М инистерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное агентство по образованию

Южно-Российский государственный технический университет (Новочеркасский политехнический институт)

В. Ф. Быкадоров, Б. Е. Берёзкин

Введение в специальность ”Электроэнергетика”

Учебное пособие

Новочеркасск

ЮРГТУ (НПИ)

2009

УДК: 621.31

ББК 31.2

Б 95

Рецензент ‑ доктор технических наук, профессор И.И. Надтока

Быкадоров В.Ф., Берёзкин Е.Д.

Б95 Введение в специальность ”Электроэнергетика”: учеб. пособие / Юж.-Рос. гос. техн. ун-т (НПИ). - Новочеркасск: ЮРГТУ, 2009. - 188 с.

В учебном пособии рассмотрены вопросы начального ознакомления с теоретической и социально-технической базой электроэнергетики. Раскрыты основные задачи электроэнергетики и современные подходы к их решению. Показано социальное, политическое, гуманитарное, техническое и экологическое влияние энергетики на современное общество. Приведён ряд расчётных соотношений основных параметров, характеризующих электрическую энергию. Приведены основные технологические схемы производства электроэнергии. Рассмотрены устройства и принцип работы основных элементов электроэнергетических систем.

Учебное пособие отражает содержание дисциплины «Введение в специальность - Электроэнергетика» и может быть использовано при начальной подготовке студентов специальностей 14020465 «Электрические станции», 14020365 «Релейная защита и автоматизация электроэнергетических систем», а также бакалавров по направлению 14020062 «Электроэнергетика».

УДК: 621.31

ББК 31.2

© Южно-Российский государственный технический университет (Новочеркасский политехнический институт), 2009

© Быкадоров В.Ф., Берёзкин Е.Д., 2009

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ		4
МОДУЛЬ 1		13
Глава 1	ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ РЕСУРСЫ ЗЕМЛИ	13
1.1	Источники энергоресурсов	13
1.2	Структура энергопотребления	19
1.3	Виды энергоресурсов	30
Глава 2	ОСНОВЫ ПРОИЗВОДСТВА ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ	54
2.1	Принципы и история развития промышленного производства электрической энергии	54
2.2	Технологические циклы современных электрических станций	72
2.3	Технологические циклы нетрадиционной энергетики	105
МОДУЛЬ 2		117
Глава 3	ПЕРЕДАЧА, РАСПРЕДЕЛЕНИЕ И ПОТРЕБЛЕНИЕ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ	117
3.1	Понятие об электроэнергетической системе	117
3.2	Электроэнергетическая система и её значение в электроснабжении потребителей	129
3.3	Принцип работы и конструктивное выполнение основных элементов электроэнергетической системы	139
Глава 4	РЕЛЕЙНАЯ ЗАЩИТА И АВТОМАТИКА В ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ УСТАНОВКАХ	161
4.1	Назначение и основные функции релейной защиты и автоматики в электроэнергетической системе	161
4.2	Устройства релейной защиты и автоматики в электроэнергетических системах	169
Экзаменационные вопросы курса		178
Список литературы		182
Ответы на тестовые вопросы		184

ВВЕДЕНИЕ

Дисциплина «Введение в специальность» знакомит первокурсников с их будущей специальностью – энергетикой, ее ролью в современном обществе, историей развития и влиянием на технический прогресс. От того, насколько заинтересуется студент будущей специальностью, в значительной степени зависит не только его последующая студенческая, но инженерная биография. В процессе учебы студент получает не только представление о будущей специальности, но и определенные навыки работы в вузе. Эта общеэнергетическая дисциплина дает представление о всех разделах энергетики и их взаимосвязях, энергетических системах и основных происходящих в них процессах преобразования, передачи и потребления энергии, принципах работы и конструктивном выполнении энергетических установок, современном состоянии и перспективах развития энергетики.

Использование сырьевых, энергетических и водных ресурсов – необходимое условие существования человеческой цивилизации на планете Земля. Под цивилизацией понимается контролируемая форма существования разумной жизни, позволяющая улучшить условия существования и расширить сферу обитания человечества на нашей планете. Энергетика как сфера деятельности человеческого общества является большой глобальной системой, включающей как подсистемы окружающую среду и различные отрасли народного хозяйства.

