Энергия, извлекаемая из горючих ископаемых
Прежде чем продолжить наше изложение, внесем ясность в некоторые термины. Энергия — это способность производить работу. Единицы ее измерения отражают вид производимой работы. Например, калория определяется как теплота, необходимая для нагревания 1 грамма воды на 1 °С; джоуль — энергия, необходимая для поддержания электрического тока в 1 ампер за 1 секунду при потенциале в 1 вольт. Конечно, энергия может превращаться из одной формы в другую, следовательно единицы энергии взаимозаменяемы. Один джоуль равен 0,239 калории. Кроме джоуля и калории используется много других единиц энергии. Примером могут служить Британская тепловая единица (Btu) и эрг. Чтобы избежать путаницы, возникающей при переходе от одной системы единиц к другой, мы будем использовать только джоуль.
Хотя полная энергия, которой мы располагаем, является важным количественным показателем, нас должна интересовать также скорость использования энергии, а это значит, что необходимо ввести показатель, зависящий от времени. Этот показатель называется мощностью и измеряет энергию, произведенную или использованную за фиксированную единицу времени. Вероятно, самой известной единицей мощности является лошадиная сила — старая единица, принятая еще в 1766 г. Дж. Уаттом для сравнения скорости работы лошади и паровой машины. Единица мощности, используемая в этой книге, — ватт, названа в честь Дж. Уатта; представляет собой мощность, при которой за время 1 сек совершается работа, равная 1 джоулю. Ватт, эквивалентный 1,341∙10 -3 л. с., особенно важен при обсуждении возобновляемых ресурсов. Например, суммарное количество солнечной радиации, поступавшей на Землю в прошлом, или количество энергии, которое достигнет Земли в будущем, неважно в плане потребления энергии в данный момент, однако скорость ее поступления на Землю именно сейчас является важной величиной, так как это максимальная скорость, с которой мы можем ее использовать.
Использование энергии человеком
Количество энергии, используемое в настоящее время человечеством в дополнение к силе человеческих мускулов, огромно. В 1983 г. население Земли, по оценкам, использовало 2,6∙10 20 Дж энергии, полученной из таких источников, как уголь, нефть, природный газ, гидроэлектрические и атомные станции. Нам точно не известно, сколько дров и кизяка сжигается ежедневно в кухонных печах многих стран Азии и Африки, но это количество должно быть довольно большим; если энергию, полученную от сжигания этого топлива, прибавить к числу 2,6∙10 20 Дж, то энергия, используемая всем населением Земли, возрастет по крайней мере до 3∙10 20 Дж. Это соответствует средней мощности расхода энергии 9,5∙10 12 Вт. Исходя из только что определенного значения 2,6∙10 20 Дж, в 1983 г., когда население Земли составляло 4,4 млрд. человек, потребление энергии на душу населения достигало 60∙10 9 Дж, что эквивалентно сжиганию 2 т угля или примерно 10 барр. нефти на каждого мужчину, женщину или ребенка. В мировом масштабе потребление электроэнергии на душу населения неуклонно растет, несмотря даже на то, что в некоторых промышленно развитых странах темп роста падает.
Тем не менее это количество ничтожно мало по сравнению с солнечной радиацией, достигающей ежедневно поверхности Земли — 1,5∙10 22 Дж. Ясно, что проблема энергии как ресурса — не в ее общем возможном количестве, а скорее, в количествах, получаемых из источников, которые мы предпочитаем и в состоянии использовать в настоящее время. Лишь небольшая доля энергии поступает из возобновляемых источников — гидроэлектростанций, солнечной радиации, сжигания дров, ветра и водяных колес. Гораздо большее ее количество дают невозобновляемые источники, особенно горючие ископаемые — уголь, нефть и природный газ. Количество используемой в мире энергии продолжает возрастать за счет нефти и газа. Ситуация в промышленно развитых странах, например в США, отличается от положения в мире в целом, но ненамного. В общем на долю природного газа приходится 21 %, а на долю сырой нефти — 45 % всей энергии. В США широкая сеть газопроводов существенно облегчает использование газа, поэтому здесь указанные величины равны соответственно 37 и 32 %.
В любой дискуссии о природных ресурсах важен вопрос о способах их использования. Особенно это касается энергетических ресурсов, поскольку способ получения энергии во многом определяет способ ее использования. Например, атомные станции производят электричество, однако электричество не может обеспечить движение грузовика, для которого нужно моторное топливо. Поэтому в индустриальном обществе, каким являются США, относительно использования электроэнергии возникает много интересных проблем. Существуют неизбежные потери при хранении, транспортировании и превращении энергии из одного вида в другой. Это обусловлено законами природы, однако значительная часть энергии теряется из-за нашей расточительности или неспособности эффективно ее использовать.
Горючие ископаемые
Термин горючие ископаемые (ископаемое топливо) относится к органическим остаткам растений и животных, захороненным в осадочных породах. Горючие ископаемые представлены многими разновидностями, что обусловлено характером осадочных пород, природой изначальных органических компонентов и изменениями, которые с ними произошли на протяжении долгих геологических эпох.
Живые организмы получают энергию от Солнца. Главным энергоулавливающим механизмом является фотосинтез — процесс, благодаря которому растения, используя лучистую энергию Солнца, соединяют воду с двуокисью углерода и производят углеводороды с кислородом, которым мы дышим. Когда животные поедают растения, органические компоненты становятся тем горючим, которое поддерживает их жизнь и активность; животные, стало быть, — вторичные потребители уловленной растениями солнечной энергии. Когда растения съедаются животными или когда они отмирают и разлагаются, накопленная в них энергия высвобождается, а органическая материя распадается снова на воду и двуокись углерода.
Незначительная часть органического материала улавливается и захороняется в осадках прежде, чем он полностью исчезнет из-за разложения. Таким образом, некоторая часть солнечной энергии как бы консервируется в горных породах, становясь с этих пор горючими ископаемыми. Скорость разложения растений и животных почти равна скорости фотосинтеза, и доля захороненного органического материала ничтожно мала. Несмотря на это, в настоящее время накопилось значительное количество растительных остатков, которые отлагались в течение миллиарда лет существования жизни на Земле. Скорость аккумуляции была в миллион раз ниже скорости, с которой мы теперь добываем и сжигаем органический материал; таким образом, горючие ископаемые являются по существу невозобновляемым ресурсом. Фактически органический материал встречается в каждой осадочной горной породе, однако большая его часть является рассеянной и трудно извлекаемой. На сегодня мы научились использовать только три вида горючих ископаемых: уголь, нефть и природный газ. «Большая троица» поставляет в настоящее время свыше 95 % мировой энергии, но, возможно, когда-нибудь мы будем использовать и другие источники, такие, как твердый органический материал в тонкозернистых осадках и особенно в породах, называемых горючими сланцами.
