CC BY
130
УДК 339.5
Перспективы развития топливно-энергетического комплекса
М.А. ИЛЯЕВА, канд. техн. наук, доцент
Е.М. МУФТАХОВ, канд. техн. наук, доцент
Уфимский государственный нефтяной технический университет
(450062, Россия, Башкортостан, г. Уфа, ул. Космонавтов, 1)
Т.М. КРЫМСКАЯ, канд. техн. наук, доцент
Уфимский государственный авиационный технический университет (450000, Россия, Башкортостан,
г. Уфа, ул. К. Маркса, д. 12)
E-mail: office@ugatu.su
В работе рассмотрены вопросы развития энергетики в топливно-энергетическом комплексе экономически развитых стран мира. Уделено внимание развитию и применению возобновляемых источников энергии. Приведены их достоинства и недостатки. Выполнена попытка в оценке экологических проблем при применении углеводородов как топлива в энергетике. Акцентировано внимание на термоядерную энергетику — энергетику нашего будущего на Земле.
Ключевые слова: энергия, нефть, топливо, атомная электростанция, термоядерный синтез, экология, солнечная электростанция, ветроэнергетика, геотермальная станция, возобновляемые источники энергии.
за все время своего существования на Земле человечество борется за энергию. В глубокой древности огонь костра спасал человека от холода, зверей, позволял готовить пищу.
Прошли десятки и сотни тысяч лет, энергии требовалось все больше и больше. Появились гидростанции и тепловые станции. В XX веке человечество овладело атомной энергией. В XXI веке население Земли достигло 7 млрд человек. Уже сегодня 1,5 млрд человек испытывают недостаток в электрической энергии. По оценкам специалистов население Земли к 2030 г. увеличится на 30%, что потребует увеличения энергии на 50%.
В настоящее время нефть является энергоносителем общемирового значения, за ней следует газ и уголь. Неравномерность распределения углеводородов на Земле стала вызывать борьбу за энергоресурсы, усиление политической нестабильности в регионах, вплоть до военных конфликтов.
Несмотря на тяжелейшие аварии на атомных станциях в Чернобыле и Фукусиме-1, в ряде стран снова наблюдается возобновление интереса к атомной энергетике, которая является самой молодой среди существующих видов.
Первая в мире атомная электростанция мощностью 5 МВт была запущена в бывшем Советском Союзе в 1954 г. в г. Обнинске. Атомные электростанции составляют основу ядерной энергетики, приобретающей все большее значение в связи с растущими темпами потребления энергии, с одной стороны, и ограниченностью и истощением запасов нефти, газа и угля в мире, с другой.
Атомные электростанции получили наибольшее распространение в развитых промышленных странах, где недостаточно природных энергоресурсов.
Это — Франция, Япония, Бельгия, Германия и другие. Так в 2002 г. 31 государство имело свои атомные электростанции с 446 атомными реакторами. Атомные электростанции распределялись следующим образом: США — 109, Франция - 56; Япония — 51, Англия — 35; Россия — 29; Канада — 21; Германия — 20; Украина — 18 и т.д.
Интересно, что во Франции АЭС вырабатывают 80% всей энергии страны, на Украине — 50%, в США — около 13%.
Говорят, что уровень знаний сегодняшнего дня можно назвать уровнем незнания дня завтрашнего. Еще 200 лет назад электричество считалось нематериальным, и никому не приходило в голову использовать электроэнергию, так как не знали, как осуществлять ее передачу, а 100 лет назад люди не имели представления и о внутренней энергии вещества и ядерной энергии (не говоря уже о более высоких видах энергии). Но начало XXI века оказалось революционным в области энергетики.
В 2006 г. ведущие промышленные страны мира (в т.ч. и Россия) решили объединить свои разработки в области термоядерного синтеза. Неуправляемая термоядерная реакция была достигнута в США в 1952 г., а в 1953 г. такую бомбу относительно небольшой мощности (400 килотонн) испытали в СССР. Далее на Новой Земле в 1961 г. было взорвано самое мощное устройство на Земле за всю ее историю (50 Мт).
В 2007 г. на юге Франции начато строительство Международного экспериментального термоядерного реактора (ITER) на котором должен быть решен вопрос об управляемом термоядерном синтезе.
Работа реактора будет основана на слиянии ядер дейтерия и трития (легкие ядра изотопов водорода)
при температуре 100 млн градусов, при этом за сутки будет выделяться около 72 ГВт энергии.
Для сравнения приведем данные по энергетике Китая и России. В 2005 г. они произвели 500 и 200 ГВт энергии соответственно. Следовательно, стоящаяся термоядерная станция произведет это количество энергии примерно за 10 сут. Очевидно, что идея создания такой станции весьма заманчива и перспективна. Тем более, что топливом для станции будут являться ядра дейтерия и трития, которые можно получить из воды. Так в одном кубическом метре воды содержится 110 кг водорода и 33 г дейтерия, а сами запасы воды на Земле практически неограниченные.
