Главная | Обратная связь

Состав и применение природных газов показан на рисунке 2.1.

Рисунок 1.1 – Состав и применение природных газов

 

В последнее время газ вместе с нефтью и углем является одним из трех основных мировых источников энергии. Мировые ресурсы природного газа на конец 1992 г. оценивались приблизительно в 220 млрд. т нефтяного эквивалента или 263000 млрд.м³. При годовой добыче природного газа на уровне 1992 г. 1.3 млрд. т у. т. (1550 млрд. м³) извлекаемых запасов природного газа, составляющих 72 млрд. т у. т. (86000 млрд. м³), хватит более чем на 50 лет. т.е. до 2042 г.

Распределение запасов газа по странам и регионам приведено в таблице 2.2.

 

 

Таблица 2.2

Страна, регион	% от мировых достоверных запасов
США	27,5
Канада	4,3
Страны Латинской Америки	6,2
Средний и Ближний Восток	20,6
Африка	15,1
Страны Дальнего Востока	2,3
Россия	14,4

Запасы газа в РФ оцениваются на уровне 47 трлн.м³. В будущем он должен заменить, где это экономически обосновано и технически возможно, нефть как топливо и сырье.

 

Уголь

Уголь имеет принципиально иное происхождение, чем нефть. Появление нефти связывают с осадочными отложениями в морской воде, а уголь образовался из осадков органических веществ в пресной воде доисторических болот. Уголь обнаруживается в пластах всех геологических эпох от нижнего палеозоя (350 млн. лет тому назад) до сравнительно недавнего четвертичного периода (1 млн. лет тому назад). Последовательность возникновения угля (торф, лигнит, бурый уголь, суббитуминозный и битуминозный уголь, антрацит) - от недавних растительных образований до наиболее твердых с высоким содержанием углерода сортов угля.

Высокая теплота сгорания угля определяется высоким содержанием в нем водорода и углерода. Чем старее уголь, тем выше его качество. Большая разница в теплоте сгорания различных сортов угля очень затрудняет оценку угольных ресурсов, поскольку нужно знать не просто количество извлекаемого угля, но, что важнее, количество энергии, которое можно получить из него.

Уголь добывается более 1000 лет, а его использование в крупных масштабах насчитывает около 200 лет. В таблице 2.3 приведены данные об извлекаемых запасах угля в 1980 г.

 

Таблица 2.3

Страны, регион	Геологические запасы, млрд.т
СССР
США
Азия
Северная Америка, кроме США
Южная и Центральная Америка
Западная Европа
Африка
Океания, включая Австралию
Всего

 

Запасы угля которые могут быть извлечены на данном уровне развития технических средств при приемлемых затратах, оцениваются в 663 млрд. т у.т., их может хватить при современном уровне потребления на 240 лет.

Основные запасы угля сосредоточены в США, России, Китае, Великобритании, ЮАР, Германии, Австралии, Индии и Канаде. В обзоре энергетических ресурсов, выполненном МИРЭК, указано, что экономические запасы угля, которые можно извлечь при приемлемых затратах имеются еще в 80 странах.

Среди подсчитанных общих геологических запасов углей в стране более 90% составляют запасы энергетических углей и менее 10% приходится на долю дефицитных коксующихся углей, применяемых в металлургии. Энергетические угли имеются на площадях, пригодных для открытой разработки (202 млрд. т у.т.). Это Канско-Ачинский бассейн в Восточной Сибири, где запасы бурых углей находятся в мощных (от 20 до 40 м) пластах, залегающих на глубине менее 200 м от поверхности. Богато угольными бассейнами и месторождениями пространство между озером Байкал и Тургайской низменностью. Большие угольные ресурсы имеются также в Красноярском крае и Якутии.

 

Ядерное топливо

Ядерное деление

Если предположить, что начнется более широкое использование угля, то органического топлива, возможно, хватит на четыре-пять десятилетий для обеспечения потребностей человечества в энергии. После этого периода основным энергоресурсом может стать или не стать солнечная энергия. Практически уже сейчас ощущается необходимость иметь источник энергии на переходный период, причем этот источник должен быть практически неисчерпаемым, дешевым, возобновляемым и не загрязняющим окружающую среду. И, хотя ядерная энергия не отвечает полностью всем перечисленным, требованиям, вероятно, что именно она будет "переходным" источником энергии. Чтобы достоверно оценить общие ресурсы ядерной энергии, рассмотрим коротко два известных ядерных процесса - деление и синтез. Ядерные реакторы используют избыточную энергию деления изотопа урана с массой 235, которая в среднем составляет 210 МэВ на один распад (1 эВ=1,6·10^-19 Дж). Устройство реактора достаточно сложно, если говорить о технических деталях, однако, по сути, это всего лишь паровой котел, производящий пар для вращения турбины (рисунок 2.2).

Быстрые нейтроны с энергией больше 1 МэВ, образующиеся в ходе реакции деления в ядерном топливе, отдают свою кинетическую энергию замедлителю в виде теплоты. Отдавшие свою энергию нейтроны (замедленные нейтроны) используются для поддержания цепной реакции в ядерном топливе. Продукты распада являются носителями кинетической энергии, которая преобразуется в теплоту в тепловыделяющих элементах (ТВЭЛ). Температура ТВЭЛ, как правило, превышает 1000°С.

Большинство неорганических соединений урана растворимо в воде, поэтому уран в низких концентрациях очень широко распространен по всему земному шару. В большей части гранитов и сланцев его концентрация колеблется в пределах 10^-5 – 10^-4 %. Концентрированная руда, в основном уранит, карнотит, давидит и конгломераты, встречается во многих районах земного шара (США, Канаде, Южной Америке, Южной Африке и др.).

Оценки запасов урана еще более противоречивы, чем нефти. Это происходит потому, что оценка размеров полезных запасов урановой руды, по существу зависит от того, как они используются. В частности, от того, как происходит обогащение урана и в каких реакторах он применяется. В природе встречаются два изотопа урана: ²³⁵U и ²³⁸U - в неодинаковом количестве. Запасы ²³⁸U составляют 99, З % от общих запасов урана, а ²³⁵U всего лишь 0,7%.

Ядро ²³⁵U чрезвычайно неустойчиво и делится при попадании в него нейтронов любых энергий. Ядро ²³⁸U устойчиво и делится только при попадании быстрых нейтронов (обладающих большой энергией). Выделение нейтронов при делении ²³⁸U невелико, и вызвать цепную реакцию этого изотопа урана невозможно.

Предполагается, что при затратах на добычу до 130 дол./кг извлекаемые запасы урана в мире составят 6 млн.т и дополнительные геологические ресурсы 10-20 млн.т. При варианте развития ядерной энергетики на тепловых реакторах с однократным использованием ядерного горючего уже после 2000 г. необходимо будет значительно увеличивать долю разведанных запасов.

 

 

1 - обогащение урановой руды; 2 – замедлитель; 3 - делящийся материал; 4 - полезная работа; 5 – переработка топлива; 6 - конденсатор; Р - реактор: СБТ - сбросная теплота; Т - теплоноситель; БН - быстрые нейтроны; ТН - тепловые нейтроны: ВГ - восстановленное горючее; ПРИ - полезные радиоактивные изотопы; От – отходы

Рисунок 2.2 – Схема потоков вещества и энергии в легководном реакторе на тепловых нейтронах