Уголь
Этот вид горючих ископаемых образуется из остатков пресноводных растений. Отмершие ветви стволы, листья, семена и споры падают в густозаросшие болота, где они становятся топляками и оседают на дно. В результате бактериального разложения покрытые когда-то водой и защищенные от атмосферы древесные растительные остатки превращаются в гелеподобную массу торфа. В стоячей воде быстро расходуются запасы кислорода, умирают бактерии, прекращается гниение и накапливается торф. Мощные залежи торфа могут образоваться только в том случае, если болото в процессе накопления оседает, а богатый месторождения образуются только тогда, когда поступление глины и других обломочных пород (неточно именуемых золой) невелико. В современную эпоху области накопления торфа на Земле довольно редки. К ним можно отнести болото Дисмал в шт. Виргинии и Северная Каролина, где современный торф средней мощностью 2 м покрывает площадь в 5,7 тыс. км 2 . Самые ранние ископаемые остатки наземных и пресноводных растений, которые предположительно произошли от существовавших в то время пресноводных растений — переходных от примитивных организмов к сложным — встречаются в горных породах возрастом 410 млн. лет. А до этого времени дневная поверхность планеты была покрыта мхами, лишайниками и водорослями и должна была выглядеть совершенно иначе, чем сегодня. Древнейшие отложения угля встречаются же породах, имеющих возраст 370 млн. лет. Самые древние месторождения угля известны в Канадской Арктике; их возраст 350 млн. лет. Важнейший период углеобразования в истории Земли приходится на интервал 350—250 млн. лет назад. Угленосные отложения, формировавшиеся в этот стомиллионный промежуток времени, обнаружены на всех континентах, но самые большие толщи отлагались в Северной Америке, Европе и Азии. В течение великих периодов углеобразования (пермского и каменноугольного) Северная Америка, Европа и Азия долгое время были в экваториальных и умеренных широтах, где теплый климат и обилие осадков благоприятствовали развитию огромных болот. Континенты современного Южного полушария — Южная Америка, Австралия и Африка — пребывали в теплом климате сравнительно короткий период, а в высоких, холодных широтах, напротив, — продолжительное время. Формирование угля происходило и в последующие периоды, особенно в меловой, но ни в один из них угленакопление не было столь обширным и интенсивным, как в великую угольную эпоху, закончившуюся 250 млн. дет назад.
Торф — первая стадия образования угля — является низкосортным горючим материалом, т. е. характеризуется высоким содержанием воды и сравнительно низким содержанием углерода и поэтому имеет невысокую теплогенерирующую, или теплотворную, способность. Захороненный и уплотненный торф претерпевает серию реакций. Изгоняются большие количества воды, кислорода, азота и других компонентов, первоначально присутствующих в растениях, после чего остается все более плотный и богатый углеродом уголь. Со временем происходит процесс углефикации, приводящий к увеличению сортности топлива. Поэтому чем уголь древнее и чем он глубже захоронен, тем он обычно более высокосортный по сравнению с более поздними и приповерхностными углями. Положительным следствием того факта, что великий период углеобразования закончился 250 млн. лет назад, является высокосортность наибольшей части угля, добываемого в настоящее время. Если все известные угли и торфы сравнить по теплотворности, то битуминовые угли, или антрациты, составят 62 %, суббитминозные угли — 28,3%, лигниты — только 8,6, торфы — 1,1 % (по данным Всемирной энергетической конференции 1980 г.).
Очень многие угольные бассейны были удивительно стабильными и со времени своего образования подвергались ни метаморфизму, ни быстрой эрозии. Некоторые геологи полагают, что большая часть главных угольных бассейнов (но не обязательно все) уже открыта. Исходя из этого, Аверитт из Геологической службы США в 1969 г. опубликовал результаты самого глубокого для того времени анализа мировых запасов ископаемых углей. Сделав несколько специфических предположений относительно их извлекаемости, Аверитт оценил мировые запасы всех видов углей в 8620 млрд. т, а дополнительные потенциальные ресурсы — в 6650 млрд. т. При этом извлекаемыми считаюсь запасы углей в пластах мощностью более 30 см, залегающих на глубине не более 2000 м. Угли, не отвечающие этим требованиям, — например, хорошо известные пласты ниже предельных для добычи глубин — были отнесены к потенциальным ресурсам. В настоящее время потенциальные ресурсы ископаемых углей оценены достаточно точно; с некоторыми оговорками суммарные запасы и потенциальные ресурсы составляют 15 270 млрд. т, что эквивалентно тепловой энергии порядка 4,2∙10 23 Дж. Не известно, сколько же Аверитт исключил угля, ограничиваясь мощью пластов в 30 см, но, вероятно, это количество не так велико. К сожалению, весь уголь из пласта добыть невозможно, и во многих случаях при подземных разработках извлечение на уровне 50 % считается хорошим. Используя эти 50 % как величину извлекаемой части угля, Аверитт пришел к выводу, что мы сможем в целом добыть 7135 млрд. т угля, что эквивалентно примерно 2,1∙10 23 Дж. Географическое распределение запасов угля весьма неравномерно. Известны и более поздние исследования запасов угля, но они мало что меняют в оценке Аверитта. Всемирная энергетическая конференция 1980 г. увеличила, например, оцененные извлекаемые ресурсы всех видов угля до 13 800 млрд. т. Сюда включены только что открытые месторождения угля в Австралии, но в данном случае толкование того, какой уголь является извлекаемым, было более широким, чем у Аверитта. Независимо от того, какое количество угля мы примем за извлекаемое, география его распределения останется той же самой: примерно 43 % углей мира залегают в СССР, 29 % — в Северной Америке, 14,5 % — в странах Азии (без СССР), главным образом в Китае, и 5,5 % — в Европе. На остальной мир приходится только 8 %.
Широкое использование угля как топлива началось в XII в. н. э., когда жители северо-восточного побережья Англии обнаружили, что воспламеняющиеся черные породы, обнажающиеся в береговых утесах при выветривании, являются хорошим заменителем дров. С тех пор новый вид топлива, известный как «морские головешки» (черный цвет придает ему сходство с углями из костра), широко используется, причем в таких масштабах, что в 1273 г. возбужденные лондонцы выражали недовольство в связи с отвратительным запахом и загрязнением воздуха, возникшими от сжигания угля. Однако это никого не испугало, и использование угля в качестве топлива быстро распространялось. Хотя уголь во всем мире не является ведущим видом топлива, в некоторых странах он все еще преобладает, а возможные в будущем трудности в снабжении нефтью и газом наводят на мысль о том, что в грядущие десятилетия использование угля может быстро возрасти. Возможно, что к 2020 г. уголь снова станет господствующим топливом на планете.
Каким бы хорошим топливом ни был уголь, при его использовании возникает много трудностей. Он содержит от 0,2 до 7 % серы, присутствующей в основном в виде пирита FeS2, сульфата записного железа FeSO4∙7H2O, гипса CaSO4∙2H2O и некоторых органических соединений. Когда уголь сгорает, выделяется окисленная сера, выбросы которой в атмосферу могут вызвать в окружающей среде такие нежелательные явления, как смог и кислотные дожди. Сжигание угля с низким содержанием серы не дает столь серьезных последствий, однако в большинстве случаев уголь необходимо обрабатывать либо в процессе сжигания, либо до него, чтобы понизить уровень выделения серы в атмосферу. Такая обработка обходится дорого и, по мнению специалистов, не вполне надежна. Бурная реакция лондонцев в 1273 г. на едкие сернистые выделения свидетельствует о давности этой проблемы. Другая животрепещущая проблема — это сама добыча угля. Подземные методы разработки трудны и даже опасны, кроме того, они вредны для здоровья. Разработка открытым способом более эффективна и менее опасна, но вызывает нарушение поверхностного слоя на большой площади. Более того, только 4 % всех ископаемых углей залегают достаточно близко от поверхности или слагают достаточно мощные пласты, что является необходимым условием для открытой добычи. В США для такой разработки пригодны 130 млрд. т. угля из общих запасов в 3900 млрд. т. Поэтому в течение длительного времени подземная добыча, несмотря на ряд трудностей, будет оставаться преобладающей формой разработки угольных месторождений.
Нефть и природный газ
Весь попавший в осадки органический материал изначально был твердым. Небольшая часть твердого материала при соответствующем повышении температуры претерпевала серию химических изменений, в ходе которых какая-то часть материала превращалась в жидкости и газы. Именно они и явились предшественниками нефти и природного газа. Гораздо большее количество оставшегося органического материала могло превратиться в жидкости и газы в условиях еще более высоких температур и давлений, однако всегда оставались и непревращенные остатки. Этот не прогретый до высоких температур твердый органический материал в составе тонкозернистых осадочных пород, называемых горючими сланцами, специалисты предлагают извлекать и перерабатывать в условиях необходимых температур и давлений для эффективного превращения его в жидкости и газы.