Реактор планируется ввести в работу в 20202030 гг.
К достоинствам термоядерной энергетики относятся:
• высокая экологичность, связанная с отсутствием продуктов сгорания, а следовательно, и выбросов в атмосферу;
• неисчерпаемые запасы топлива (водород);
• демонополизация топливных ресурсов;
• безопасность термоядерной реакции в радиационном отношении намного выше ядерной;
• невозможность разрушения реактора при его работе;
• незаменимость двигателей на основе термоядерной реакции для будущих космических аппаратов.
В Советском энциклопедическом словаре об управляемой термоядерной реакции (УТР) дословно сказано следующее: «Решение проблемы УТР обеспечит человечество энергией практически на неограниченный срок».
Специалисты считают, что термоядерная энергетика - наше ближайшее будущее.
В тридцатые годы двадцатого века А. Эйнштейна спросили: «Как Вы думаете, когда человечество освоит атомную энергию?». Он ответил: «Видимо к концу XX века». Но действительность оказалась намного быстрее. 2 декабря 1942 г. в США заработал первый в мире ядерный реактор, в 1945 г. США сбросили атомную бомбу на Хиросиму, а в 1954 г. в Советском Союзе заработала первая в мире атомная электростанция.
Начало же XXI века ознаменовалось тем, что человечество шагнуло на новую ступень развития в энергетике и приступило к разработке и сооружению термоядерной станции.
По мнению некоторых специалистов нефтегазовой отрасли сейчас на мировом топливном рынке происходят серьезные изменения. Появились новые мощные потребители, такие как Индия, Китай и другие, быстро развивающиеся страны. Стал заметен энергетический голод. Учёные всё больше и больше внимания стали уделять альтернативным источникам энергии — солнечной, ветровой, геотермальной, энергии приливов и отливов и др.
И это тем более важно, так как считается, что око-
ло 80% получаемой в мире энергии производится за счет сжигания ценнейших углеводородов.
В мире сложилось тяжелое положение в области экологии. Специалисты говорят, что ситуация на Земле близка к критической. В атмосферу выбрасываются сотни миллионов тонн вредных и отравляющих веществ. Например, только в Германии за год двигатели автомобилей выбрасывают в атмосферу 4,4 млн т угарного газа, окислов азота — 1,8 млн т, двуокиси серы — 0,1 млн т и др.
Сегодня наибольшее внимание стали уделять солнечной энергетике. Само Солнце является природным термоядерным реактором. За одну минуту Солнце излучает на Землю столько энергии, сколько вырабатывают за 1,5 года все электростанции России. А сотой доли той энергии, которая за год доходит от Солнца до Земли хватит для обеспечения потребностей всего человечества на несколько веков.
К концу 2012 г. японские и немецкие инженеры разработали проекты солнечных электростанций, каждая из которых может обеспечить энергией всю Европу. Но и сегодня в ряде стран уже действуют достаточно крупные солнечные станции. Построенная в 2009 г. в Испании станция имеет мощность 20 МВт, Канаде (2010 г.) — 97 МВт, Италии (2009 г.) — 84,2 МВт, Германии (2011 г.) — 82 МВт, на Украине (2011 г.) — 100 МВт.
Станция мощностью в 82 МВт, для примера, обеспечивает энергией 25 тыс. домов и сокращает выбросы оксида углерода на 80 тыс.т в год.
В 2016 г. в Тунисе (пустыня Сахара) будет построена солнечная станция мощностью 2000 МВт. Для сравнения: первая атомная станция, как отмечалось выше, в СССР имела мощность 5 МВт, а для удовлетворения потребностей человечества в энергоресурсах сегодня требуется сжечь около 10109 т углеводородного топлива в год; мировая же добыча нефти составляет около 4,5-109 т в год.
По словам экспертов Международного энергетического агентства сгенерированная на основе солнечного излучения энергия гипотетически сможет к 2050 г. обеспечить 20-25% потребностей человечества в электричестве и обеспечит сокращение выбросов углекислого газа на 6 млрд т ежегодно. Стоимость энергии, полученной от солнечной батареи, ежегодно снижается. В 2011 г. стоимость 1 Вт солнечной электроэнергии впервые упала ниже 1 долл.
Однако применение солнечной энергии в промышленных масштабах сталкивается с рядом сложностей, среди которых можно выделить следующие: большие площади (порядка нескольких десятков квадратных километров), занимаемые солнечными электростанциями; высокие стоимости конструкций, связанные с применением редких элементов (например, индий и теллур) и др. Кроме того, одним из существенных недостатков является неравномерность в выработке электроэнергии.