Понятия «энергетика» и «энергетическая наука» употребляются давно, однако вкладываемый в них в настоящее время смысл нельзя считать установившимся.

Современные энергетические науки рассматривают энергетику как большую систему, являющуюся совокупностью развивающихся искусственных систем, взаимодействующих с естественными системами. Отдельные подсистемы большой системы энергетики являются, в свою очередь, также большими системами.

Под энергетикой, или энергетической системой, следует понимать совокупность больших естественных (природных) и искусственных (созданных человеком) систем, предназначенных для получения, преобразования, распределения и использования в интересах человека энергетических ресурсов всех видов. Энергетика имеет большое значение в жизни человечества. Уровень ее развития отражает уровень развития производительных сил общества и возможности научно-технического прогресса.

Из понятия энергетики вытекает понятие энергетической науки, предмет и методы ее изучения. Под энергетической наукой понимается система знаний о свойствах и взаимодействиях энергетических потоков, влиянии их на человеческое общество в социальном, экономическом и научно-техническом планах, влиянии на окружающую среду. Такое определение энергетической науки соответствует общему понятию науки как формы общественного сознания, отображенной в систему упорядоченных знаний, которые корректируются в ходе социального и научно-технического прогресса.

Энергетическая наука занимается изучением закономерностей процессов и явлений, прямо или косвенно связанных с получением необходимых для экономического роста энергетических ресурсов и созданием установок, вырабатывающих, преобразующих и потребляющих различные виды энергии.

Развиваясь в тесной связи с электро-, тепло- и гидротехническими дисциплинами, а также многими другими научными дисциплинами, энергетическая наука требует применения математики, физики, автоматики и кибернетики.

Энергетическая наука, понимаемая в широком смысле, развивается в трех основных направлениях:

1. Изучение закономерностей развития и оптимальных пропорций энергетики и электрификации, а также изучение природы и свойств больших развивающихся систем в энергетике. Это направление, имеющее своей целью совершенствование методов прогнозирования, планирования и эксплуатации систем энергетики, тесно связано с социальными процессами, экономикой страны.

2. Совершенствование способов получения, преобразования, передачи, распределения и использования энергоресурсов и энергии различных видов; повышение КПД всех энергоустановок и уменьшение их экологического влияния (неблагоприятного воздействия на природу и живые организмы, т. е. на биосферу).

3. Создание новых методов и средств получения энергии и преобразование различных видов энергии в электрическую; разработка новых способов передачи электрической энергии и ее использование в стационарных и передвижных установках. Здесь энергетика очень тесно смыкается с физикой.

Будучи большой системой с взаимодействующими подсистемами, энергетика в теоретическом аспекте связана с рядом научных дисциплин и обычно рассматривается состоящей из отдельных разделов. В этих разделах выделяют общую энергетику, управление энергетикой, включая проблемы кибернетики электрических систем, электро-, гидро- и теплоэнергетику, атомную энергетику. К энергетике в широком плане относится также топливоснабжение, включающее в себя снабжение ископаемым топливом (углем, торфом, газом, нефтью, ядерным горючим). Каждый из разделов энергетики имеет определенные, в известной мере самостоятельные экономические, практические и научные задачи.

Энергетика в ее современном состоянии, и тем более, в ее развитии должна рассматриваться в трех аспектах – техническом, социально-политическом и экологическом. По мере развития энергетики эти три аспекта проявляются всё более явно в виде общей большой глобальной системы.

Технический аспект энергетики характеризуется прежде всего огромными мощностями, которые получает человек, используя энергетический потенциал планеты. Так, мощность электростанций, существующих в настоящее время в мире, составляет более . Общая же мощность всех энергетических установок превышает . Для обеспечения этих мощностей человек ежегодно берет у природы разного топлива, приведенного к условному, массой не менее . При этом КПД использования взятых у природы энергетических ресурсов не очень велик – не более . Отсюда возникает одна из основных задач энергетики ‑ снижение потерь энергии на всех стадиях ее преобразования (от получения энергетических ресурсов до конечного их использования). Для этого необходимо и улучшение оборудования, и более разумное использование полученной энергии, что уже выходит из сферы чисто технической и должно рассматриваться в социальном аспекте.

