Транспортировка энергетических ресурсов

     ВВЕДЕНИЕ

     На  протяжении тысячелетий основными  видами используемой человеком энергии  были:

• химическая энергия древесины;
• потенциальная энергия воды на плотинах;
• кинетическая энергия ветра;
• лучистая энергия солнечного света и др.

     Но  в 19 веке главными источниками энергии  стали ископаемые топлива: каменный уголь, нефть и природный газ.

     В связи с быстрым ростом потребления  энергии возникли многочисленные проблемы, и встал вопрос о будущих источниках энергии. Достигнуты успехи в области  энергосбережения. В последнее время  ведутся поиски более чистых видов  энергии, таких, как солнечная, геотермальная, энергия ветра и энергия термоядерного  синтеза.

     Потребление энергии всегда было прямо связано  с состоянием экономики. Увеличение валового национального продукта (ВНП) сопровождалось увеличением потребления  энергии. Однако энергоемкость ВНП (отношение использованной энергии  к ВНП) в промышленно развитых странах постоянно снижается, а  в развивающихся – возрастает.

     Топливно-энергетический комплекс России (ТЭК) является основной составляющей экономики страны. Он обеспечивает жизнедеятельность всех отраслей национального хозяйства, консолидацию регионов, формирование значительной части бюджетных доходов  и основной доли валютных поступлений  из-за рубежа. Несмотря на наличие ряда проблем, ТЭК России продолжает оставаться одним из наиболее устойчиво работающих секторов экономики страны. Министерство энергетики России играет ключевую роль в реализации комплекса мер, направленных на стабилизацию и развитие производства в отраслях ТЭК, при этом основное внимание министерство уделяет формированию и проведению федеральной энергетической политики в условиях рыночных отношений.

     Прослеживается  тесная взаимосвязь топливно-энергетического  комплекса со всей промышленностью  страны. На его развитие расходуется  более 20% денежных средств. На ТЭК приходиться 30% основных фондов и 30% стоимости промышленной продукции России. Он использует 10% продукции машиностроительного  комплекса, 12% продукции металлургии, потребляет 2/3 труб в стране, дает больше половины экспорта РФ и значительное количество сырья для химической промышленности. Его доля в перевозках составляе5т 1/3 всех грузов по железным дорогам, половину перевозок морского транспорта и всю транспортировку по трубопроводам.

     Топливно-энергетический комплекс имеет большую районообразовательную  функцию. С ним напрямую связано  благосостояние всех граждан России, такие проблемы, как безработица  и инфляция.

     Актуальность  темы состоит в том, что проблема исчерпаемости ресурсов стоит очень  остро и государству следует  искать новые способы транспортировки  для уменьшения потерь энергоресурсов.

     Целью работы является рассмотрение различных  типов транспортировки энергоресурсов, выявление преимуществ и недостатков  каждого типа.

     Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:

• Исследование понятий энергосистемы и энергоресурсов, их классификации;
• Рассмотрение способов добычи и транспортировки невозобновляемых энергоресурсов, их преимуществ и недостатков;
• Анализ стадий жизненного цикла посредством графиков и таблиц;

1. Понятие энергосистемы и  энергетических ресурсов. Классификация энергетических ресурсов.

     Энергосистема - общеэнергетическая система, объединенная система энергетики, совокупность энергетических ресурсов всех видов, методов их получения (добычи), преобразования, распределения и использования, а также технических средств и организационных комплексов, обеспечивающих снабжение потребителей всеми видами энергии. Энергосистемы называют иногда большими системами энергетики: они имеют иерархическую структуру, уровнями которой являются страна (государство), район, крупный промышленный, транспортный или сельскохозяйственный узел, отдельное предприятие. Уровню страны обычно соответствуют единые энергетические системы; уровню нескольких районов — объединенные энергетические системы; уровню одного района — районные энергосистемы, уровню объекта, не связанного с другими системами, — автономные энергосистемы (например, предприятия, корабля, самолета). В энергосистему в качестве составляющих ее подсистем входят: электроэнергетические системы (состоящие из электрических систем и сетей теплоснабжения), системы нефте- и газоснабжения, системы угольной промышленности, развивающиеся быстрыми, опережающими темпами системы ядерной энергетики. Объединение отдельных энергоснабжающих систем в единую систему, иногда также называемую межотраслевым топливно-энергетическим комплексом, связано, прежде всего, с взаимозаменяемостью различных видов энергии и энергоресурсов.

