В настоящее время ежегодно расходуемая всеми странами мира энергия, получаемая из всех доступных источников, составляет 0,1% от возможных для использования запасов угля, природного газа и нефти, вместе взятых. Возможная для практического использования человеком энергия сосредоточена в материальных объектах, называемых топливно-энергетическими ресурсами (ТЭР). Ресурсы органического топлива разделяются на общие – имеющиеся в недрах земли и извлекаемые – доступные для извлечения человеком. Практически невозможно добыть и использовать все 100% топлива, имеющегося в данном месторождении. Коэффициент извлечения, определяющий долю данного вида энергоресурсов, потенциально возможную в настоящее время к извлечению, к его общим запасам, зависит от следующих факторов:

– вида топлива

– характера месторождения

– развития техники добычи

Специалисты оценивают имеющиеся извлекаемые ресурсы органического топлива Земли в 4000 млрд. тонн. В 1980 г. потребление всех видов энергетических ресурсов всеми странами мира составило примерно 4 млрд. т., т. е. 0,1% от возможных для использования органических энергоресурсов. Что касается прогноза на будущее, то эксперты полагают, что потребление всех видов энергетических ресурсов на Земле в 2010 г. составит около 8 млрд. т. Если принять эту цифру, то запасов только органического топлива человечеству хватило бы еще на 200-400 лет. При этом не учитываются атомная энергетика с ее запасами ядерного горючего, гидроэнергетические, а также возобновляемые источники энергии: Солнце, тепло глубинных слоев Земли и др. Поскольку торий пока не нашел практического применения в энергетике, следует оценить только ресурсы урана. Уран широко распространен на Земле. Но концентрация его в граните и других породах, а также в морской воде очень невелика. Чем меньше содержание урана в руде, тем дороже его получать. Таким образом, ресурсы органического и ядерного топлива очень велики, и человечеству не придется столкнуться с энергетическим голодом. Тем более что наука непрерывно ищет и находит новые технические решения преобразования энергии. В чем же тогда причины возникновения и суть современных энергетических кризисов?

Энергетический кризис, как правило, – следствие экономического и политического кризисов в стране и вызван нерациональной структурой топливно-энергетической базы экономики. Это наглядно иллюстрируют энергетический кризис 70-80-х гг., охвативший высокоразвитые страны Западной Европы, США, Японию, и сегодняшний энергетический кризис, разразившийся в странах СНГ. Органическое и ядерное топливо – невозобновляемые источники энергии. Но пока потребление энергии было не так уж велико, о невозобновляемости их особенно не вспоминали. В 70-80-х гг. потребление энергии стало соизмеримо с ресурсами органического топлива. Миллионы лет понадобилось природе, чтобы создать запасы нефти, газа, угля, расходуются же они несравненно быстрее. Наиболее остро стоит вопрос с нефтью. Из-за нее вспыхивают войны, сменяются правительства. Быстрое развитие автомобильного транспорта и авиации, использующих в качестве топлива практически только продукты нефтепереработки (бензин, дизельное топливо, керосин), привело к большому увеличению потребления нефти. В 1970 г. доля нефти и газа в потреблении органического топлива поднялась почти до 70%, хотя в ресурсах органического топлива нефть и газ составляют менее 20%. Повышение мировых цен на нефть, неравномерность распределения ее запасов между странами мира подчеркивают неоправданность ее высокого потребления по сравнению с другими источниками энергии. Международный картель, состоящий из 7 монополий, практически полностью контролировал добычу нефти в странах Арабского Востока и прочно захватил доминирующие позиции на рынках государств – потребителей нефти. Этот картель в целях извлечения максимальных прибылей тормозил работы по использованию других видов энергии. В связи с этим до 70-х гг. экономика стран Западной Европы, США, Японии была практически целиком ориентирована на потребление нефти и газа. Сокращалась добыча каменного угля, закрывались шахты, придерживалось развитие атомной энергетики. Однобокое развитие энергетических ресурсов на фоне межгосударственной конкуренции между монополиями привело к острому энергетическому кризису в этих странах, на долю которых приходилось 92% потребления энергии. Кризис резко ускорил инфляцию, резко снизил темпы развития промышленности и оставил без работы миллионы рабочих.