Большое значение имеет управление энергетикой с ее быстро протекающими процессами и огромными мощностями. Здесь требуется автоматическое управление всей энергетикой в широком смысле, включая ее развитие и функционирование.

Техника открывает неограниченные возможности для организации управления: использование кибернетических методов, сбор и передача информации, широкое использования ЭВМ, микропроцессорной техники и т. д. Но эти возможности ограничиваются социально-политическими и экономическими условиями существования и развития общества. Расходование топлива так же относится к социально-политическому аспекту. Так, населения земного шара потребляет более всей вырабатываемой на планете энергии, на долю же населения, преимущественно в развивающихся странах, приходится менее всей энергии. Между тем, уровень промышленности, состояние быта и развитие культуры теснейшим образом связаны с количеством используемой энергии. Последние решения Всемирного Банка реконструкции и развития направлены на закрепление ещё более дискриминационных взаимоотношений между странами мирового сообщества, так как ограничивают неэффективное использование энергоресурсов развивающимися странами.

Запасы энергии разных видов распределены на планете неравномерно и по количеству, и по возможности их реализации. В этом плане интересно сопоставить требуемое число скважин для добычи нефти в разных странах. В США для этого необходимо скважин, в России – скважин, в Иране - только скважин, в Саудовской Аравии - , в Кувейте - скважин. Многие из стран, потребляющих наибольшее количество энергии ( ), используют импортируемые энергоносители. Так, Япония более энергетических ресурсов (преимущественно нефть) ввозит из стран, лежащих в районе Персидского залива. Европейские страны получают оттуда же около энергии. США резко снизило количество энергии, получаемой из этого региона – не более . Не случайно происходящие в мире политические события зачастую рассматриваются через призму энергоресурсов.

Вопросы быстро нарастающего использования энергетических ресурсов планеты должны рассматриваться не только в техническом аспекте, но и в аспекте влияния энергетических установок и процессов добычи топлива на окружающую среду, т. е. в экологическом аспекте.

Энергетика, впрочем, как и вся промышленность, оказывает следующие отрицательные воздействия на окружающую среду: 1) механическое загрязнение воздуха, воды и земли частицами не переработанного продукта (зола и др.); 2) химическое загрязнение воздуха, воды и земли; 3) радиоактивное загрязнение воздуха, воды и земли; 4) тепловое загрязнение; 5) ионизационное загрязнение; 6) электромагнитное высоко- и низкочастотное загрязнение; 7) шумовое загрязнение; 8) расход воздуха (кислорода); 9) расход земли; 10) расход воды.

Рассмотренные влияния определенным образом отражаются на климате, меняя энергетику атмосферы, возможности управления которой пока в достаточной мере не выяснены. Эти виды влияний и их количественные значения различны в разных регионах мира.

При этом возникает общий технико-экологический вопрос: при столь высоких темпах развития энергетики не наступит ли полное истощение всех запасов топлива и не произойдет ли это раньше, чем человечество получит в свое распоряжение новые ресурсы энергии.

Созданные человеком энергетические установки, имеющие огромные суммарные мощности, оказывают заметное влияние на естественные процессы, происходящие в биосфере. Это влияние во многих случаях носит негативный характер, который необходимо учитывать при рассмотрении биосферического аспекта энергетики. В настоящее время экологические проблемы всё более актуализируются, требуя от человека познания законов природы и организации своей деятельности в соответствии с ними. Здесь, однако, возникает противоречие: с одной стороны, выступает мощная техника, а с другой – законы рынка, по которым всякая экономическая система стремится к росту прибыли, зачастую не согласовывая свои решения с законами природы. Отсюда появляется задача широкого управления энергетикой, такого, при котором в должной степени учитывались бы технические и биосферические аспекты.