     Значение  топливно-энергетического комплекса  для хозяйства страны заключается  главным образом в том, что  на его основе, в зависимости от его состояния, формируются основные хозяйственные пропорции страны; на его развитие передовые в промышленном отношении страны затрачивают около 30% всех капиталовложений, причем в  этом комплексе оказывается занято 15—20% всех трудящихся. Развитие и функционирование энергосистемы тесно связаны  с созданием новой экономичной  энергетической техники, с влиянием энергетики на социальные и политические процессы как внутри страны, так и в международных отношениях, на размещение промышленности и населения по стране, с влиянием энергетики на окружающую среду.  

     Работа  энергосистемы может быть охарактеризована степенью использования запасов энергетических ресурсов. Конечным результатом функционирования энергосистемы является полезная энергия, т. е. та, которая после переработки, преобразования, транспортирования и хранения ресурсов поступает к потребителям и обеспечивает полезные энергетические процессы.

     Энергетические  ресурсы - любой источник энергии, естественный или искусственно активированный. Энергетические ресурсы - носители энергии, которые используются в настоящее время или могут быть полезно использованы в перспективе.

     Основными видами энергетических ресурсов являются:

• первичные:
• невозобновляемые
• возобновляемые.
• вторичные.

     Невозобновляемые энергоресурсы- запасы которых не имеют источников пополнения и постепенно уменьшаются в связи с растущим их потреблением; образуются или восстанавливаются медленнее, чем расходуются.

     Возобновляемые  энергоресурсы - энергия из источников, которые по человеческим масштабам являются неисчерпаемыми. Основной принцип использования возобновляемой энергии заключается в её извлечении из постоянно происходящих в окружающей среде процессов и предоставлении для технического применения.

     Примерами первичных невозобновляемых энергоресурсов могут служить: газ, нефть, уголь, ядерная энергия; возобновляемых - солнечная энергия, энергия ветра, гидроэнергия, годичные приросты древесины и торфа и др.

     Вторичные ресурсы - сырье, материалы, изделия и отходы, которые образуются при производстве продукции и могут быть в дальнейшем применены в производственном процессе при изготовлении новой продукции. Использование вторичных ресурсов, как правило, экономически предпочтительнее добычи, обогащения и подготовки первичных ресурсов. Примерами вторичных ресурсов являются: лом и отходы черных, цветных и драгоценных металлов, отработанные нефтепродукты, макулатура, резиносодержащие отходы и др.

     Первичные невозобновляемые энергоресурсы.

     ПРИРОДНЫЙ ГАЗ - смесь газов, образовавшаяся в недрах земли при анаэробном разложении органических веществ.

     Природный газ относится к полезным ископаемым. Природный газ в пластовых условиях (условиях залегания в земных недрах) находится в газообразном состоянии — в виде отдельных скоплений (газовые залежи) или в виде газовой шапки нефтегазовых месторождений, либо в растворённом состоянии в нефти или воде. При нормальных условиях (101,325 кПа и 20 °С) природный газ находится только в газообразном состоянии.

     Также природный газ может находиться в виде естественных газогидратов.

     Чистый  природный газ не имеет цвета  и запаха. Чтобы можно было определить утечку по запаху, в газ добавляют  небольшое количество веществ, имеющих сильный неприятный запах (т. н. одорантов). Чаще всего в качестве одоранта применяется этилмеркаптан.

     Потенциальные (прогнозные + перспективные) ресурсы природного газа России оцениваются в 151,3 трлн куб.м, что составляет около 40% мировых. Однако наиболее достоверные перспективные ресурсы составляют в этом объеме всего около 20%, а примерно половина приходится на прогнозные ресурсы категории D₂, оценка которых наименее достоверна.

     Около половины перспективных ресурсов располагается  в Западной Сибири, более четверти – на шельфах Баренцева и Карского морей. Подавляющая часть прогнозных ресурсов газа сосредоточена в азиатской  части России и в морях Арктики  и Дальнего Востока (см. рис.1)

     Разведанные запасы природного газа России очень  велики, они составляют около 27% мировых. Однако около 95% их относится к относительно невысокой категории С₁, для которой подтверждаемость в среднем составляет 70%.

     Более двух третей разведанных запасов  свободного природного газа страны сосредоточено  в Ямало-Ненецком автономном округе (ЯНАО). На европейскую часть страны приходится менее 10% разведанных запасов.

     Для России характерна высокая степень  концентрации запасов природного газа – 71,2% разведанных запасов сосредоточено  в 28 уникальных месторождениях (с балансовыми запасами более 500 млрд куб.м), еще 21,6% заключено в 86 крупных (75-500 млрд куб.м) объектах (см. рис.2)

     По промышленным запасам природного газа Россия занимает одно из первых мест в мире, а по разведанным и добыче – первое (40% и 30% мировых показателей соответственно). В Европе наша страна – монополист по запасам этого вида топлива. Добыча природного газа в России с 1990 г. практически не снижалась и осталась на уровне 600 млрд. м³ в год.