Каждая из стран искала свой путь выхода из кризиса, коренным образом изменяя структуру топливно-энергетической базы экономики путем переориентации ее на другие источники. Например, Франция создала систему мощных АЭС; Дания переориентировалась на собственный природный газ, каменный уголь, завозимый на огромных танкерах через океан, ветроэнергоресурсы. Основными факторами, которые заставили перейти потребителей стран Европейского Союза, США, Японии к политике эффективного энергоиспользования, явились: рыночные механизмы (рост цен на энергоресурсы послужил сигналом к внедрению энергоэффективных технологий), согласованные действия и программы на правительственном уровне.

Анализ опыта этих стран показывает, что без государственных политики и программ энергосбережения, без создания системы энергетического менеджмента выйти из кризиса невозможно. На протяжении 15 лет после нефтяного кризиса 70-х гг. в результате энергичной политики эффективного использования энергии, в которой были задействованы значительные ресурсы индустриальных стран Запада, объем потребления энергии на душу населения практически стабилизировался, в то время как объем национального продукта вырос почти на 30%. Такие результаты были получены благодаря детальной технической и экономической организации внедрения энергосберегающей политики. Если бы энергоемкость в этих странах осталась на уровне 1973 г., то энергопотребление к 1986 г. выросло бы на 24% и достигло бы 900 млн. тонн в пересчете на нефть.

Мировой энергетический кризис 1973-1974 гг. заставил многие страны пересмотреть свое отношение к потреблению топливно-энергетических ресурсов и принять необходимые меры к снижению энергоемкости валового внутреннего продукта. Особенно актуальны эти вопросы для Республики Беларусь, обеспеченной собственными топливно-энергетическими ресурсами (Топливно – энергетические ресурсы – совокупность всех природных и преобразованных видов топлива и энергии, используемых в республике) лишь на 16%. По прогнозу ученых запасов нефти хватит не более, чем на 25–40 лет. Потребление природного газа в мировом сообществе растет очень быстро. Ожидается, что к 2020 г. его доля в мировом потреблении составит 28-30% от всех ископаемых видов топлива, и главным образом за счет снижения доли угля и атомной энергии. При этом природный газ является наиболее экологически чистым энергоносителем по сравнению с другими ископаемыми ТЭР. Развитие ядерной энергетики и использование больших запасов ядерного топлива ограничивается двумя причинами – опасностью радиоактивного заражения, местности и технологическими сложностями эксплуатации и утилизации оборудования АЭС и отработанного топлива. Одним из перспективных вариантов решения энергетической проблемы считается освоение энергии термоядерного синтеза. В нашей стране и в ряде зарубежных стран ведутся научно-изыскательные работы по освоению в качестве топлива водорода, называемого топливом будущего. В основном энергетика в нашей стране ориентирована на импорт энергоносителей: нефти – 90%, угля – 95%, электроэнергии – 25%, природного газа – 100%. Дефицит собственных ТЭР, постоянный рост цен на энергоносители и перспектива истощения источников традиционных видов топлива обуславливают необходимость энергосбережения во всех сферах человеческой деятельности. Весьма примечательным является использование в качестве ТЭР коммунальных и бытовых отходов, за счет которых запланировано в 2010 г. получить тепловой энергии в эквиваленте 19,8 тыс. т у. т. Проблемы (экономические, экологические, политические и другие), связанные с истощением природных ресурсов, могут привести к топливно-энергетическому кризису. Для его решения требуется ряд мер: помощь государства в решении энергетических проблем и в разработке энергетических программ, слаженная работа отдельных инфраструктур страны, разработка научных и экологических программ по энергосбережению природных ресурсов. Качество нашей жизни непосредственно зависит от потребления энергии. С ходом исторического развития при получении из природных систем все новых видов полезной продукции на ее единицу в среднем затрачивается все больше энергии (происходит снижение энергетической эффективности природопользования). Наблюдается увеличение энергетических расходов на одного человека. Так, расход энергии на одного человека (в кДж/сут.) в каменном веке был порядка 17 тыс., в аграрном обществе – 50 тыс., в индустриальную эпоху – 293 тыс., а в передовых развитых странах настоящего времени – 960–1050 тыс., т.е. в 58–62 раза больше, чем у наших далеких предков. С начала нашего века количество энергии, затрачиваемое на единицу сельскохозяйственной продукции, в развитых странах мира возросло в 8–10 раз, на единицу промышленной продукции в 10–12 раз.