На развитие технических проблем оказывают влияние экологические и психологические факторы. Ярким примером здесь может служить создание линий электропередачи сверхвысокого напряжения ( ), сооружение которых в США задерживается из-за отрицательного общественного мнения, которое подогревается конкурирующими компаниями, отражается также в соответствующих постановлениях или даже в законах отдельных штатов, запрещающих проводить линии высокого напряжения по территории данного штата. Искусственное создание такого общественного мнения базируется на обывательских представлениях о влиянии излучений вообще и электромагнитных излучений высоковольтных передач, в частности, на живые организмы и растения. Со времен Герца и Попова, открывших и применивших электромагнитные волны, было молчаливо принято, что поскольку живой организм непосредственно не ощущает этих излучений, то какое-либо влияние их на организм отсутствует. Однако оказалось, что в зависимости от частоты излучений (частоты колебаний) и напряженности поля, создаваемого этими колебаниями (градиента), такое влияние может быть или значительным, или практически незаметным. Так, при градиенте пребывание в электромагнитом поле даже в течение нескольких минут вызывает те или иные функциональные расстройства организма. Однако если уменьшить этот градиент до , то никаких неприятных явлений и последствий не ощущается. На расстоянии от линии электропередачи ее влияние на организм полностью отсутствует. Усиленные публикации за рубежом о якобы существенном влиянии электропередачи на живые организмы оказываются, следовательно, часто преувеличенными.

Такое же положение существует и в отношении атомных станций, которые при разумном их размещении, нормальной эксплуатации, правильном конструировании, применении надлежащей защиты и контроля за возможными излучениями достаточно безопасны. Необоснованные опасения приводят к задержке пуска атомных электростанций или к их консервации, как, например, в Австрии, где после всенародного референдума атомная электростанция, полностью готовая к эксплуатации, не была пущена в эксплуатацию.

Если проектирование и сооружение энергетических объектов ведется без должного учета их влияния на биосферу, то это может приводить к серьезным последствиям. Так, построенная на границе Бразилии и Парагвая, в настоящее время самая мощная в мире электростанция Итайпу имеет генераторов по общей мощностью вызвала ряд серьезных последствий в виде землетрясений, появление которых связано с сооружением мощной плотины и водохранилища, причем локальные землетрясения были такой силы, что обычно принятая шкала Рихтера оказалась недостаточной для их оценки.

Другим примером влияния аспекта биосферы может служить проект гидростанции в Гибралтаре, которая могла бы обеспечить дешевой электроэнергией всю Европу. От сооружения гидростанции отказались, так как последствия его были бы очень тяжелыми и далеко идущими. Оказалось, что в результате создания плотины Средиземное море изменит давление на дно, в результате чего изменится вулканическая деятельность во всем регионе. Отделение Средиземного моря от океана плотиной вызовет повышение его засоления и полную гибель всего живого, находящегося в море. Изменение водного баланса приведет к тому, что море отойдет от берегов и такие города, как Ницца и Марсель во Франции, Бари в Италии, окажутся не приморскими городами, а городами, находящимися среди песчаной пустыни. Разумеется, при этом ухудшился бы климат не только района Средиземного моря, но и всей Европы. Все эти вместе взятые и многие другие факторы способствовали отказу от такого заманчивого в техническом и экономическом отношении сооружения.

В ряде стран, в первую очередь, разумеется, в тех, где широко развит туризм, остро стоит вопрос об изменении ландшафта сооружением линий электропередачи, труб электростанций и др., что отпугивает туристов. Во Франции, Австрии, Италии энергетиками проводятся специальные работы, определяющие влияние технических сооружений на ландшафт. При этом оказывается, что в ряде случаев именно из-за этого влияния приходится менять технические решения. Например, снабжение юга Италии электроэнергией могло бы осуществляться линиями существующего напряжения . Однако при этом потребуется большая площадь (большая полоса) отчуждения, а опоры и провода многочисленных линий передач не впишутся в ландшафт. Более приемлемым оказывается сооружение линии вдоль автомобильной трассы, что нанесет минимальный эстетический урон окружающей среде. Таким образом, появляется новый вид отрицательного влияния на окружающую среду – эстетическое.