Для компенсации неравномерности в выработке электроэнергии от солнечных электростанций их
комбинируют со станциями, работающими на традиционном топливе. В 2011 г. в Алжире запущена в эксплуатацию гибридная электростанция мощностью 150 МВт, использующая для производства электроэнергии солнечные параболические концентраторы днем и природный газ в ночное время суток. К 2015 г. правительство Алжира планирует построить еще три подобные гибридные электростанции мощностью по 400 МВт каждая.
В России, в Республике Алтай, завершено строительство одной из первых в мире автономных дизель-солнечных электростанций. Гибридная установка мощностью 100 кВт расположена в поселке Яйлю взамен устаревшего дизельного генератора и предназначена для автономного бесперебойного снабжения населенного пункта электроэнергией. Её эксплуатация позволяет снизить на 50% ежегодное потребление дизельного топлива.
В последние годы бурно развивающейся отраслью во многих странах является ветроэнергетика. Считается, что запасы энергии ветра более чем в сто раз превышают запасы гидроэнергии всех рек планеты. Ветроэнергетика привлекательна не только тем, что не наносит вреда природе. Ветроэлектростанцию можно достаточно быстро установить там, где других источников энергии нет.
Ветряные мельницы известны человеку с давних времен. Для выработки электроэнергии их начали применять в XIX веке в Дании. Там в 1890 г. была построена первая ветряная мельница, производящая электроэнергию, а к 1908 г. подобных ве-троэлектростанций насчитывалось уже 72 единицы мощностью от 5 до 25 кВт.
Предшественница современных ветроэлектро-станций была построена в 1931 г. в Крыму и имела мощность 100 кВт. К 2006 г. суммарные мощности ветряной энергетики выросли во всём мире до 73,9 ГВт, а по состоянию на июнь 2012 г. суммарные установленные мощности всех ветрогенерато-ров мира оцениваются в 254 ГВт.
По данным Европейской ассоциации ветроэнергетики лидером в производстве энергии из ветра на 2011 г. является Китай, на его территории суммарная установленная мощность составляет 62,7 ГВт, на втором месте следует США — 46,9 ГВт, на третьем Германия — 29,1 ГВт.
По оценкам специалистов Россия могла бы вырабатывать около 30% всей требуемой электроэнергии с помощью ветроустановок.
Ветряные генераторы в процессе эксплуатации не потребляют ископаемого топлива. За 20 лет работы ветрогенератор мощностью 1 МВт позволяет сэкономить примерно 29 тыс.т угля или 92 тыс.барр. нефти, кроме того, исключаются ежегодные выбросы в атмосферу 1800 т окисда углерода, 9 т оксида серы и 4 т оксидов азота. По оценкам компании «Global Wind Energy Council» к 2050 г. мировая ветроэнергетика позволит сократить ежегодные выбросы оксида углерода на 1,5 млрд т.
Однако использование энергии ветра сталкивается с определенными сложностями. Подача электроэнергии с ветрогенератора в энергосистему отличается большой неравномерностью, поэтому требует резерва мощности, например, в виде газотурбинных установок или дизель-генераторов, а также механизмов сглаживания неоднородности выработки (например, гидроэлектростанции или гидроаккумулирующей электростанции).
Другим альтернативным источником электроэнергии является геотермальная энергия, получаемая из тепловой энергии подземных источников. Главным достоинством является ее практическая неиссякаемость и полная независимость от условий окружающей среды, времени суток и года. Энергетический потенциал тепла на глубине 10000 м в 50000 раз больше энергии, чем все мировые запасы нефти и газа.
Первая геотермальная станция была построена в Италии в 1904 г. и имела мощность в 250 кВт, она действует и в настоящее время. Установленная мощность геотермальных электростанций в мире на начало 1990-х составляла около 5000 МВт. В конце 2008 г. суммарная мощность геотермальных электростанций во всём мире выросла до 10500 МВт.
США являются крупнейшим производителем геотермальной электроэнергии. В 2009 г. суммарные мощности 77 геотермальных электростанций США составляли 3086 МВт. Наиболее мощная и известная группа геотермальных электростанций носит название «Гейзерс» и состоит из 22 геотермальных электростанций с общей установленной мощностью 1517 МВт.
В Исландии действуют пять теплофикационных геотермальных электростанций общей электрической мощностью 570 МВт (2008 г.), которые производят 25% всей электроэнергии в стране.
В СССР первая геотермальная электростанция мощностью 11 МВт была построена в 1966 г. на Камчатке, в долине реки Паужетка.
По данным института вулканологии Дальневосточного Отделения Российской Академии наук, геотермальные ресурсы Камчатки оцениваются в 5000 МВт. По состоянию на 2009 г. российский потенциал реализован только в размере немногим более 80 МВт установленной мощности.