Нефть и природный газ, подобно углю, находятся в осадочных породах и состоят главным образом из химических соединений, называемых углеводородами. Хотя распространение нефти и газа не ограничивается морскими осадочными породами, в них они развиты более широко, чем в пресноводных отложениях, и, по-видимому, более обильны в бассейнах с высоким процентным содержанием тонкозернистых богатых органикой осадков. Все осадки содержат некоторое количество органического обломочного материала и различных жидких углеводородов. Во многих часто встречающихся породах, таких, как сланцы и известняки, можно даже обнаружить мельчайшие капельки нефти в ассоциации с твердым органическим веществом. Это убедительно свидетельствует в пользу того, что источником нефти служит широко распространенный осадочный органический материал растительного или животного происхождения. Кроме того, образование нефти и газа начинается, по-видимому, сразу после захоронения органического материала.
Компоненты нефти и газа, образовавшиеся самыми первыми, имеют высокие молекулярные массы, подобные массам компонентов твердого материала, из которого они произошли, и представляют собой очень вязкие нефти. После захоронения по мере роста температуры и давления большие молекулы непрерывно разрушаются, или расщепляются, на более легкие и более подвижные. Чем длительнее процесс, тем все «более легкой», или менее вязкой, становится нефть. Хотя элементарный химический состав изменяется не сильно и большая часть нефти и природного газа оказывается в пределах сравнительно узкого ряда химических смесей, различие образующихся компонентов столь велико, что нет даже двух нефтей, содержащих одну и ту же молекулярную смесь.
По мере того как углеводородные молекулы становятся все более легкими и все более подвижными, они легко мигрируют. Пути миграции в данном осадочном бассейне остаются неопределенными, однако ясно, что по мере погружения осадочных толщ, нефть, газ и вода, заполняющие межзерновые пространства, медленно выжимаются и мигрируют к поверхности. Тонкозернистые богатые органикой сланцы, являющиеся источником нефти и газа, почти непроницаемы, потому что проходы, соединяющие отдельные поры, тончайшие и движение флюидов существенно замедляется. Медленное движение нефти и газа к соседним, более проницаемым осадочным слоям, таким, как песчаники и известняки, является, следовательно, первым шагом в процессе миграции. Под давлением перекрывающих горных пород жидкости в проницаемых слоях растекаются по латерали через поровое пространство. Нефть и газ легче воды и поэтому концентрируются в верхней части проницаемого слоя. Если на путях миграции встречаются барьеры или ловушки, нефть и газ накапливаются, заполняя большинство пор в ловушке. Важно понять, что так называемые «залежи» нефти и газа в действительности представляют собой твердые горные породы и что только поровое пространство содержит нефть и газ. Успешное извлечение нефти и газа в большой степени зависит от того, насколько быстро они будут вытекать из пор в скважины, которые мы пробурим.
Тот факт, что утечка нефти и газа из пачки осадочных пород происходит медленно, доказывается тем, что самые высокие отношения объема нефтяных залежей к объему осадков обнаруживаются в наиболее молодой группе нефтеносных осадков, отложившихся не позднее 2,5 млн. лет назад. Наблюдениями подтверждается также, что общее количество нефти и газа, попавшее в ловушки, убывает по мере движения в глубь веков. До недавнего времени даже предполагалось, что не существует значительных скоплений нефти и газа, более древних, чем кембрийские (570 млн. лет), хотя известны сланцы, богатые органикой, которые по возрасту более чем в 2 раза древнее. В настоящее время на примере СССР и в меньшей степени Австралии показано, что осадки, значительно более древние, чем протерозойские, также могут содержать газовые поля, хотя здесь отношение уловленного газа к объему осадков весьма низкое.
Содержание природного газа, который является самой легкой фракцией углеводородов (и в особенности метана СН4), может варьировать от небольших количеств, растворенных в нефти, до газовых шапок над нефтяными залежами и, наконец, до отдельных скоплений, не связанных с ближайшими залежами нефти. Все эти скопления имеют ценность. Технологические совершенствования в прокладке трубопроводов, а позднее — и в эффективном сжижении газа приводят к широкому использованию природного газа в качестве топлива.
Нефть и газ, так же как и уголь, географически распространены широко, но неравномерно. Причины такого распределения не столь очевидны, как в случае с углем. Типы богатых органикой осадков, которые могут быть источником нефти и газа, развиты очень широко, но, для того чтобы достаточное количество твердого органического материала превратилось в нефть и газ, осадки должны испытать воздействие умеренно высоких температур, причем преобразование должно произойти, пока осадки еще проницаемы и могут служить проводниками для мигрирующих флюидов. Даже если все прочие условия являются благоприятными, реальное улавливание нефти может произойти только в узком временном интервале. Большинство нефтяных и газовых полей фиксируются в ловушках, подготовленных складчатостью и трещиноватостью вмещающих горных пород. Ловушки, конечно, должны быть сформированы до того, как начнется миграция и утечка большей части нефти и газа, а это, по-видимому, дело до некоторой степени случайное. Твердая на вид земная поверхность на самом деле подвижна и постоянно подвергается медленным вертикальным и горизонтальным движениям; поэтому почти все осадочные породы деформируются на определенном этапе своей истории. Большинство деформаций, очевидно, происходят после главного периода образования нефти и газа и их миграции, так что большая доля образующихся нефти и газа не улавливается, теряется. По оценкам геологов, шансы совпадения периодов образования нефти и газа с формированием больших ловушек столь малы, что не более 0,1 % органического материала, отложенного в материнских породах, окончательно улавливается нефтяными залежами. Однако там, где имеет место сочетание всех факторов, как, например, в Саудовской Аравии, Кувейте и Иране, могут быть уловлены поистине громадные количества нефти. Из известных на сегодня крупнейших нефтяных Полей Саудовской Аравии может быть извлечено около 50 млрд. барр. нефти.
Производство и потребление нефти и газа достигло таких огромных размеров, что уже с трудом можно вспомнить, что первая скважина на природный газ была пробурена во Фредонии, шт. Нью-Йорк, в 1821 г., а промышленная добыча нефти началась только в 1857 г — немногим более 100 лет назад — в Румынии; двумя годами позже началась добыча в США. Мировое потребление как сырой нефти, так и природного газа многие годы возрастало приблизительно на 8,5 % в год, что соответствует периоду удвоения — 8 лет. Короткий спад в потреблении нефти последовал за нефтяным кризисом 1973 г., однако с 1975 г. рост потребления возобновился. Нефть и газ используются настолько широко, что насущным становится вопрос о достаточности их запасов.
Хотя предприятия нефтяной и газовой индустрии обеспечены запасами на ближайшее будущее, они нуждаются в надежном способе оценки пока еще не обнаруженных потенциальных ресурсов. Нефтяные и газовые залежи невелики по сравнению с угленосными полями и могут быть обнаружены только ценой больших затрат. Однако хорошо известно, где на Земле находятся осадочные породы, и если предположить, что на неэксплуатировавшихся площадях потенциал нефти почти такой же, как на большинстве освоенных площадей, то можно провести геологическую оценку предельных извлекаемых мировых ресурсов нефти и газа… Такие оценки выполнены рядом авторитетных ученых, которые пришли к результатам, различающимся между собой в три-четыре раза. Элемент неопределенности связан с уточнением доли нефти, принимаемой в качестве извлекаемой из уже обнаруженных залежей. Существующее значение (35 %) некоторыми авторами рассматривается как слишком низкое, а другими — как вполне реалистическое. Другой источник неопределенности заключается в том, что остается неясным, изучены ли осадочные бассейны оцениваемого района столь же хорошо, как уже освоенные площади, например, в США. Если принять 1470 м 3 газа, равным по теплотворности 1 барр. нефти или 6∙10 9 Дж, то большинство оценок мировых извлекаемых потенциальных ресурсов нефти и газа окажутся в пределах 1∙10 22 — 2,6∙10 22 Дж. Сюда же входят залежи нефти и газа, которые еще следует обнаружить и подготовить к отработке на континентальных шельфах, континентальном склоне и в крупных скоплениях осадков вдоль основания многих континентальных склонов.