Таковы общие итоги рассмотрения энергетики как большой системы и трех ее основных аспектов. Поэтому следует признать, что задача энергетики – не только прямое использовании энергоресурсов на нужды людей, но и реализация энергетической безопасности страны, создание реальных предпосылок экономической интеграции с наиболее развитыми странами мира, обеспечение роста национальной экономики и благосостояния всех граждан. В будущем еще заметнее проявятся особенности энергетики, связанные с соизмеримостью мощностей искусственных энергетических установок и естественных геофизических процессов, влияющих на состояние планеты. Энергетика будет играть все более значительную роль, являясь как демографическим, социальным, так и политическим фактором, влияющим на взаимоотношения между государствами и во многом определяющим политику большинства стран. Направленные по всему миру потоки различных энергетических ресурсов проявляются в виде мощных факторов при развитии взаимоотношений, возникновении конфликтов и заключении договоров между государствами.

Широту этих задач, возникающих перед специалистами, работающими в отдельных отраслях и разделах энергетики, можно характеризовать хотя бы тем, что специалисты-энергетики готовятся сейчас по многим специальностям и специализациям. Характерные особенности энергетики, особенно важные на современном этапе технического прогресса, приводят к новому подходу в решении инженерных задач, основанному на учете факторов широкого плана, которые затрагивают разные аспекты деятельности человеческого общества по выработке новой инженерной психологии.

Такое дифференцирование энергетических проблем произошло исторически. В настоящее время оно становится не вполне оправданным, вызывая трудности при решении комплексных задач энергетики, требующих от специалистов широкого кругозора в проблемах, которые стоят перед современной и, тем более, будущей энергетической наукой и техникой.

Роль инженера в современном обществе велика и в перспективе будет еще больше. В последние десятилетия понятие «инженер» в значительной степени утратило ту творческую, изобретательскую сторону, которая должна быть для него характерна. Ведь само слово «инженер» – французского происхождения – подразумевает человека, способного к созданию нового, к изобретательности. Понятие «техника» также связано с творческим характером труда. Оно происходит от слова «техне», которым в Древней Греции характеризовали ремесленников, особенно прославившихся своим мастерством. В современных условиях революционных изменений в сфере материального производства и в системе теоретических и прикладных наук функции инженера становятся более ответственными, творческими и понятие «инженер» в силу объективных изменений вновь приобретает прежний творческий смысл.

Инженеры могут и должны непосредственно превращать науку в производительную силу общества, используя ее достижения для повышения производительности труда и качества продукции в сфере материального производства. Роль инженера и далее будет очень велика. Они должны быть специалистами, способными творчески, на высоком научном и техническом уровне решать стоящие перед ними задачи и те проблемы широкого плана, которые затрагивают различные, все расширяющиеся сферы деятельности человека.

МОДУЛЬ 1

Глава 1. Энергетические ресурсы земли

1.1. Источники энергоресурсов

В энергетике применяется достаточно широкий спектр единиц измерения энергии. Это связанно с необходимостью описания эффективности действия различных энергетических установок, потоков энергии, возникающих потерь и т.д. Энергетические установки характеризуется способностью совершать работу с определенной интенсивностью. В физике эти свойства характеризуются энергией и мощностью, которые в международной системе СИ характеризуются единицей энергии и единицей мощности и связанны между собой временной зависимостью .

Для оценки энергии, получаемой при сжигании топлива, принято использовать единицу энергоёмкости топлива . Это очень маленькие единицы, и обычно используются их кратные значения:

,

.

Для соизмерения энергоресурсов используется понятие – ”условное топливо”, для которого теплота сгорания принимается равной или . Зная теплоту сгорания и количество натурального топлива , можно определить эквивалентное количество тонн условного топлива ( ) в конкретном объеме топлива

.

Заметим, что поскольку тонна условного топлива является теоретическим эквивалентом энергии (а не массы!), то существует зависимость:

.

Поскольку , то

.

Соответственно в теоретическом эквиваленте

,

а

При оценке электроэнергии, вырабатываемой гидроэлектростанциями, принято приравнивать к , что соответствует среднему удельному расходу топлива при выработке электроэнергии на тепловых электростанциях.

