Что такое энергоносители в экономике
Что такое энергоносители
Энергоносители с давних времен используются и совершенствуются человеком. От технологий использования энергоносителей напрямую зависит качество цивилизационных благ и уровень жизни.
Рис. 1. Классификация видов топлива на английском языке
К энергоносителям можно отнести нетрадиционные и возобновляемые виды энергии, электроэнергию, органическое топливо, вторичные энергетические ресурсы. Также энергоносителями называют все виды топлива: газа, угля, нефти, дров, торфа, ядерного топлива (урановых руд) и др.
Энергоносители, как топливно-энергетические ресурсы (первичные энергоносители) – совокупность различных видов это энергии (продукция нефтедобывающей, газовой, угольной, торфяной, сланцевой промышленности, энергия атомных и гидростанций, а также местные виды топлива) и топлива, которыми располагает страна для обеспечения бытовых потребностей населения и потребностей всех отраслей хозяйства.
Энергоносители могут быть в различных агрегатных состояниях либо иных формах материи (плазма, поле, излучение и т.д.), запасенная энергия которых может быть использована для целей энергоснабжения.
Рис. 2. Описание агрегатных состояний вещества
Приведем еще несколько определений энергоносителя:
Рис. 3. Карта полезных ископаемых России
Классификация энергоносителей
Топливом называют вещества, которые могут быть использованы в хозяйственной деятельности, при сжигании которых выделяется энергия.
В современном мире большую распространенности получили различные виды нефтепродуктов. Причем эти продукты носят строго ориентированное назначение. Например, бензины в основном используют для автомобильной промышленности, спирты – в химчистке различных тканевых основ и тканей, тяжелые виды топлива – в энергетике, и смазочные масла – для смазки различных трущихся поверхностей. Существуют также и альтернативные виды топлива. К ним можно отнести водо-угольное топливо, различные виды биогаза, биомассы и другие. Их использование позволяет сократить или полностью заменить потребление традиционных видов топлива.
Рис. 4. Одна из классификаций энергоносителей
Все энергоносители определяются принятыми в международном масштабе стандартами.
«Зеленый» курс: какое будущее ждет альтернативные источники энергии
Что такое альтернативные источники энергии
Возобновляемую энергию получают из устойчивых источников, таких как гидроэнергия, энергия ветра, солнечная энергия, геотермальная энергия, биомасса и энергия приливов и отливов. В отличие от ископаемых видов топлива — например, нефти, природного газа, угля и урановой руды, эти источники энергии не истощаются, поэтому их называют возобновляемыми. Только за 2019 год по всему миру установлено объектов возобновляемых источников энергии (ВИЭ) общей мощностью 200 ГВт.
Виды альтернативных источников энергии
1. Солнечная энергия
Солнце — главный источник энергии на Земле, ведь около 173 ПВт (или 173 млн ГВт) солнечной энергии попадает на нашу планету ежегодно, а это более чем в 10 тыс. раз превышает общемировые потребности в энергии. Фотоэлектрические модули на крыше или на открытых территориях преобразуют солнечный свет в электрическую энергию с помощью полупроводников — в основном, кремния. Солнечные коллекторы вырабатывают тепло для отопления и производства горячей воды, а также для кондиционирования воздуха.
Солнечные панели могут вырабатывать энергию и в пасмурную погоду, и даже в снегопад. Для наибольшей эффективности их стоит устанавливать под определенным углом — чем дальше от экватора, тем больше угол установки панелей.
2. Энергия ветра
Использование ветра в качестве движущей силы — давняя традиция. Ветряные мельницы использовались для помола муки, лесопильных работ) и в качестве насосной или водоподъемной станции. Современные ветрогенераторы вырабатывают электроэнергию за счет энергии ветра. Сначала они превращают кинетическую энергию ветра в механическую энергию ротора, а затем в электрическую энергию.
Ветроэнергетика является одной из самых быстроразвивающихся технологий возобновляемой энергетики. По последним данным IRENA, за последние два десятилетия мировые мощности по производству энергии ветра на суше и на море выросли почти в 75 раз — с 7,5 ГВт в 1997 году до примерно 564 ГВт к 2018 году.
3. Энергия воды
Еще в древнем Египте и Римской империи энергия воды использовалась для привода рабочих машин, в том числе мельниц. В средние века водяные мельницы применялись в Европе на лесопильных и целлюлозно-бумажных предприятиях. С конца XIX века энергию воды активно используют для получения электроэнергии.