Одна из наиболее авторитетных и самых оптимистических оценок была дана Всемирной энергетической конференцией (1980 г.): 1,5∙10 22 Дж для извлекаемой нефти и 1,1∙10 22 Дж для газа (обе цифры приведены к тепловому эквиваленту).
Насколько надежны оценки потенциальных ресурсов? На самом деле мы не сможем определить, какими будут окончательные цифры, пока нефть и газ не будут полностью извлечены из недр. Однако есть наблюдения, свидетельствующие о приемлемой надежности этих цифр. Геологи в широко исследованных и освоенных районах наблюдали, что более половины общих запасов нефти и газа приходится на несколько гигантских бассейнов; кроме того, ими отмечено, что гигантские бассейны обнаруживаются первыми. Наибольшая неопределенность в оценках, по-видимому, относится к наименее изученным площадям — Антарктиде, Австралии и Китаю. Конечно, глубоководные скопления осадков у подножия континентальных склонов также нуждаются в проверке; они могут оказаться значительно богаче, чем сейчас предполагается.
Из существующих знаний о ресурсах нефти и газа, можно вывести ряд важных заключений, однако только три из них заслуживают особого внимания. Во-первых, очевидно, что регионы, которые сейчас являются главными производителями нефти и газа и которые имеют наибольшие доказанные запасы, обладают также и наибольшим потенциалом для новых открытий. Во-вторых, ресурсы нефти и газа, подобно многим другим минеральным ресурсам, распространены на земном шаре очень неравномерно. Страны Южного полушария, как и в случае с углем, по-видимому, обладают меньшей долей. Третье заключение связано с оценками ресурсов нефти и газа и темпов мирового годового потребления, которое в 1983 г. превзошло 1,8∙10 20 Дж. Даже если для всего мира количество извлекаемых ресурсов нефти и газа окажется близким к оптимистической оценке (2,6∙10 22 Дж), то при сохранении существующей скорости роста потребления половина суммарных ресурсов будет использована к 2003 г.; если же предположить, что газ заменит нефть после того, как нефтяные ресурсы будут исчерпаны, все ресурсы нефти и газа иссякнут к 2015 г. Эта ситуация не будет иметь драматического характера, так как задолго до указанного срока начнут во все увеличивающихся размерах использоваться другие виды топлива. Но этот пример показывает, что история нефти и газа может оказаться очень короткой — не многим более 150 лет.
Битуминозные пески, горючие сланцы и другие горючие ископаемые
Когда из скважины, пробуренной на месторождении, выкачивается нефть, не менее 60 % ее первоначального количества остается в недрах, запечатанного в поровом пространстве в виде межзерновых пленок и в неизмеримо малых пустотах и трещинках в горных породах. За геологически длительное время запечатанная нефть могла бы постепенно стечь в скважину, но это бесполезно, ибо нефть нужна именно сегодня. В результате запечатанная часть нефтяной залежи оказывается неизвлекаемой существующими методами. Определенный успех в ускорении истечения нефти был достигнут с помощью таких средств, как взрывание и дробление горных пород резервуара, прогревание недр и нагнетание в резервуар двуокиси углерода или пара под высоким давлением; к сожалению, и эти методы все еще оставляют в недрах не менее половины изначальной нефти. Таким образом, запечатанная нефть представляет собой потенциальный ресурс, но, если даже этот ресурс и будет использоваться, потребуется обновление технологии добычи.
Особенно густая и вязкая нефть называется тяжелой нефтью или, более обыденно, битумом, дегтем, гудроном или асфальтом. Деготь — это нефть, которая содержит большие молекулы углеводородов, но не способна течь или мигрировать; деготь остается на месте в виде материала, цементирующего зерна минералов пористых песчаников. Для извлечения углеводородов из таких пород нужно использовать процессы, подобные применяемым при вторичном извлечении; чтобы деготь приобрел подвижность, породу следует прогреть струей пара или газа (типа двуокиси углерода); полученный таким образом экстракт дегтя необходимо переработать, чтобы извлечь ценную фракцию нефти. Для некоторых тяжелых нефтей, подобных добываемым в шт. Калифорния (США), прогревание и процессы газовой промывки могут быть проведены непосредственно под землей, однако многие гудроны столь вязки, что они могут извлекаться только шахтным способом, путем проведения горных выработок, с последующей переработкой на поверхности. Это означает, что могут использоваться только неглубокие месторождения, до которых можно добраться горными выработками. К счастью, для горных работ доступно крупнейшее в мире месторождение битуминозных песков Тар-Сэнд, которое находится в северной части провинции Альберта (Канада) в долине реки Атабаска. Такие пески в небольшом масштабе эксплуатируются ныне около города Форт-Мак-Марри. Однако решение технических проблем связано с определенными трудностями и требует значительных расходов, поэтому разработка битуминозных песков получит широкое развитие, по-видимому, в следующем столетии.
Битуминозные пески Атабаски развиты на площади не менее 75 000 км 2 , достигая мощности 60 м; при условии 50 %-ного извлечения битума запасы составляют 0,31∙10 22 Дж. Известны два других крупных месторождения битуминозных песков. Согласно оценкам, месторождение Ориноко (Венесуэла) почти столь же велико, как и канадское, однако оно залегает на большей глубине, что вызовет значительные трудности при добыче. Согласно сообщениям, Оленёкское месторождение (СССР) имеет приблизительно такие же размеры, как и Атабаска, но здесь также встают проблемы извлечения. Других столь же крупных месторождений на Земле пока не известно, однако во время поисков нефти попутно обнаружено много мелких месторождений. Если предположить, что при поисках тяжелой нефти будет открыт ряд неизвестных в настоящее время крупных месторождений, и допустить, что коэффициент извлечения на них составит 50 %, то, по мнению многих специалистов, потенциал тяжелой нефти будет примерно равен потенциалу сырой нефти вместе с природным газом, т. е. 2,5∙10 22 Дж.
Подобно тому как битуминозные пески и тяжелые нефти обещают в будущем продолжение производства нефтепродуктов, так и природный газ можно будет добывать из нетрадиционных источников. Природный газ — главным образом метан СН4 — является обычным продуктом распада органического вещества. Поэтому природный газ присутствует во многих разновидностях осадочных пород, которые отличаются большой плотностью и, следовательно, низкой проницаемостью. Однако извлечение газа из плотных образований — процесс дорогостоящий и технологически сложный, так как для увеличения проницаемости вмещающих пород их необходимо разрушить. Кроме того, во многих осадочных пластах поры заполнены рассолами, которые находятся под давлением, значительно превышающим нормальное гидростатическое давление. Высокое давление способствует растворению метана в рассолах, что приводит к образованию огромных потенциальных ресурсов природного газа в так называемых водоносных горизонтах с избыточным давлением. Самая известная зона аномальных давлений находится в США, вдоль побережья шт. Техас и Луизиана, и представляет собой полосу шириной 100 км и длиной в несколько сот километров. Здесь осадочные породы содержат пласты с раствором метана в горячих рассолах с таким избыточным давлением, как будто они опущены на глубину 16 000 м.