В зарубежной практике в качестве условного топлива часто используют нефтяного эквивалента с теплотой сгорания . Поэтому

,

и соответственно

Практически все ресурсы Земли обязанны своим происхождением прежде всего солнечному теплу и свету. К ним относятся восполняемые за счет солнечной энергии продукция растительного и животного миров: пища, хлопок, шерсть, животные и морепродукты, пресная вода, которая через испарения и дожди наполняет реки и водоемы планеты. Мощный и стабильный поток энергии Солнца, охватывая планету Земля в течение миллиардов лет, обусловил возникновение биосферы и во многом определил основные процессы на поверхности Земли, в гидросфере и атмосфере. Очевидно, что ограничения по энергоресурсам налагаются размерами самой Земли, количеством падающего на нее солнечного света и эффективностю использования этого света растительностью.

Природные ресурсы разделяются на два принципиально различных вида: возобновляемые и невозобновляемые. Важнейшим возобновляемым ресурсом является энергия солнца, обеспечивающая энергию ветра, волн и океанских течений, а также фотосинтез растений. Ежедневно от солнца к земле в виде коротковолнового излучения подходит энергии, из которой около отражается землей и уходит в просторы Вселенной, а около воспринимается атмосферой, гидросферой и континентами земли. В течение года на поверхность земли поступает громадное количество энергии – или . Это количество энергии более чем в раз превышает годовое потребление человечеством энергии всех видов (около ). Земля, имеющая поверхность , получает примерно на поверхности средней мощности излучения Солнца. Средняя мощность использования первичных энергоресурсов равна примерно . Цифры, характеризующие полученную Землей от Солнца энергию, ориентировочны, так как зависят от того, на каком уровне (верхний слой биосферы, поверхность Земли, океана и т. д.) они определены. В различных источниках величины колеблются в довольно широких пределах, равно как и цифры, определяющие мощность источников энергии на Земле. Все они должны рассматриваться только как характеристики порядка величин.

Основная часть энергии Солнца, достигающая планеты, идет на нагрев земли (происходит прямое преобразование в теплоту – ) и, поскольку земля находится в тепловом равновесии, вся эта избыточная энергии уходит в холодный космос в виде длинноволнового излучения планеты.

Значительная часть энергии солнца идет на испарение воды океанов, т.е. расходуется на теплоту парообразования ( ). Эти водяные пары, конденсируясь, выпадают на землю в виде дождя и снега, создавая на земле запасы пресной воды в виде ледниковых шапок, ледников и подземных бассейнов. Тепловая энергия, выделяющаяся при конденсации водяных паров, также в виде длинноволнового излучения уходит в космос.

Совсем незначительная часть энергии солнца ( ) создает движение атмосферы и гидросферы, вызывая такие грандиозные явления как ураганы, ветры, волнение морской поверхности и океанические течения.

Еще меньшая часть энергии солнца ( ) через фотосинтез идет на поддержание жизни на земле и накопления биомассы планеты.

Солнце играет основную роль в тепловом балансе Земли. Его мощность излучения, приходящаяся на Землю, во много раз больше мощности явлений природы и мощностей, получаемых человеком. Эти мощности значительно, почти в раз, различаются между собой. Мощность Солнца соизмерима только с мощностью, развиваемой вращением Земли вокруг своей оси, которая составляет .

Помимо потока солнечной энергии с мощностью , источниками энергии на планете являются внутреннее тепло земных недр и кинетическая энергия вращения Земли. Высокая температура внутри Земли поддерживается, в основном, теплом, выделяемым при спонтанном радиоактивном распаде природных радиоактивных элементов – урана и тория. Мощность потока геотермальной энергии существенно меньше мощности солнечного излучения и составляет . Геотермальная энергия проявляется в виде вулканической деятельности, термальных источников. Тепло и кинетическая энергия вращения Земли создают геотермальные источники, приливы и отливы океанов. Кинетическая энергия Земли проявляется через океанические приливы и отливы, обусловленные гравитационным взаимодействием главным образом с Луной. Мощность, рассеиваемая приливами и отливами мирового океана, составляет , и получается за счет замедления вращения земли. К счастью, скорость замедления чрезвычайно мала – долгота дня увеличивается не более чем на тысячную долю секунды за столетие.