Для промышленности, быта, нормальной жизнедеятельности человека, а главное для дальнейшего развития мировой цивилизации энергетика необходима как воздух. Для всего мирового сообщества энергетическая проблема стоит очень остро. Дело не ограничивается размером запасов угля, нефти и газа и растущими расходами на их добычу, переработку и использование. С каждым годом обостряются экологические проблемы. Нынешнее время характеризуется пересмотром политики в области энергетики.

Способы увеличения коэффициента извлечения природного сырья в горнодобывающей промышленности (самостоятельно).

Горное производство технологически взаимосвязано с процессами воздействия человека на окружающую среду с целью обеспечения сырьевыми и энергетическими ресурсами различных сфер хозяйственной деятельности. Элементы природы, которые могут быть вовлечены или уже используются человеком в хозяйственной деятельности для удовлетворения разнообразных потребностей, обобщаются понятием природных ресурсов. В широком плане под ресурсом следует понимать как источники получения вещества, так и пространство – среду их размещения и жизнедеятельности.

Стремительный рост потребления природных ресурсов сопровождается не только изменением количественных масштабов антропогенного воздействия, но и появлением новых факторов, влияние которых на природу, ранее незначительное, становится доминирующим. Наносимый природным компонентам ущерб ведёт к ощутимым последствиям и отражает обратную реакцию этого воздействия (негативную для общества) обобщаемую понятием «современная экологическая ситуация».

1. Интенсивный путь развития горнодобывающей промышленности (концепция интенсификации).

2. Единство проблем рационального использования и охраны недр и рационального использования природных ресурсов и охраны окружающей среды (горно-экологическая концепция).

О первой концепции.  Интенсификация производства предполагает: совершенствование размещения производительных сил и организации общественного производства, использование высокоэффективной техники и технологии, проведение прогрессивной сырьевой политики.

Под интенсификацией горной промышленности понимают: увеличение коэффициента извлечения полезного ископаемого из недр; повышение коэффициента извлечения компонентов из горной массы при обогащении, увеличение удельных производственных мощностей предприятий; повышение эффективности использования земель; снижение общего водопотребления и повышение коэффициента оборотного водопользования; повышение коэффициентов использования накопленных и текущих отходов; обеспечение разведанными запасами действующих, строящихся и проектируемых предприятий; повышение эффективности внешней торговли; снижение уровня затрат на единицу конечной продукции минерально-сырьевого комплекса.

Новые прогрессивные организационные и технические решения требуют значительных капитальных вложений, могут дать положительный эффект лишь через несколько лет, а сырье, топливо и энергия нужны сегодня. Поэтому наиболее полное использование созданного и накопленного - поистине ключевая задача.

Вопросы интенсификации использования минеральных ресурсов, решаются по-разному в сфере производства минерального сырья и в сфере его потребления.

В сфере производства минерального сырья - это комплексное освоение крупных сырьевых регионов, оптимизация величины потерь при добыче и переработке минерального сырья, комплексное использование всех содержащихся в сырье полезных компонентов, утилизация вмещающих пород и отходов производства, пересмотр кондиций и вовлечение в эксплуатацию на основе прогрессивных технологических решений месторождений минерального сырья с запасами, отнесенными ранее к забалансовым.

Это позволит более полно использовать природные, трудовые и финансовые ресурсы, снизить транспортные расходы.

По мнению акад. Н.Н. Некрасова, изучение природных ресурсов, выявление экономической эффективности их комплексного использования представляет собой одну из главных проблем региональной экономики.

В сфере потребления минерального сырья - это снижение расхода и потерь сырья за счет применения более совершенной технологии, использование вторичного сырья и отходов, замена минерального сырья искусственными материалами.

О второй концепции.  В соответствии с этой концепцией для успешного решения проблемы рационального использования минеральных ресурсов и охраны недр ее необходимо рассматривать в составе единой проблемы охраны окружающей среды и рационального использования природных ресурсов.