Вопрос о том, сколько же в конце концов можно извлекать газа из плотных песков и сланцев или из водоносных горизонтов с избыточным давлением, остается пока открытым. В сообщении, опубликованном в 1980 г., приведена оценка, согласно которой уже сейчас можно повсеместно получать газ из нетрадиционных источников в количестве, эквивалентном 0,07∙10 22 Дж, но и это количество ничтожно мало по сравнению с 4,5∙10 22 Дж, которые, по оценке правительства США, можно извлекать из водоносных пластов с избыточным давлением только на территории США. Ясно, что потенциальные ресурсы нетрадиционного природного газа огромны и, возможно, достигают 10∙10 22 Дж, однако доля извлекаемого газа остается неопределенной, являясь функцией дальнейшего развития технологии.
Перейдем к последнему виду ископаемого органического топлива, ресурсы которого превышают даже угольные, хотя большая их часть вряд ли станет осваиваться. Все осадочные породы содержат некоторую долю органического материала, а в обычной тонкозернистой их разновидности — сланцах — его достаточно много, чтобы экстрагировать нефтепродукты путем нагревания горной породы с тем, чтобы вызвать необходимые превращения. Если органический материал, содержащийся во всех сланцах мира, преобразовать и использовать в качестве топлива, то такие ресурсы могли бы обеспечить по меньшей мере 10 26 Дж энергии, а возможно, и больше. Однако эти прогнозы не так оптимистичны, как кажутся на первый взгляд.
При переработке сланцев используется энергия на их добычу и нагревание. Легко подсчитать, что на переработку 1 т сланцев нужно затратить столько энергии, сколько ее получается при сжигании 40 л нефти. Однако большая часть сланцев не дала бы 40 л нефти или эквивалентного количества газа, поэтому обычные сланцы не могут рассматриваться в качестве потенциального энергетического ресурса до тех пор, пока не будут найдены новые или улучшены старые способы извлечения нефти из этих пород. Несомненный интерес представляют только те сланцы, которые при переработке 1 т сырья могут дать более 40 л нефти. Богатейшие месторождения таких сланцев, расположенные в Эстонской ССР, дают до 320 л нефтепродуктов на 1 т сырья.
Соединенные Штаты Америки располагают крупнейшими в мире запасами горючих сланцев. В межгорной впадине на территории штатов Колорадо, Вайоминг и Юта в течение эоценовой эпохи существовали три больших мелководных озера; в них формировалась осадочные серии, богатые органическим материалом, которые в настоящее время представляют собой горючие сланцы. Известные как горючие сланцы Грин-Ривер, они иногда могут давать до 240 л нефти на 1 т. Запасы, оцененные Геологической службой США, огромны. Учитывая только сланцы, способные производить более 40 л на 1 т, и предполагая, что может быть извлечена и переработана только половина всех сланцев, потенциальные ресурсы месторождения Грин-Ривер оцениваются в 0,75∙10 22 Дж. Большая часть этого потенциала расположена в бассейне Пайсинс (шт. Колорадо).
Многие годы производство нефти из сланцев успешно ведется в СССР (Эстонская ССР) и в Китае.
Эстонские горючие сланцы носят название «кукерситы». — Прим. перев.
В США также предпринимались попытки промышленной переработки сланцев Грин-Ривер, показавшие, что технически это возможно, однако пока еще не доказано, что полученные нефтепродукты экономически конкурентоспособны с нефтью и природным газом. Вопрос о промышленной эксплуатации сланцевых запасов бассейна Пайсинс исследовался рядом крупных компаний, но многие специалисты обеспокоены возможными побочными явлениями. Разработка должна вестись в широких масштабах, при этом объем тонких сажистых отходов производства будет во много раз больше объема исходных перерабатываемых сланцев. Следовательно, главная проблема заключается в том, как удалить эти отходы производства.
Кроме сланцев Грин-Ривер в недрах США содержится много других ресурсов горючих сланцев, однако все они или менее богаты, или не столь легко доступны. Согласно оценке Геологической службы США, потенциальные ресурсы горючих сланцев США с выходом 40 л нефти из осадочных пластов мощностью не менее 1,5 м и 50 %-ным извлечением могут достигать 7∙10 22 Дж. Большая часть этого потенциала находится в центральной и восточной частях страны. Разработка на такой громадной площади кажется невероятной, и в который уже раз мы убеждаемся в необходимости поисков новых более совершенных технологий.
В других частях света богатые ресурсы горючих сланцев исследованы недостаточно, однако уже найдены новые крупные месторождения, такие, например, как в Квинсленде (Австралия). Ресурсы горючих сланцев Ирати (юго-восточная Бразилия), вероятно, самые значительные за пределами Северной Америки и составляют, по-видимому, половину ресурсов горючих сланцев Грин-Ривер в США. На других континентах известны столь же обширные, как и в США, месторождения горючих сланцев, но более низкого качества. Их ресурсы не были точно оценены, однако, по мнению экспертов Геологической службы США, исходивших из 40-л выхода нефти из 1 т сырья и 50 %-ного извлечения, потенциальные ресурсы этих месторождений составляют 10 24 Дж.
Сравнение ресурсов горючих ископаемых
Нас не должен приводить в состояние благодушия тот факт, что ресурс, слагаемый всеми видами горючих ископаемых, в количественном выражении кажется очень большим. Во-первых, следует обратить внимание на то, что основная часть этого количества относится к потенциальным ресурсам, которые пока либо не обнаружены, либо относятся к ископаемым, которые нужно еще научиться использовать. Во-вторых, нефть и газ — два вида топлива, вызывающие наибольший интерес, — наименее обильны. А ведь именно их добыча и переработка обходятся наиболее дешево с точки зрения использования рабочей силы и охраны окружающей среды. Широкомасштабный переход на другие виды топлива неизбежно будет сопровождаться повышением цен и необходимостью решения ряда новых проблем, таких, например, как разрушение земель в связи с горными работами крупного масштаба и развитие новых и больших транспортных систем. Горючие ископаемые вносят свой отрицательный вклад в проблему охраны окружающей среды. При сжигании ископаемого топлива в атмосферу выбрасывается двуокись углерода. Состав атмосферы остался бы без изменения, если бы темп выброса двуокиси углерода был медленным, так как ее излишек в процессе фотосинтеза поглощался бы растениями или растворялся в океане, на дно которого она в конце концов осаждалась бы в виде карбоната кальция. Но сейчас мы сжигаем ископаемое топливо и вырабатываем двуокись углерода значительно быстрее, чем ее могут поглотить растения и океан. В результате этого уровень двуокиси углерода в атмосфере медленно возрастает. Взаимодействие двуокиси углерода и электромагнитного излучения может привести к ряду экологических проблем. Коротковолновое излучение в виде света, приходящего от Солнца, пронизывает атмосферу, не взаимодействуя с двуокисью углерода. Солнечные лучи нагревают сушу и море, и уже тепловая энергия излучается в пространство в виде длинноволновой радиации. Двуокись углерода замедляет прохождение длинноволновой радиации, что вызывает потепление атмосферы, а это в свою очередь ведет к медленному потеплению климата на Земле. Остается только гадать, как подобные изменения будут влиять на такие локальные факторы, как количество осадков и сельское хозяйство.
Исходя из вышесказанного, можно сделать одно совершенно очевидное заключение — необходимо все больше обращаться к источникам энергии, использование которых исключает разработку недр и сжигание горючих ископаемых.