Энергетические ресурсы, сформировавшиеся на Земле в течение миллионов лет, для практической деятельности человека являются невозобновляемыми. В основном к ним относятся минеральные ресурсы, такие как энергетически полезные ископаемые (уголь, нефть, природный газ, горючие сланцы и радиоактивные минералы, такие как уран, торий, литий, дейтерий). Эти запасы топлива на планете оцениваются по разному, с очень большими расхождениями. Более миллиарда лет солнечное излучение через фотосинтез создавало в земной коре осадочные породы и горючие ископаемые, оцениваемые соответственно и . Эти значительные ресурсы могут быть дополнены теплом земных недр, которые на глубине оцениваются в . К сожалению, использование тепловых ресурсов Земли затруднено сложностями технической реализации этой задачи.

Мировые запасы топлива разделяются на потенциальные, добыча которых только прогнозируется, и достоверные, добыча которых технически реализуется. Разрабатываемые запасы оцениваются ( ): уголь – ; нефть – ; природный газ – . Достоверно разведанные запасы ( ): уголь – ; нефть – ; природный газ – .

Подводя итог сказанному, формализуем ряд понятий. Энергия – всеобщая основа природных явлений, базис культуры и всей деятельности человека. В то же время энергия понимается как количественная оценка различных форм движения материи, которые могут превращаться одна в другую. По видам энергия подразделяется на химическую, механическую, электрическую, ядерную и т. д. Возможная для практического использования человеком энергия сосредоточена в материальных объектах, называемых энергетическими ресурсами.

Из многообразия энергоресурсов, встречающихся в природе, выделяют основные, используемые в больших количествах для практических нужд. К ним относят органические топлива, такие, как уголь, нефть, газ, а также энергию рек, морей и океанов, солнца, ветра, тепловую энергию земных недр (геотермальную) и т. д.

Энергия, непосредственно извлекаемая в природе (энергия топлива, воды, ветра, тепловая энергия Земли, ядерная), называется первичной. Энергия, получаемая человеком после преобразования первичной энергии на специальных установках ‑ станциях, называется вторичной (энергия электрическая, пара, горячей воды и т. д.).

Целесообразность передачи на расстояние тех или иных носителей энергии определяется их энергоемкостью, под которой понимается количество энергии, приходящееся на единицу массы физического тела. Среди применяемых энергоносителей наибольшей энергоемкостью обладают радиоактивные изотопы урана и тория: ( ). Вследствие огромной энергоемкости атомного топлива практически не существует проблемы транспортировки его на расстояние, так как для работы мощных электрических установок требуются сравнительно малые его количества.

Средняя энергоёмкость ряда органических топлив показана в табл. 1.1.

Таблица 1.1.

Удельная энергоемкость основных органических топлив

Виды топлива	Условное топливо	Уголь (антрацит)	Дрова (сухие)	Нефть	Газ (пропан)	Водород
	29,3	33,5	10,5	41,9	46,1	12,06
	7000	8000	2500	10000	11000	28800

Энергоемкость применяемого топлива в среднем по всем видам составляет ( ). Органическое топливо вследствие его специфических свойств и исторически сложившихся условий пока остаётся основным источником используемой человечеством энергии.

Топливо по своей природе относится к невозобновляемым источникам энергии, так как оно запасено в далекие доисторические эпохи и практически не восполняется. Оценки запасов органического топлива колеблются в широких пределах в зависимости от учитываемых условий его залегания и возможностей добычи.

Если геологические запасы топлива, получаемые на основе теоретического предсказания принять за единицу, то достоверные запасы оказываются в раза меньше, а запасы, которые можно извлечь с учетом современных технических и экономических возможностей, ‑ в раза меньше.

Вопросы для самоконтроля:

1. Основной источник первичной энергии на Земле и его характеристики.

2. Характеристика внутренней энергии планеты Земля.

3. Классификация видов энергии.

4. Понятия возобновляемых и невозобновляемых источников энергии.

5. Количественная оценка энергоёмкости топлив и необходимость её введения.