     НЕФТЬ - горючая маслянистая жидкость, являющаяся смесью углеводородов, красно-коричневого, иногда почти чёрного цвета, хотя иногда встречается и слабо окрашенная в жёлто-зелёный цвет, и даже бесцветная нефть, имеет специфический запах, распространена в осадочной оболочке Земли; на сегодня — одно из важнейших для человечества полезных ископаемых.

     На  территории России открыто около 2000 нефтяных и нефтегазовых месторождений, крупнейшие из которых находятся  на шельфе Сахалина, Баренцева, Карского и Каспийского морей. Большая  часть разведанных запасов нефти  сосредоточена в Западной Сибири и на территории Уральского федерального округа (см. рис.3). В Восточной Сибири и на Дальнем Востоке добыча нефти практически не ведется. Наиболее старыми и истощенными районами нефтедобычи в России являются Урало-Поволжье, Северный Кавказ и остров Сахалин. Месторождения Западной Сибири и Тимано-Печорского региона открыты сравнительно недавно и находятся на самом пике своего развития. Месторождения Восточной Сибири и Дальнего Востока (за исключением о-ва Сахалин), а также шельфы российских морей находятся в начальной стадии освоения. Наиболее перспективными с точки зрения добычи являются Эвенкийский АО (Юрубчено-Тахомская нефтегазоносная зона), Республика Саха (Среднеобинское и Талаканское нефтегазовые месторождения), Иркутская область (Верхнечонское нефтегазовое месторождение) и Красноярский край. Суммарная добыча нефти на этих объектах к 2020 году может достичь 60 млн. т в год. Однако для освоения указанных ресурсов необходимы крупные капиталовложения

     Несмотря  на снижение за последнее десятилетие  уровня добычи и переработки нефти, Россия остается одним из ведущих  экспортеров нефти и нефтепродуктов. Нефтяной комплекс России включает в  себя 11 крупных нефтяных компаний, на долю которых приходится 90,8% от общего объема нефтедобычи в стране, и 113 мелких компаний, объем добычи которых  составляет 9,2%. Нефтяные компании России осуществляют полный комплекс нефтяных работ - от разведки, добычи и переработки  нефти до ее транспортировки и  сбыта нефтепродуктов. Крупнейшими  российскими нефтяными компаниями являются ЛУКОЙЛ, ЮКОС, ТНК, Сургутнефтегаз, Сибнефть, Татнефть, Роснефть, Славнефть  и Сиданко.

     УГОЛЬ-вид ископаемого топлива, образовавшийся из частей древних растений под землей без доступа кислорода. Уголь был первым из используемых человеком видов ископаемого топлива. Он позволил совершить промышленную революцию, которая в свою очередь способствовала развитию угольной промышленности, обеспечив её более современной технологией. Уголь образовался из остатков отмерших растений за несколько сотен миллионов лет под действием давления, температуры и микроорганизмов. Доступные для добычи запасы угля будут исчерпаны в текущем столетии

     По  количеству прогнозных ресурсов углей, которые оцениваются в 3,8 трлн т, Россия занимает второе место в мире после Китая. Однако более двух третей этого количества приходится на наименее достоверные ресурсы категории Р₃; ресурсы категории Р₁  составляют всего 540 млрд т, или 14% всех прогнозных ресурсов (см. рис.4).

     Около 94% ресурсов сосредоточено в районах  Сибири и Дальнего Востока; в европейской  части страны и на Урале их не более 6%.

     Разведанные запасы углей России очень велики, они достигают 193,3 млрд т, составляя 18% мировых. Более значительными запасами располагают лишь США. На долю каменных углей и антрацитов приходится чуть менее половины (47,6%) запасов; остальные запасы – на долю бурых углей.

     Почти 80% запасов углей находится в  Сибири, в том числе более 70% –  в Кузнецком, Канско-Ачинском и Тунгусском угольных бассейнах. В европейской  части страны, где расположены  Печорский, Донецкий и Подмосковный бассейны, находится чуть менее 9% разведанных  запасов России, на Дальнем Востоке  – около 10%. 

     Возобнвляемые энергоресурсы.

     СОЛНЕЧНАЯ ЭНЕРГИЯ - направление нетрадиционной энергетики, основанное на непосредственном использовании солнечного излучения для получения энергии в каком-либо виде. Солнечная энергетика использует возобновляемый источник энергии и является экологически чистой, то есть не производящей вредных отходов. Производство энергии с помощью солнечных электростанций хорошо согласовывается с концепцией распределённого производства энергии.