Источник: Б. Скиннер. Хватит ли человечеству земных ресурсов? Перевод с английского канд. геол.-мин. наук Н. Н. Шатагина. Под редакцией д-ра эконом. наук А. С. Астахова. «Мир». Москва. 1989
Нефть, газ и альтернативные источники энергии
Сегодня мы настолько зависим от нефти, а нефть так внедрилась в наши повседневные дела, что мы уже не осознаем ее широкое значение. От нефти зависит, где мы живем, как мы живем, как мы работаем, как мы путешествуем, даже — где ухаживаем. Нефть — это кровь в сосудах урбанизированных сообществ. Нефть (и природный газ) являются существенными компонентами удобрений, от которых зависит мировое сельское хозяйство; нефть позволяет перевозить продукты питания к мегаполисам, которые не в состоянии удовлетворить свои потребности. Нефть дает нам пластмассу и химикаты, которые являются кирпичиками и цементирующим раствором фундамента сегодняшней цивилизации — цивилизации, которая рухнет, если нефтяные скважины всего мира внезапно высохнут.
Нефть является самым важным источником энергии в мире, на ее долю приходится 33,1% мирового энергопотребления. Она обладает высокой энергоемкостью и удобна для транспортировки, что делает ее практически незаменимым энергетическим ресурсом.
Нефть очень важна для процветания нации, так как она дает энергию для развития транспортной системы и промышленности. Она также важна для выживания нации, так как в значительной степени влияет на обороноспособность страны. Ведь многие военные машины используют ее и продукты ее переработки в качестве топлива. Поэтому ничего удивительного, что нефть оказывается в центре многих конфликтов.
Нефть делает отдельных людей очень богатыми, приносит огромную прибыль компаниям и может бедные страны превратить в процветающие. Нефть может быть как благословением, так и проклятием. Все зависит от умения стран распоряжаться доставшимся им потенциалом.
СПБГУАП группа 4736
Прогнозы мировых и отечественных запасов нефти
Сколько ещё осталось нефти в недрах Земли, точно не знает никто. По самым оптимистичным прогнозам, к середине века мы достигнем точки, когда будет выкачана половина всего мирового нефтяного запаса. Весной этого года служба аналитической информации Международной организации кредиторов (WOC) представила результаты исследования соотношения сырьевой базы и достаточности нефтегазового сырья в мире. В своих расчетах эксперты пользовались статистикой и оценками ОПЕК и СIA.
По данным ОПЕК, развивающиеся страны контролируют 2/3 мировых запасов нефти, наиболее необходимого человечеству ресурса, который стремительно истощается. Самая значительная доля мировых запасов нефти находится в Саудовской Аравии и Венесуэле.
Так, нефтяные запасы Саудовской Аравии эксперты оценили в 262 млрд баррелей. При текущих объемах добычи нефти в стране хватит на 72 года. В запасе у Венесуэлы 211 млрд баррелей и 234 года. На третьем месте по этому показателю Канада (175 млрд баррелей, которых хватит на 26 лет). Далее следуют Иран и Ирак, запасов которых должно хватить на 88 и 128 лет соответственно. На шестом месте Кувейт, которому своего черного золота хватит только на 11 лет.
Запасы нефти в России, по оценкам WOC, находятся на уровне 82 млрд баррелей. Этой нефти РФ хватит на 21 год. Девятое место в этом списке занимает Ливия (46 млрд баррелей на 77 лет), а замыкает первую десятку стран Нигерия (37 млрд баррелей на 42 года).
При пересчете запасов на душу населения лидером становится Кувейт, за ним следуют ОАЭ и Катар. При текущих объемах доказанных запасов и объемах добычи человечеству хватит нефти не более чем на 50 лет.
Согласно последним расчётам компании BP, мировых запасов нефти должно хватить на 54 года. В ежегодном «Статистическом обзоре мировой
СПБГУАП группа 4736
энергетики» (Statistical Review of World Energy) специалисты BP отмечают, что мировые запасы нефти по итогам 2011 года выросли на 1,9 % — до 1,65 трлн баррелей с пересмотренных 1,62 трлн баррелей в 2010 году.
Ведущим мировым регионом по объемам нефтяных запасов остается Ближний Восток — 795 млрд баррелей, или 48,1%. Причём лидером по запасам нефти по версии BP является не Саудовская Аравия (как считают в WOC), а Венесуэла. На конец 2011 года доказанные запасы нефти в Венесуэле составили 296,5 млрд баррелей, или около 18% общемировых запасов. Запасы нефти в Саудовской Аравии в конце прошлого года находились на отметке 265,4 млрд баррелей (16% от общемировых).
Третье место и здесь занимает Канада с 175,2 млрд «доказанных» баррелей — это 11% от общемирового показателя. По расчетам ВР, Россия на конец прошлого года располагала залежами нефти объемом 88,2 млрд баррелей (12,1 млрд тонн). Показатель вырос на 5,3% к 2010 году. Стране хватит нефти на 23,5 года.
Финансовая группа UBS в своём новом докладе по состоянию дел в нефтяной сфере планеты оценила нефтяные запасы России в 77 млрд баррелей, которых должно хватить на 21 год.
Эксперты резюмируют: во многих отраслях нефть можно заменить газом. Россия не только производит больше газа, чем любая другая страна, но и обладает намного более крупными ресурсами.
«Считается, что на Россию приходится 25-30% мировых запасов газа. Некоторые аналитики финансовых компаний даже полагают, что Газпром до конца не сможет их монетизировать», — замечает Александр Разуваев.
Россия находится на первом месте по запасам природного газа (47,5 трлн кубометров), за ней со значительным отрывом следуют Иран и Катар (29,6 и 25,4 трлн кубометров соответственно). При текущих объемах
СПБГУАП группа 4736
доказанных запасов и объемах добычи данного вида топлива хватит человечеству чуть более чем на 60 лет. В России запасов природного газа при прочих равных условиях хватит почти на 80 лет.
В настоящее время существуют различные классификации оценки запасов и ресурсов жидких, газообразных и твердых углеводородов <http://mirnefti.ru/index.php?id=242>. В задачу этих систем входит не только измерение объемов углеводородов, содержащихся в недрах, но также определение доли этих запасов, извлечение которой будет экономически оправданным с учетом существующих технологий, оборудования и норм по охране окружающей среды. По некоторым критериям оценка запасов нефти <http://mirnefti.ru/index.php?id=63> и газа может различаться, поэтому ниже мы приведем информацию о существующих классификациях «черного золота».
Методы оценки запасов
В настоящее время существуют различные классификации оценки запасов и ресурсов жидких, газообразных и твердых углеводородов:
-Классификация SPE-PRMS -Классификация SEC
-Российская система классификации запасов
Наиболее распространенной в мировой нефтегазовой промышленности является система управления ресурсами и запасами углеводородов SPEPRMS (Petroleum Resources Management System). Классификация, разработанная в 1997 году Обществом инженеров-нефтяников (Society of Petroleum Engineers, SPE) совместно с Мировым нефтяным конгрессом (World Petroleum Congress, WPC) и Американской ассоциацией геологовнефтяников (AAPG), в последующие годы была дополнена разъясняющими и вспомогательными документами, и в 2007 была принята новая редакция системы.
Стандарты SPE-PRMS не только оценивают вероятность присутствия нефти в месторождении, но и учитывают экономическую эффективность извлечения этих запасов. При определении эффективности учитываются такие факторы, как затраты на разведку и бурение, транспортировку, налоги, существующие цены на нефть и многие другие. По данной классификации запасы делятся на категории «доказанные», «вероятные» и «возможные» в зависимости от оценки шансов их извлечения. Таким образом, у доказанных запасов шанс быть добытыми равняется 90%, у вероятных — 50%, а у возможных он самый низкий — 10%. Так же эта классификация оценивает ресурсы углеводородов.