4. Геотермальная энергия
Геотермальная энергия использует тепло Земли для производства электричества. Температура недр позволяет нагревать верхние слои Земли и подземные водоемы. Извлекают геотермальную энергию грунта с помощью мелких скважин — это не требует больших капиталовложений. Особенно эффективна в регионах, где горячие источники расположены недалеко к поверхности земной коры.
5. Биоэнергетика
Биоэнергетика универсальна. Тепло, электричество и топливо могут производиться из твердой, жидкой и газообразной биомассы. При этом в качестве возобновляемого сырья используются отходы растительного и животного происхождения.
6. Энергия приливов и отливов
Приливы и волны — еще один способ получения энергии. Они заставляют вращаться генератор, который и отвечает за выработку электричества. Таким образом для получения электроэнергии волновые электростанции используют гидродинамическую энергию, то есть энергию, перепад давления и разницу температур у морских волн. Исследования в этой области еще ведутся, но специалисты уже подсчитали — только побережье Европы может ежегодно генерировать энергии в объеме более 280 ТВт·ч, что составляет половину энергопотребления Германии.
Как разные страны мира выполняют планы по энергопереходу
Страны по всему миру поставили себе амбициозные задачи по переходу на возобновляемую энергию. Цели стали частью и Парижского соглашения — к 2030 году решения с нулевым выбросом углерода могут быть конкурентоспособными в секторах, на которые приходится более 70% глобальных выбросов. Сделать это планируется за счет энергетического перехода — процесса замены угольной экономики возобновляемой энергетикой. В 2020 году, несмотря на пандемию и экономическую рецессию, многие города, страны и компании продолжали объявлять или осуществлять планы по декарбонизации.
Ожидается, что в 2021 году Индия внесет самый большой вклад в развитие возобновляемой энергетики. Здесь планируют запустить ряд ветряных и солнечных проектов.
В Евросоюзе также прогнозируется скачок в приросте мощностей в 2021 году. Здесь даже в условиях пандемии не забывают о Green Deal — крупнейшей в истории ЕС коррекции экономического курса. Цель проекта — сформировать в ЕС углеродно-нейтральное пространство к 2030 году. Для этого планируется сократить на 40% объем выбросов парниковых газов от уровня 1990 года и увеличить долю энергии из возобновляемых источников до 32% в общей структуре энергопотребления. Как посчитала Еврокомиссия, достичь этих задач можно будет с помощью ежегодных инвестиций в размере €260 млрд. Доля ВИЭ в энергосистеме ЕС также постоянно растет. Так, около 40% электроэнергии в первом полугодии 2020 года в ЕС было произведено из возобновляемых источников.
Китай за десять лет стал главным производителем оборудования для возобновляемой энергетики. В первую очередь, речь идет о солнечных панелях. Семь из десяти крупнейших мировых производителей солнечных батарей — это китайские компании. В целом развитие технологий удешевило стоимость строительства новых объектов ВИЭ. Это приближает планы Китая стать углеродно нейтральным к 2060 году.
Серьезных шагов в сторону энергоперехода ожидают и от президента США Джо Байдена. Он не только вернул страну в Парижское соглашение, но и заявил о том, что намерен добиться чистых выбросов парниковых газов и перехода на 100% экологичной энергии к 2050 году.
Также к 2050 году планируют использовать только ВИЭ Япония, Южная Корея, Новая Зеландия и Великобритания. Прошедший 2020 год уже стал самым экологичным для энергосистемы Великобритании со времен промышленной революции. Страна целых 67 дней смогла обходиться без угля. От традиционных источников энергии Британия планирует отказаться уже к 2025 году.
Активно развиваются ВИЭ в Испании — по прогнозам, сектор только солнечной энергетики в стране будет расти примерно вдвое быстрее, чем в Германии.
В 2020 году Шотландия получила 97% электроэнергии из возобновляемых источников. С помощью произведенной «зеленой» энергии получилось обеспечить электронужды более чем 7 млн домохозяйств. Шотландия планирует стать углеродной нейтральной уже к 2030 году.
Этот же год выбран временем полного отказа от традиционной энергетики для Австрии, а Саудовская Аравия запланировала к 2030 году получать 50% электроэнергии от ВИЭ.
Геотермальная энергия в Рейкьявике и солнечные батареи для Берлина
Отдельные города по всему миру также стремятся стать климатически нейтральными. По данным CDP, из более чем 570 городов мира, по которым ведется статистика, более 100 получают по крайней мере 70% электроэнергии из возобновляемых источников — энергии воды, геотермальной, солнечной и ветровой энергии.
В списке присутствуют такие города, как Окленд, Найроби, Осло, Сиэтл, Ванкувер, Рейкьявик, Порту, Базель, Богота и другие.
