видов топлива и энергии, используемых в республике.
Топливо горючее вещество, применяемое для получения теплоты путем его сжигания.
Энергия способность тела или системы тел совершать работу.
Энергетический ресурс носитель энергии, который используется в настоящее время или может быть использован в перспективе.
В настоящее время основными потребляемыми энергетическими ресурсами являются природные виды топлива и энергия потоков воды, которые представляют собой не что иное, как преобразованную (саккумулированную) энергию Солнца.
Предварительно переработанный, преобразованный энергетический ресурс, непосредственно используемый на стадии конечного потребления, а также природный энергетический ресурс, потребляемый на этой стадии, называется энергоносителем. Примеры энергоносителя природный газ, мазут (котельное топливо), горячая вода и пар в системах центрального теплоснабжения и т. д.
Энергетические ресурсы по способу преобразования заключенной в них энергии делятся на первичные и вторичные. Первичный энергоресурс, который не был подвергнут какой-либо переработке. Вторичный энергоресурс, получаемый в ходе любого технологического процесса в результате недоиспользования первичной энергии или в виде побочного продукта основного производства и не применяемый в этом технологическом процессе.
По возобновляемости энергетические ресурсы разделяют на возобновляемые и невозобновляемые.
Невозобновляемые это естественно образовавшиеся и накопившиеся в недрах планеты запасы веществ, способные при определенных условиях высвобождать заключенную в них энергию. Но образование новых веществ и накопление в них энергии происходит значительно медленнее, чем их использование. К ним относятся ископаемые виды топлива и продукты их переработки: каменный и бурый уголь, сланцы, торф, нефть, природный и попутный газ. Особыми видами невозобновляемых энергетических ресурсов являются расщепляющиеся (радиоактивные) вещества, находящиеся в недрах нашей планеты.
Возобновляемые это те энергетические ресурсы в которых происходит постоянное восстановление энергии. Источниками возобновляемой энергии являются солнечное излечение, энергия приливов и отливов, энергия химических реакций и радиоактивного распада в недрах Земли (проявляется в виде геотермальных источников), энергия Солнца (проявляется в виде энергии ветра, гидроэнергии и биомассы).
На классификационной схеме невозобновляемые й возобновляемые виды энергетических ресурсов обозначены соответственно белыми и серыми прямоугольниками.
По определению Д.И. Менделеева, «топливом называется горючее вещество, умышленно сжигаемое для получения теплоты».
В настоящее время термин «топливо» распространяется на все материалы, служащие источником энергии (например, ядерное топливо).
Топливо по происхождению делят на:
По своему агрегатному состоянию его делят на твердое, жидкое и газообразное топливо, а по своему назначению при использовании на энергетическое, технологическое, бытовое. Наиболее высокие требования предъявляются к энергетическому топливу, а минимальные требования к бытовому.
Твердое топливо древесно-растительная масса, торф, сланцы, бурый уголь, каменный уголь.
Жидкое топливо - продукты переработки нефти (мазут).
Газообразное природный газ; газ, образующийся при переработке нефти, а также биогаз.
Ядерное расщепляющиеся (радиоактивные) вещества (уран, плутоний).
Органическое топливо, т. е. уголь, нефть и природный газ, составляет подавляющую часть всего энергопотребления. Образование органического топлива является результатом теплового, механического и биологического воздействия в течение многих столетий на останки растительного и животного мира, откладывавшиеся во всех геологических формациях. Все это топливо имеет углеродную основу, и энергия высвобождается из него, главным образом, в процессе образования диоксида углерода.
Твердое топливо. Ископаемое твердое топливо (за исключением сланцев) является продуктом разложения органической массы растений. Самое молодое из них торф представляет собой плотную массу, образовавшуюся из перегнивших остатков болотных растений. Следующими по «возрасту» являются бурые угли землистая или черная однородная масса, которая при длительном хранении на воздухе частично окисляется («выветривается») и рассыпается в порошок. Затем идут каменные угли, обладающие, как правило, повышенной прочностью и меньшей пористостью. Органическая масса наиболее старых из них антрацитов претерпела наибольшие изменения и на 93% состоит из углерода. Антрацит отличается высокой твердостью.