СПБГУАП группа 4736
Стандарты SEC были разработаны американской Комиссией по рынку ценных бумаг (Securities and Exchange Commission, SEC). Они несколько отличаются по ряду параметров от классификации SPE-PRMS. В частности, основными критериями, по которым оцениваются месторождения, являются достоверность существования запасов и срок действия лицензии на разработку месторождения. В отличии от классификации SPE-PRMS, классификация SEC не рассматривает категории Вероятных и Возможных запасов, а также ресурсы. Учитываются только Доказанные запасы. Согласно стандартам SEC, нефтяные залежи не могут классифицироваться как запасы, если их извлечение планируется после окончания действия лицензии.
Доказанные запасы, также как и у SPE-PRMS, разделяются на следующие категории:
· Разрабатываемые (разбуренные) запасы — это те запасы, которые могут быть извлечены из существующих скважин при помощи существующего оборудования и технологий. Разрабатываемые запасы делятся на:
— разрабатываемые добываемые — запасы, извлекаемые из перфорированных объектов действующими на дату оценки скважинами;
разрабатываемые недобываемые — «простаивающие» и «затрубные» запасы, которые требуют малых капиталовложений для извлечения;
неразрабатываемые запасы — это количества углеводородов, которые ожидается извлечь за счет будущих капиталовложений.
· Доказанные запасы включают в себя весь достоверно обоснованный объем нефти, который может быть извлечен из данного месторождения в будущие годы.
Российская система классификации запасов
В настоящее время в России действует временная классификация 2001 года, прототипом которой является классификация запасов и ресурсов 1983 года. Российская система значительно отличается от стандартов SPE-PRMS и SEC и основывается исключительно на анализе геологических признаков, без учета экономических факторов. По данной классификации, в зависимости от степени изученности разведанные запасы представлены категориями A, B, и C1; предварительные оценочные запасы представлены категорией C2;
СПБГУАП группа 4736
потенциальные запасы представлены категорией C3; и прогнозные ресурсы представлены категориями D1 и D2. Более подробную информацию о классификации ресурсов можно найти в нормативных документах <http://krtfgi.tptus.ru/gnssn/docsource/prikaz126.zip> на сайте Федерального агентства по недропользованию РФ <http://www.rosnedra.com/>.
В настоящее время в России ведутся работы по усовершенствованию стандартов классификации запасов нефти. Цель этой работы — приблизить требования по категоризации запасов к международным, более приемлемым для условий рыночной экономики.
СПБГУАП группа 4736
Переход к альтернативным источникам
Что нас ждет, когда закончится нефть?
У человечества, по сути, есть три основных варианта действий: оставить все, как есть, начать жестко экономить оставшиеся ресурсы или переходить на альтернативные источники энергии
Основные причины, указывающие на важность скорейшего перехода:
пагубное влияние на окружающую среду традиционных энергодобывающих технологий
страна, которая освоит альтернативную энергетику, способна претендовать на мировое первенство и фактически диктовать цены на топливные ресурсы;
переход на альтернативные технологии в энергетике позволит сохранить топливные ресурсы страны для переработки в химической и других отраслях промышленности
численность и плотность населения постоянно растут. При этом трудно найти районы строительства АЭС, ГРЭС, где производство энергии было бы рентабельно и безопасно для окружающей среды.
традиционная энергетика представляется тупиковой; для эволюционного развития общества необходимо немедленно начать постепенный переход на альтернативные источники энергии.
Ветроэнергетика — отрасль энергетики <http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%AD%D0%BD %D0%B5%D1%80%D0%B3%D0%B5%D1%82%D0%B8%D0%BA%D0%B0>, специализирующаяся на преобразовании кинетической энергии <http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9A%D0%B8%D0%BD %D0%B5%D1%82%D0%B8%D1%87%D0%B5%D1%81%D0%BA %D0%B0%D1%8F_%D1%8D%D0%BD %D0%B5%D1%80%D0%B3%D0%B8%D1%8F> воздушных масс в атмосфере в электрическую, механическую, тепловую или в любую другую форму энергии, удобную для использования в народном хозяйстве. Такое преобразование может осуществляться такими агрегатами, как ветрогенератор <http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%92%D0%B5%D1%82%D1%80%D0%BE %D0%B3%D0%B5%D0%BD%D0%B5%D1%80%D0%B0%D1%82%D0%BE %D1%80> (для получения электрической энергии), ветряная мельница
СПБГУАП группа 4736
<http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%92%D0%B5%D1%82%D1%80%D1%8F %D0%BD%D0%B0%D1%8F_%D0%BC%D0%B5%D0%BB%D1%8C %D0%BD%D0%B8%D1%86%D0%B0> (для преобразования в механическую энергию), парус <http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9F %D0%B0%D1%80%D1%83%D1%81> (для использования в транспорте) и другими. Энергию ветра относят к возобновляемым видам энергии <http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%92%D0%BE%D0%B7%D0%BE %D0%B1%D0%BD%D0%BE%D0%B2%D0%BB%D1%8F%D0%B5%D0%BC %D0%B0%D1%8F_%D1%8D%D0%BD %D0%B5%D1%80%D0%B3%D0%B8%D1%8F>, так как она является следствием деятельности Солнца <http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A1%D0%BE%D0%BB%D0%BD %D1%86%D0%B5>. Некоторые страны особенно интенсивно развивают ветроэнергетику, в частности, в Дании <http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%92%D0%B5%D1%82%D1%80%D0%BE %D1%8D%D0%BD %D0%B5%D1%80%D0%B3%D0%B5%D1%82%D0%B8%D0%BA%D0%B0_ %D0%94%D0%B0%D0%BD%D0%B8%D0%B8> с помощью ветрогенераторов производится 28 % всего электричества, в Португалии <http://ru.wikipedia.org/w/index.php?title= %D0%92%D0%B5%D1%82%D1%80%D0%BE%D1%8D%D0%BD %D0%B5%D1%80%D0%B3%D0%B5%D1%82%D0%B8%D0%BA%D0%B0_ %D0%9F%D0%BE%D1%80%D1%82%D1%83%D0%B3%D0%B0%D0%BB %D0%B8%D0%B8&action=edit&redlink=1> — 19 %, в Ирландии <http://ru.wikipedia.org/w/index.php?title= %D0%92%D0%B5%D1%82%D1%80%D0%BE%D1%8D%D0%BD %D0%B5%D1%80%D0%B3%D0%B5%D1%82%D0%B8%D0%BA%D0%B0_ %D0%98%D1%80%D0%BB%D0%B0%D0%BD %D0%B4%D0%B8%D0%B8&action=edit&redlink=1> — 14 %, в Испании <http://ru.wikipedia.org/w/index.php?title= %D0%92%D0%B5%D1%82%D1%80%D0%BE%D1%8D%D0%BD %D0%B5%D1%80%D0%B3%D0%B5%D1%82%D0%B8%D0%BA%D0%B0_ %D0%98%D1%81%D0%BF%D0%B0%D0%BD %D0%B8%D0%B8&action=edit&redlink=1> — 16 % и в Германии <http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%92%D0%B5%D1%82%D1%80%D0%BE %D1%8D%D0%BD %D0%B5%D1%80%D0%B3%D0%B5%D1%82%D0%B8%D0%BA%D0%B0_ %D0%93%D0%B5%D1%80%D0%BC%D0%B0%D0%BD%D0%B8%D0%B8> — 8 %
— Энергия ветра сильно рассеяна в пространстве, поэтому необходимы ветроэнергоустановки,
— Ветер очень непредсказуем — часто меняет направление, вдруг
СПБГУАП группа 4736
затихает даже в самых ветреных районах земного шара.