Горное производство оказывает влияние на все элементы биосферы. В горной практике имели место многочисленные случаи, когда принятые технологические решения оказывались эффективными в снижении себестоимости добычи и переработке полезного ископаемого, но наносили значительный ущерб комплексному использованию минеральных ресурсов. Известны ситуации, когда горнотехнический процесс, положительно воздействуя на один из элементов биосферы, крайне отрицательно влияет на другой. Сущность горно-экологической концепции и заключается в том, чтобы рассматривать любой горнотехнический процесс в его прямой или косвенной связи со всеми элементами биосферы.

В соответствии с этой концепцией процесс принятия окончательного решения по тому или иному варианту техники и технологии с целью обеспечения оптимального уровня воздействия горного производства на окружающую среду должен проходить в два этапа:

на первом этапе анализируется воздействие данного технико-технологического варианта на каждый элемент биосферы;

на втором этапе производится суммарная оценка вышеуказанных локальных воздействий и выбирается оптимальный вариант.

Горно-экологическую концепцию необходимо использовать и при рассмотрении деятельности отдельного карьера или рудника, так как высокая экономическая эффективность производства с позиций отдельного предприятия не всегда является таковой с народнохозяйственных позиций, поскольку она достигается порой ценой большого расхода природных ресурсов и загрязнения окружающей среды.

Экологическая стратегия развития горнодобывающей промышленности должна строиться на основе оптимизации воздействия горного производства на окружающую среду.

Характеристики различных типов электростанций, их КПД, сроки службы и окупаемости (самостоятельно).

Электрический КПД электростанций

Коэффициент полезного действия (КПД) — характеристика эффективности системы (устройства, машины) в отношении преобразования или передачи энергии. При производстве электрической энергии только часть (кинетической, тепловой и т.д.) преобразуется в электрическую энергию, остальное выделяется в виде тепла. Определяется отношением полезно использованной энергии к суммарному количеству энергии, полученному системой; обозначается обычно η («эта»). η = Wпол/Wcyм. КПД является безразмерной величиной и часто измеряется в процентах. Математически определение КПД может быть записано в виде:

η=A/Q*100%

где А — полезная работа, а Q — затраченная энергия.

В силу закона сохранения энергии КПД всегда меньше единицы, то есть невозможно получить полезной работы больше, чем затрачено энергии.

КПД теплового двигателя — отношение совершённой полезной работы двигателя, к энергии, полученной от нагревателя. КПД теплового двигателя может быть вычислен по следующей формуле:

η=(Q₁-Q₂)/Q₂

где Q₁ — количество теплоты, полученное от нагревателя, Q₂ — количество теплоты, отданное холодильнику. Наибольшим КПД среди циклических машин, оперирующих при заданных температурах горячего источника T₁ и холодного T₂, обладают тепловые двигатели, работающие по циклу Карно; этот предельный КПД равен:

η=(T₁-T₂)/T₂

Тепловой КПД электростанций

При производстве электрической энергии часть тепловой энергии утилизируется на теплоснабжение. Соотношение между потраченной энергией и утилизированной, выраженное в процентах называется тепловым КПД.

Общий или суммарный КПД электростанций

Сумма КПД электрического и теплового КПД называется КПД использования топлива. Чем выше электрический и суммарный КПД, тем экономичнее работа электростанции. На АЭС и ГРЭС чаще всего тепло не используется и суммарный КПД равен электрическому. При расчете технико-экономического обоснования строительства (ТЭО) станции берется суммарный КПД. При выполнении проекта отдельно разрабатывается схема выдачи электрической и тепловой мощности. Для стимулирования более высокого коэффициента использования топлива принят ФЗ-261 энергосбережение и о повышении энергетической эффективности.

Электрический КПД станций, работающие на сжигании органического топлива

При сжигании органического топлива для расчетов КПД берется удельная теплоемкость топлива.

Электрический КПД гидроэлектростанций и приливных электростанций

При расчете электрического КПД ГЭС и ПЭС в расчет берется изменение потенциальной энергии воды

Электрический КПД атомных электростанций

При расчете электрического КПД АЭС берется суммарная энергия расщепляемого топлива.

Электрический КПД ветрогенерации

Электрический КПД солнечных батарей