54. Ископаемые виды топлива (уголь, нефть, газ, торф, горючие сланцы).

к твердому виду топлива относят:

древесину, другие продукты растительного происхождения;

уголь (с его разновидностями: каменный, бурый);

торф;

горючие сланцы.

Ископаемые твердые топлива (за исключением сланцев) являются продуктом разложения органической массы растений. Самый молодой торф — плотная масса, образовавшаяся из перегнивших остатков болотных растений. Следующими по «возрасту» являются бурые угли — землистая или черная однородная масса, которая при длительном хранении на воздухе частично окисляется (выветривается) и рассыпается в порошок. Затем идут каменные угли, обладающие, как правило, повышенной прочностью и меньшей пористостью. Органическая масса наиболее старых из них — антрацитов претерпела наибольшие изменения и на 93% состоит из углерода. Антрацит отличается высокой твердостью.

Горючие сланцы представляют собой полезное ископаемое, дающее при сухой перегонке значительное количество смолы, близкой по составу к нефти. Залежи горючих сланцев в Беларуси находятся на юге республики (Туровское месторождение в Гомельской области, Любанское — вСолигорском и Любанском районах Минской области), и открыты они в 1963 году. Прогнозные запасы составляют 11 млрд т, в том числе промышленные на глубине 300 м — 3,6 млрд т, что соответствует 792 млн т у. т. Наиболее изученным является Туровское месторождение.

55. Возобновляемые источники энергии (энергия солнца, ветра, тепла земли, естественного движения водных потоков, древесного топлива, иных видов биомассы, биогаза и др.).

Поднетрадиционными и возобновляемыми источниками энергии понимаются источники электрической и тепловой энергии, использующие энергетические ресурсы рек, водохранилищ и промышленных водостоков, энергию ветра, солнца, редуцированного природного газа, биомассы (включая древесные отходы), сточных вод и твердых бытовых и промышленных отходов.

Перед учеными и хозяйственными деятелями нашей страны стоит задача оценить и максимально эффективно использовать потенциал возобновимых ресурсов, найти их место в топливно-энергетическом комплексе Республики Беларусь. Решение этой задачи позволит снизить зависимость экономики республики от импорта энергоресурсов, что будет способствовать ее стабильности и развитию.

В настоящее время при планировании мероприятий в сфере энергетики важно учесть особенности возобновляемых источников по сравнению с традиционными, невозобновляемыми.

Возобновляемые источники отличаются, во-первых, периодичностью действия в зависимости от неуправляемых человеком природных закономерностей и, как следствие, колебания мощности возобновляемых источников — от крайне нерегулярных, как у ветра, до строго регулярных, как у приливов.

Для энергетических источников этой категории характерны низкие плотности потоков энергии и рассеянность их в пространстве. Они на несколько порядков ниже, чем у невозобновляемых источников (паровых котлов, ядерных реакторов). Поэтому энергоустановки на возобновляемых источниках эффективны при небольшой единичной мощности прежде всего для сельских районов.

Применение возобновляемых ресурсов эффективно лишь прикомплексном подходе к ним. Так, отходы животноводства и растениеводства на агропромышленных предприятиях одновременно могут служить сырьем для производства метана, жидкого и твердого топлива, а также удобрений. Поэтому необходима предварительная оценка экономической целесообразности использования их именно в качестве источников энергии, а не в виде удобрений.

Экономическую целесообразность использования того или иного источника возобновляемой энергии следует определять в зависимости от природных условий, географических особенностей конкретного региона, с одной стороны, и в зависимости от потребностей в энергии для промышленного, сельскохозяйственного производства, бытовых нужд — с другой. Рекомендуется планировать энергетику на возобновляемых источниках для районов размером примерно 250 [11]. При выборе источников энергии следует иметь в виду качество, оценивающееся долей энергии, которая может быть превращена в механическую работу (здесь не учитываются потери на производство, передачу электрической и тепловой энергий).

Общеизвестно, что с помощью электродвигателя более 95%электрической энергии можно превратить в механическую работу. Доля тепловой энергии, получаемой в результате сжигания топлива на ТЭС и превращаемой в механическую энергию, составляет около 30%.

Возобновляемые источники энергии по их качеству условно делятся на три группы:

источники механической энергии довольно высокого качества: ветроустановки (около 30%), гидроустановки (60%,), волновые и приливные станции (75%);

источники тепловой энергиис качеством не более 35%:прямое или рассеянное солнечное излучение и биотопливо;

источники энергии, использующие фотосинтез и фотоэлектрические явления. Они имеют различное качество на разных частотах излучения; в среднем КПД фотопреобразователей составляет примерно 15%.