— Ветроэнергостанции не безвредны: они мешают полетам птиц и насекомых, шумят, отражают радиоволны вращающимися лопастями
— ее главного преимущества — экологической чистоты,
— разработаны ветроэнергоустановки, способные эффективно работать при самом слабом ветре
Вопросы альтернативной энергетики, поисков экологически чистого и высокоэффективного дешевого энергоносителя, легкодоступного и практически неисчерпаемого источника энергии давно и прочно заняли ведущее место в перечне проблем, влияющих на перспективу дальнейшего не только развития, но и существования всего человечества. Один из энергоносителей, отвечающий многим этим требованиям, давно известен — водород. Водородная энергетика обладает огромным потенциалом и на это есть множество причин. Запасы водорода неисчерпаемы и легкодоступны и автоматически возобновляемы, что устраняет затраты на поиск и разработку месторождений. На данный момент водород является самым разрабатываемым «топливом будущего». На это есть несколько причин: при окислении водорода образуется как побочный продукт вода, из нее же можно добывать водород.
Энергия приливов и отливов. Подсчитано, что потенциально приливы и отливы могут дать человечеству примерно 70 млн. миллиардов киловаттчасов в год. Первая приливная электростанция мощностью 240 МВт была пущена в 1966 г. во Франции в устье реки Ранс, впадающей в пролив ЛаМанш, где средняя амплитуда приливов составляет 8.4 м.
Энергия волн — неисчерпаемый источник энергии. Волновая энергия представляет собой сконцентрированную энергию ветра и, в конечном итоге, солнечной энергии. Мощность, полученная от волнения всех океанов планеты, не может быть больше мощности, получаемой от Солнца <http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A1%D0%BE%D0%BB%D0%BD %D1%86%D0%B5>. Но удельная мощность электрогенераторов, работающих от волн, может быть гораздо большей, чем для других
СПБГУАП группа 4736
альтернативных источников энергии. Несмотря на схожую природу, энергию волн принято отличать от энергии приливов <http://ru.wikipedia.org/w/index.php?title=%D0%AD%D0%BD %D0%B5%D1%80%D0%B3%D0%B8%D1%8F_%D0%BF %D1%80%D0%B8%D0%BB%D0%B8%D0%B2%D0%BE %D0%B2&action=edit&redlink=1> и океанских течений <http://ru.wikipedia.org/w/index.php?title= %D0%A2%D0%B5%D1%87%D0%B5%D0%BD %D0%B8%D1%8F&action=edit&redlink=1>. Выработка электроэнергии с использованием энергии волн не является распространённой практикой, в настоящее время в этой сфере проводятся только экспериментальные исследования. Уже инженерно разработаны и экспериментально опробованы высокоэкономичные волновые энергоустановки, способные эффективно работать даже при слабом волнении или вообще при полном штиле.
Геотермальная энергетика -направление энергетики <http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%AD%D0%BD %D0%B5%D1%80%D0%B3%D0%B5%D1%82%D0%B8%D0%BA%D0%B0>, основанное на производстве электрической энергии <http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%AD%D0%BB%D0%B5%D0%BA %D1%82%D1%80%D0%BE%D1%8D%D0%BD %D0%B5%D1%80%D0%B3%D0%B8%D1%8F> за счёт энергии, содержащейся в недрах земли, на геотермальных станциях <http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%93%D0%B5%D0%BE %D1%82%D0%B5%D1%80%D0%BC%D0%B0%D0%BB%D1%8C%D0%BD %D0%B0%D1%8F_%D1%8D%D0%BB%D0%B5%D0%BA %D1%82%D1%80%D0%BE%D1%81%D1%82%D0%B0%D0%BD %D1%86%D0%B8%D1%8F>. Обычно относится к альтернативным источникам энергии <http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%90%D0%BB%D1%8C %D1%82%D0%B5%D1%80%D0%BD %D0%B0%D1%82%D0%B8%D0%B2%D0%BD%D0%B0%D1%8F_%D1%8D %D0%BD%D0%B5%D1%80%D0%B3%D0%B5%D1%82%D0%B8%D0%BA %D0%B0>, использующим возобновляемые энергетические ресурсы <http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%92%D0%BE%D0%B7%D0%BE %D0%B1%D0%BD%D0%BE%D0%B2%D0%BB%D1%8F%D0%B5%D0%BC %D1%8B%D0%B5_ %D1%80%D0%B5%D1%81%D1%83%D1%80%D1%81%D1%8B>. Подземное тепло планеты — довольно хорошо известный и уже применяемый источник “чистой” энергии. В России первая геоТЭС мощностью 5 МВт была построена в 1966 г. на юге Камчатки, в долине реки Паужетки. В 1980 г. ее мощность составляла уже 11 МВт.
Кроме геотермальной энергии активно используется тепло воды. Вода — это всегда хотя бы несколько градусов тепла, а летом она нагревается до 25 °
Какой вид энергии заменит нефть и газ, когда они закончатся?
Наша индустриальная цивилизация живет за счет энергии, и 85% мировой энергии обеспечивается ископаемым топливом, углем, нефтью и газом.
Уголь стал широко использоваться в Британии, когда леса уже не могли удовлетворить энергетические потребности индустриализации. Уголь встречается почти везде, и запасов должно хватить на несколько веков.
Нефть началась в конце 19-го века, и с тех пор его использование возросло. Открытия новых месторождений не поспевают за потреблением, добыча нефти находится на пике. При нынешнем уровне потребления запасов хватит на несколько десятилетий, но потребление быстро растет. Сегодня более половины мировой добычи нефти находится в уязвимой и политически нестабильной зоне Персидского залива, равно как и большая часть запасов.
Сначала газ был побочным продуктом добычи нефти, и его выбрасывали. С тех пор он был освоен и стал основным источником энергии. Запасы также ограничены и рассчитаны на несколько десятилетий.
Эти ископаемые виды топлива формировались в течение геологических эпох милионны лет, и вполне вероятно, что они будут полностью истощены в течение нескольких столетий, примерно с 1850 по 2100 год.
При сжигании ископаемого топлива мы ежегодно выбрасываем в атмосферу 23 миллиарда тонн углекислого газа — 730 тонн в секунду. Половина его поглощается в морях и растительностью, а половина остается в атмосфере. Это существенно меняет состав атмосферы и серьезно влияет на климат нашей планеты.
У нас есть только одна хрупкая планета для жизни. Если мы хотим, чтобы она оставалась пригодной для жизни, чтобы обеспечить комфорт нашей современной жизни и развитие индустриальной цивилизации, то мы должны найти другие источники энергии.
Единственный чистый, безопасный источник энергии, способный обеспечить продолжение нашей индустриальной цивилизации при одновременной защите окружающей среды — энергия атомного распада.
Ядерная энергия — это чистый, безопасный, надежный и конкурентоспособный источник энергии. Это единственный источник энергии, который может заменить значительную часть ископаемых видов топлива (уголь, нефть и газ), которые сильно загрязняют атмосферу и способствуют парниковому эффекту.
Если мы хотим серьезно относиться к изменению климата и исчерпанию ископаемого топлива, мы должны содействовать более эффективному использованию энергии, использовать возобновляемые источники энергии — ветер, солнечную энергию, геотермальную энергию — везде, где это возможно. Но этого будет недостаточно, чтобы замедлить накопление углекислого газа и удовлетворить потребности нашей промышленной цивилизации и нужды развивающихся стран.
Разумное сочетание энергосбережения и возобновляемых источников энергии для локального использования на низкой интенсивности и ядерной энергии для производства электроэнергии с базовой нагрузкой — единственный жизнеспособный путь в будущем. Альтернативные источники энергии переменчивы и имеют малую мощность, поэтому применимы лишь на локальном уровне. Завтрашние атомные электростанции также обеспечат электропитание для более чистых перевозок. С новыми высокотемпературными реакторами мы сможем извлекать пресную воду из моря и поддерживать производство водорода. Противодействие некоторых природоохранных организаций применению ядерной энергии вскоре может стать одной из величайших ошибок нашего времени.