Мировые геологические запасы угля, выраженные в условном топливе, оцениваются в 14000 млрд. т, из которых половина относится к достоверным (Азия 63%, Америка 27%). Наибольшими запасами угля располагают США и Россия. Значительные запасы имеются в ФРГ, Англии, Китае, на Украине и в Казахстане.
Все количество угля можно представить в виде куба со стороной 21 км, из которого ежегодно изымается человеком «кубик» со стороной 1,8 км. При таких темпах потребления угля хватит примерно на 1000 лет. Но уголь тяжелое неудобное топливо, имеющее много минеральных примесей, что усложняет его использование. Запасы его распределены крайне неравномерно. Известнейшие месторождения угля: Донбасский (запасы угля 128 млрд. т), Печорский (210 млрд. т), Карагандинский (50 млрд. т), Экибастузский (.10 млрд. т) Кузнецкий (600 млрд. т), Канско-Ачинский (600 млрд. т), Иркутский (70 млрд. т) бассейны. Самые крупные в мире месторождения угля Тунгусское (2300 млрд. т свыше 15% от мировых запасов) и Ленское ;Д800 млрд. т почти 13% от мировых запасов).
Добыча угля ведется шахтным методом (глубиной от сотен метров до нескольких километров) или в виде открытых карьерных разработок, Уже на этапе добычи и транспортировки угля,, применяя передовые технологии, можно добиться снижения потерь при транспортировке, уменьшения зольности и влажности отгружаемого угля.
Возобновляемым твердым топливом является древесина. Доля ее в энергобалансе мира сейчас чрезвычайно невелика, но в некоторых регионах древесина (а чаще ее отходы) также используется в качестве топлива, , В качестве твердого топлива могут быть также использованы брикеты механическая смесь угольной или торфяной мелочи со связующими веществами (битум и др.), спрессованная под давлением до 100 МПа в специальных прессах.
Жидкое топливо. Практически все жидкое топливо пока получают путем переработки нефти. Нефть, жидкое горючее полезное ископаемое, представляет собой бурую жидкость, содержащую в растворе газообразные и легколетучие углеводороды. Она имеет своеобразный смоляной запах. При перегонке нефти получают ряд продуктов, имеющих важное техническое значение: бензин, керосин, смазочные масла, а также вазелин, применяемый, в медицине и парфюмерии.
Сырую нефть нагревают до 300—370 °С, после чего полученные пары разгоняют на фракции^ конденсирующиеся при различной температуре tk; сжиженный газ (выход около 1%), бензиновую (около 15%, tk = 30—180 °С), керосиновую (около 11%, tk = 120—135 °С), дизельную (около 18%, tk = 180—350 °С. Жидкий остаток с температурой начала кипения 330—350 °С называется мазутом. Мазут, как и моторное топливо, представляет собой сложную смесь углеводородов, в состав которых входят, в основном, углерод (84-86%) и водород (10-12%).
Мазут, получаемый из нефти ряда месторождений, может содержать много серы (до 4,3%), что резко усложняет защиту оборудования и окружающей среды при его сжигании.
Зольность мазута не должна превышать 0,14%, а содержание воды должно быть не более 1,5%. В состав золы входят соединения ванадия, никеля, железа и других металлов, поэтому ее часто используют в качестве сырья для получения, например, ванадия.
В котлах котельных и электростанций обычно сжигают мазут, в бытовых отопительных установках печное бытовое топливо (смесь средних фракций).
Мировые геологические запасы нефти оцениваются в 200 млрд. т, из которых 53 млрд. т составляют достоверные запасы. Более половины всех достоверных запасов нефти расположено в странах Среднего и Ближнего Востока: В странах Западной Европы, где имеются высокоразвитые производства, сосредоточены относительно небольшие запасы нефти. Разведанные запасы нефти все время увеличиваются. Прирост происходит в основном за счет морских шельфов. Поэтому все имеющиеся в литературе оценки запасов нефти являются условными и характеризуют только порядок величин.
Общие запасы нефти в мире ниже, чем угля. Но нефть более удобное для использования топливо, особенно в переработанном виде. Поcле подъема через скважину нефть направляется потребителям в основном по нефтепроводам, железной дорогой или танкерами. Поэтому в себестоимости нефти существенную часть имеет транспортная составляющая.