Основными нетрадиционными и возобновляемыми источниками энергии для Беларуси, которые могут иметь практическое значение, являются:

биомасса;

гидроресурсы;

ветроэнергетические ресурсы;

солнечная энергия;

твердые бытовые отходы;

геотермальные ресурсы.

Биомасса в виде отходов деревообработки (опилок, коры, щепа), сельхозкультур (топинамбура, дягиля, дальневосточной гречихи и др.), сельскохозяйственных и производственных отходов (навоза, соломы, отходов сахарного производства и др.), бытовых отходов является сырьем для производства искусственного газообразного и жидкого топлива. Запасы этого сырья имеют значительные размеры. Так, только отходов деревообработки ежегодно на полигоны вывозится около 2,5 млн т.

Возможны различные технологии переработки биомассы в энергию. Наиболее распространенная из них — это предварительная сушка собранной биомассы с последующим непосредственным сжиганием или пиролизом (переработкой с разложением при высоких температурах) или газификацией (превращением твердого топлива в газ в газогенераторах).

Другая технология основывается на анаэробном сбраживании (без доступа воздуха). В процессе такого процесса перерабатываются самые разные органические отходы (пищевые, навоз и др.). В результате сбраживания ускоряется природный процесс выделения биогаза — метана. В зависимости от химического состава сырья при сбраживании выделяется от 5 до 15 газа из 1 перерабатываемой органики [11].

Биогаз можно использовать для отопления домов, сушки зерна, в качестве горючего для автомобилей и тракторов, для стационарных двигателей внутреннего сгорания. Остаток брожения (шлак) можно брикетировать как твердое топливо или удобрение, содержащее азот, фосфор и калий, а также многие микроэлементы.

Перспективным считается развитие в Беларуси гидроэнергетики на малых реках. Беларусь богата гидроресурсами, по территории страны протекает более 20 000 рек и ручьев. Строительство малых гидроэлектростанций позволит, несомненно, решить ряд региональных энергетических проблем. Однако не стоит забывать и об экологических последствиях масштабного развития гидроэнергетики на малых реках. Изменение гидрологических режимов малых рек и близлежащих водных объектов может отразиться на уровне грунтовых вод, состоянии лесных и луговых экосистем, нарушении процесса воспроизводства рыбы и т. д.

В настоящее время все больше внимания уделяют использованию энергии ветра. Ветер представляет собой перемещающийся в горизонтальном направлении воздух. В результате неравномерного нагрева лучами Солнца поверхности Земли и воздушных масс, находящихся над ней, происходит перепад температур, которые в свою очередь образуют разницу в атмосферном давлении, вследствие чего происходит перемещение воздушных масс. Он имеет определенный запас кинетической энергии, зависящей от скорости движения воздушных масс.

ветроэнергетические установки (ВЭУ) преобразуют кинетическую энергию ветра в механическую или электрическую энергию. Механическая энергия чаще всего используется для водяных насосов в сельской местности, а ветроэлектрические турбины вырабатывают электроэнергию для жилых домов, учреждений и предприятий.

Существует два основных вида (типа) ветроэлектрических установок: горизонтально- и вертикально-осевые.

Наиболее распространены турбины с горизонтальной осью. По мнению ученых, Республики Беларусь не входит в разряд географических зон с высокой скоростью ветра и не обладает необходимым потенциалом для использования ветряных установок вы­шеуказанных государств. К примеру, среднегодовая скорость ветра в Минске — 3,5 м / с. В Беларуси можно целесообразно использовать малогабаритные ветроустановки из недорогих материалов, которые работают при малых скоростях ветра от 3 м / с, а на номинальную мощность выходит при 8 м / с.

Важнымисточником энергии является Солнце.Ежегодный поток солнечной энергии, посылаемый на Землю, в 10 раз больше, чем вся энергия, заключенная в топливе, имеющемся в ее недрах. Земля ежедневно получает от Солнца в тысячу раз больше энергии, чем ее вырабатывается всеми электростанциями мира.

Существует два пути прямого преобразования солнечной энергии:

в тепловую (с помощью солнечных водонагревателей, коллекторов, теплонагревательных станций и солнечных электростанций);

электрическую (с помощью фотоэлектрических преобразователей или фотогальванических систем).

Рассматривается возможность использования в стране и энергии геотермальных вод. При температурах от 100 до 150°С и слабой минерализации возможно прямое использование геотермальных вод в системах теплоснабжения. При большой минералиации применяется схема с промежуточной очисткой и теплообменниками.

Твердые бытовыеотходы также являются важным источником энергии. Они содержат целлюлозу, другие органические соединения, которые могут рассматриваться как ценные источники тепловой и электрической энергии.