     У солнечной энергии два основных преимущества. Во-первых, ее много и она относится к возобновляемым энергоресурсам: длительность существования Солнца оценивается приблизительно в 5 млрд. лет. Во-вторых, ее использование не влечет за собой нежелательных экологических последствий.

     Однако  использованию солнечной энергии  мешает ряд трудностей. Хотя полное количество этой энергии огромно, она  неконтролируемо рассеивается. Чтобы  получать большие количества энергии, требуются коллекторные поверхности  большой площади. Кроме того, возникает  проблема нестабильности энергоснабжения: солнце не всегда светит. Даже в пустынях, где преобладает безоблачная  погода, день сменяется ночью. Следовательно, необходимы накопители солнечной энергии. И наконец, многие виды применения солнечной  энергии еще как следует не апробированы, и их экономическая  рентабельность не доказана.

     Можно указать три основных направления  использования солнечной энергии: для отопления (в том числе  горячего водоснабжения) и кондиционирования  воздуха, для прямого преобразования в электроэнергию посредством солнечных  фотоэлектрических преобразователей и для крупномасштабного производства электроэнергии на основе теплового  цикла.

     ЭНЕРГИЯ  ВЕТРА. Ветер – неограниченный ресурс для производства электроэнергии. Он есть везде, бесконечен, экологически чист. Если в прошлом энергию ветра использовали, как правило, для повышения эффективности физического труда (для перемолки зерна или в качестве водяного насоса), то в настоящее время энергию ветра применяют в основном для выработки электроэнергии (ветер вращает лопасти электрогенератора).

     До  середины 1990-х гг. наибольшее распространение  получили малые и средние ветроэнергетические установки мощностью от 100 до 500 кВт. В последние годы началось серийное производство ветрогенераторов мощностью до 2000 кВт. Их ротор имеет диаметр до 80 м, а высота башни достигает 120 м и более.

     География мировой ветроэнергетики за последние  десятилетия претерпела довольно существенные изменения. До середины 1990-х гг. по суммарной  мощности ветроэлектростанций первое место занимали США: в 1985 г. на эту страну приходилось 95% мировых мощностей. Почти все они были сконцентрированы в штате Калифорния. Во второй половине 1990-х гг. мировое лидерство перешло к Западной Европе, где уже в 1996 г. было сосредоточено 55% мировых мощностей ветроэнергетических установок. Десять лет назад ветроэнергетические установки Западной Европы обеспечивали бытовые потребности в электроэнергии примерно 3 млн человек.

     В последние годы ветроэнергетика развивалась более высокими темпами, чем энергетика, использующая остальные виды альтернативных источников энергии. Объём выработки электроэнергии из ветра в период с 2000 г. по 2006 г. вырос в 4 раза. Темпы роста рынка ветрогенераторов в мире за последние несколько лет составляют 25-30%. На конец 2006 г. суммарная мощность всех ветрогенераторов в мире оценивалась в 74 ГВт. Суммарная мощность всех ветрогенераторов, установленных в 2006 г. составила 15,2 ГВт. Общая стоимость ветрогенераторов, установленных в 2006 г. составила 23 млрд долл. США (или 1500 долл. США за 1 кВт).

     И хотя энергия ветра составляет лишь около 1% от общей величины выработки электроэнергии в мире, для некоторых стран этот показатель значительно выше. В частности, доля ветряной электроэнергии в Дании составляет 20%, в Испании – 9%, в Германии – 7%.

     Как распределяются ветроэнергетические  мощности по странам мира? На первом месте уверенно «расположилась»  Германия, в которой установленная  мощность ветрогенераторов составляет 20,6 ГВт. Далее следуют Испания (11,6 ГВт), США (11,6 ГВт), Индия (6,2 ГВт), Дания (3,1 ГВт). Наибольшие мощности по ветроэнергетике в 2006 г. были введены в США (2,4 ГВт), Германии (2,2 ГВт), Индии (1,8 ГВт), Испании (1,5 ГВт), Китае (1,3 ГВт), Франции (0,8 ГВт).

     ГИДРОЭНЕРГИЯ -  энергия, сосредоточенная в потоках водных масс в русловых водотоках и приливных движениях. Чаще всего используется энергия падающей воды. Для повышения разности уровней воды, особенно в нижних течениях рек, сооружаются плотины.

     Гидроэнергетика дает почти треть электроэнергии, используемой во всем мире. Норвегия, где  электроэнергии на душу населения больше, чем где-либо еще, живет почти  исключительно гидроэнергией.