Как показывает анализ литературных источников, человечество начало понимать, что современная тепловая энергетика, сжигание топлива в различных установках и двигателях стали приводить к необратимым последствиям в экологии Земли. Начали таять крупнейшие ледники планеты в Антарктиде и Гренландии. Последние два года в России освободился ото льда Северный морской путь. Стал, хотя и медленно, повышаться уровень Мирового океана. Более часто начали извергаться вулканы, происходить сильнейшие землетрясения, вызывающие разрушительные цунами.
Все сказанное выше говорит о том, что необходимо развивать использование других источников энергии,
в том числе и возобновляемых. Это сейчас и происходит. А нефть и газ мы должны оставить своим потомкам на другие нужды, а не сжигать их и усугублять экологическую обстановку на нашей планете Земля.
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
Альтернативные источники энергии. Адрес доступа: www.energy-source.ru.
TransGas Industry. Адрес доступа: www.transgasindustry.ru
Голиков Д. Энергобезопасность как фактор политической стабильности // Трубопроводный транспорт нефти. - 2006. - №10. - С.20-23.
Journal of Nuclear Engineering and Radiation Science. Адрес доступа: http://energyresources. asmedigitalcollection.asme.org.
В Республике Алтай построена одна из первых в мире гибридных дизель-солнечных электростанций. Адрес доступа: http://www.hevelsolar.com/press/news/82.php.
PROSPECTS OF FUEL AND ENERGY COMPLEX
Ilyaev M.A., Candidate of Tech. Science, Muftakhov E.M., Candidate of Tech. Science
Ufa State Petroleum Technological University (1, ul. Cosmonauts, Ufa, 450062, Russian Federation)
Krimskaya T.M., Candidate of Tech. Science
Ufa State Aviation Technical University (12, ul. Karl Marx, Ufa, 450000, Russian Federation). E-mail: office@ugatu.su ABSTRACT
Some perspectives of development of power engineering in fuel and energy complex of the economically developed countries in the world are considered in this article. Evolution and application of some renewable energy sources are studied. Advantages and disadvantages of application of some renewable energy sources are outlined. An attempt to estimate ecological hazards of hydrocarbons usage as fuel in power engineering is made. Thermonuclear power is considered as the main source of energy in the future of the world.
Keywords: energy, oil, fuel, nuclear power plant, nuclear fusion, ecology, solar power plant, wind-power engineering, geothermal power plant, renewable energy sources.
REFERENCES
Alternative sources of energy. Available at: www.energy-source.ru. TransGas Industry. Available at: www.transgasindustry.ru
Golikov D. Truboprovodnyy transport nefti — Pipeline transport of oil. 2006, no. 10, pp.20-23. (In Russian) Journal of Nuclear Engineering and Radiation Science. Available at: http://energyresources.asmedigitalcollection.asme.org. V Respublike Altay postroyena odna izpervykh v mire gibridnykh dizel'-solnechnykh elektrostantsiy [In the Altai Republic built one of the world's first hybrid diesel-solar power plants]. Available at: http://www.hevelsolar.com/press/news/82.php. (In Russian)
ВНИМАНИЮ СПЕЦИАЛИСТОВ ОТРАСЛИ!
В Центре образовательных программ «Профессия» выходит книга:
«ЗАЩИТА ОТ КОРРОЗИИ И МЕТАЛЛОВЕДЕНИЕ ОБОРУДОВАНИЯ ДЛЯ ДОБЫЧИ НЕФТИ И ГАЗА»
Хайдерсбах Р.
Пер. с англ. (2011, Metallurgy and Corrosion Control in Oi and Gas Production) под ред. Хуторянского Ф.М.
2014 г. Твердый переплет 165 x 235 мм. ок. 400 стр. Цена: 3200 рублей
В книге раскрываются основные причины возникновения коррозии, описаны виды и типы коррозионных разрушений для всего спектра нефтегазового оборудования - от бурового оборудования до промысловых трубопроводов. Руководство содержит подробные рекомендации по устранению причин коррозии, способы защиты оборудования для различных условий эксплуатации. Книга обладает максимальной наглядностью - все случаи рассмотрены на конкретных примерах и хорошо проиллюстрированы. Многочисленные расчеты и справочные данные позволят не всегда подготовленному персоналу грамотно использовать полученную информации для решения практических задач.
Издание предназначено для инженеров, специалистов технических служб, специалистов по коррозии, инженерам по проектированию и эксплуатации оборудования, а также для преподавателей и студентов профильных специальностей. Содержание
1. Введение в нефтепромысловое металловедение и защиту от коррозии
2. Химия коррозии
3. Коррозионные среды
4. Материалы
5. Виды коррозии
6. Защита от коррозии
7. Дефектоскопия, мониторинг и испытания
8. Нефтепромысловое оборудование Предметный указатель
Центр образовательных программ «Профессия»: тел.+7(812)313-54-14 www.epcprof.ruhttp://vk.com/public292259555