     На  гидроэлектростанциях (ГЭС) и гидроаккумулирующих  электростанциях (ГАЭС) используется потенциальная  энергия воды, накапливаемой с  помощью плотин. У основания плотины  расположены гидротурбины, приводимые во вращение водой (которая подводится к ним под нормальным давлением) и вращающие роторы генераторов  электрического тока.

     Существуют  очень крупные ГЭС. Широко известны две большие ГЭС в России: Красноярская (6000 МВт) и Братская (4100 МВт). Самая  крупная ГЭС в США – Грэнд-Кули полной мощностью 6480 МВт. В 1995 на гидроэнергетику  приходилось около 7% электроэнергии, вырабатываемой в мире.

     Гидроэнергия  – один из самых дешевых и самых  чистых энергоресурсов. Он возобновляем в том смысле, что водохранилища  пополняются приточной речной и  дождевой водой. Остается под вопросом целесообразность строительства ГЭС  на равнинах.  
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

2. Месторождения, добыча и транспортировка энергетических ресурсов.

     ПРИРОДНЫЙ  ГАЗ - основные запасы газа сосредоточены в уникальных месторождениях левобережья реки Пур (Уренгойское, Ямбургское, Медвежье), которые эксплуатируются уже в течение многих лет и характеризуются высокой (более 55%) степенью выработанности. В расположенных восточнее, в междуречье рек Пур и Таз, вновь осваиваемых месторождениях Заполярном, Южно-Русском и ряде других содержится не более 30% разведанных запасов.

     Вне пределов Надым–Пур-Тазовского региона  в Ямало-Ненецком АО находится еще  около 25% российских разведанных запасов  природного газа. Однако регион пока не приспособлен для газодобычи – нет  газотранспортной сети, предприятий  для подготовки газа к транспортировке  и перерабатывающих мощностей. К  освоению запасов газа полуострова  Ямал в настоящее время приступает ОАО «Газпром».

     Около 13% запасов природного газа России содержат редкий, обладающий уникальными свойствами компонент – гелий; по его запасам  страна находится на втором месте  в мире после США. Основные запасы гелия РФ сосредоточены в газовых  месторождениях Сибирского и Дальневосточного федеральных округов. Предварительное  извлечение гелия усложняет разработку месторождений, поскольку требует  строительства установок по извлечению, хранилищ и специальных транспортных систем. Однако освоение запасов без  предварительно извлечения из него гелия  крайне нерационально по причине  стратегической важности этого полезного  компонента

     В конце 2007 г. ОАО «Газпром» и компания Wintershall Holding AG ввели в эксплуатацию уникальное Южно-Русское нефтегазоконденсатное месторождение. До конца года здесь добыто 1,2 млрд куб.м газа.

     Компания  «Сахалин Энерджи Инвестмент Компани лтд.» в 2009 г. начала добычу газа по проекту «Сахалин-2» на Лунском нефтегазоконденсатном месторождении. Проект реализуется на условиях соглашения о разделе продукции.

     Для разработки уникального Штокмановского газоконденсатного месторождения  создана компания «Штокман Девелопмент  АГ», совместное предприятие ОАО «Газпром» (51%), французской Total (25%) и норвежской StatoilHydro (24%), которая ведет его освоение. Старт добычи газа на месторождении намечен на 2013 г.

     Природный газ находится в земле на глубине  от 1000 метров до нескольких километров. Сверхглубокой скважиной недалеко от города Новый Уренгой получен приток газа с глубины более 6000 метров. В недрах газ находится в микроскопических пустотах (порах). Поры соединены между собой микроскопическими каналами — трещинами, по этим каналам газ поступает из пор с высоким давлением в поры с более низким давлением до тех пор, пока не окажется в скважине. Движение газа в пласте подчиняется определённым законам.

     Газ добывают из недр земли с помощью скважин. Скважины стараются разместить равномерно по всей территории месторождения. Это делается для равномерного падения пластового давления в залежи. Иначе возможны перетоки газа между областями месторождения, а также преждевременное обводнение залежи (см. рис.5).

     Газ выходит из недр вследствие того, что  в пласте находится под давлением, многократно превышающем атмосферное. Таким образом, движущей силой является разность давлений в пласте и системе сбора.

     Протяжённость магистральных газопроводов России составляет 155 тыс. км.

     В 2009 году США впервые обогнали Россию не только по объему добытого газа (624 млрд м³ против 582,3 млрд м³), но и по объему добычи товарного газа, т.е. идущего на продажу контрагентам. Это объясняется ростом добычи сланцевого газа.