Например, Берлингтон (штат Вермонт, США) уже получает 100% электроэнергии от ветра, солнца, воды и биомассы. Вся электроэнергия Рейкьявика производится за счет гидроэлектростанций и геотермальных источников. К 2040 году весь общественный и личный транспорт столицы должен стать свободным от ископаемого топлива.
100% энергии из возобновляемых источников для швейцарского Базеля обеспечивает собственная энергоснабжающая компания. Большая часть электроэнергии поступает от гидроэнергетики и 10% — от ветра. В мае 2017 года Швейцария проголосовала за постепенный отказ от атомной энергетики в пользу ВИЭ.
Мировые столицы также не остаются в стороне. Например, Сенат Берлина утвердил план мероприятий по развитию солнечной энергетики в столице Германии «Masterplan Solarcity». В соответствии с общей стратегией развития города Берлин должен стать климатически нейтральным к 2050 году. В конце 2018 года в Берлине работали солнечных электростанций, которые покрывали 0,7% потребления электроэнергии, к 2050 году 25% энергопотребления города будут обеспечиваться за счет солнечной энергетики.
«Мы продвигаем расширение возобновляемых источников энергии в Берлине. Сейчас на рассмотрении Сената столицы находятся два законопроекта. Закон о солнечной энергии обязывает владельцев частных домов устанавливать солнечные системы на крышах. Законопроект Администрации по окружающей среде и климату сделает использование солнечной энергии в общественных зданиях обязательным уже в 2023 году. Это радикально сократит выбросы CO2 в Берлине», — рассказала руководитель фракции «Зеленые» в берлинском Сенате Зильке Гебель.
Как бизнес формирует положительный имидж, инвестируя в ВИЭ
Компании по всему миру также создают стратегии и определяют «зеленые» цели, которых они хотят достичь в течение определенного периода времени. Появилось осознание: нужно действовать ответственно и подавать экологичный пример потребителям. Конечно, использование ВИЭ может не только помочь в формировании положительного имиджа для компаний, но и снизить затраты на электроэнергию.
Так, новые серверы Facebook, а также компания General Motors будут получать энергию от солнечной электростанции. Ее строят в штате Кентукки в рамках масштабной программы Green Invest.
Химический концерн BASF будет постепенно переходить на возобновляемые источники энергии, а также планирует инвестировать в ветропарки.
Apple также ставит перед собой цель стать углеродно нейтральной. Она приобрела несколько солнечных ферм, обеспечивая устойчивую энергию для своих центров обработки данных. С 2018 года все розничные магазины, офисы и центры обработки данных Apple работают на 100% возобновляемой энергии.
Microsoft ежегодно использует более 1,3 млрд. кВт·ч «зеленой» энергии при разработке ПО, работы центров обработки данных и производства. Компания обязалась сократить выбросы углекислого газа на 75% к 2030 году.
Научная электронная библиотека
Энергия, энергоресурсы и энергоносители. Основные понятия
Гуртовцев А.Л., к.т.н., с.н.с.
Природа является причиной самой себя»
Демокрит (460 – 370 гг. до н.э.)
Современное понятие энергии трактуется как общая количественная мера движения и взаимодействия всех видов материи :
Энергия – это общая количественная мера движения и взаимодействия всех видов материи
Данное определение поясняет, что:
1) все виды материи взаимодействуют друг с другом, связывая воедино все явления в природе и обеспечивая материальное единство мира;
2) существование конкретного вида и взаимодействия различных видов материи проявляются в форме движения, под которым понимается не просто механическое перемещение физических объектов в пространстве и во времени, а их постоянное количественное и качественное изменение путем взаимопревращений;
3) есть нечто общее» в различных процессах движения материи, независящее от их видов и имеющее количественную меру, которую и называют энергией. Это нечто общее» выступает не как форма, или содержание конкретных процессов движения, но как ближайшая причина проявления в них различных сил, способных производить работу, в том числе и полезную для человека.
В настоящее время развитие знаний об энергии продолжается как на пути поиска ее единой физической первоосновы (сегодня в качестве такой первоосновы рассматривают, в частности, физический вакуум), так и в рамках изучения отдельных, специфических видов энергии, среди которых выделяют ее главные разновидности, или формы: механическую, тепловую, химическую, электромагнитную, гравитационную и ядерную. Одни формы энергии могут превращаться в другие в строго определенных количественных соотношениях, и эти превращения кладутся в созидательную основу энергетики человеческого общества. Вместе с тем, закон сохранения и превращения энергии, который является одним из основных законов современного естествознания, гласит, что при всех превращениях энергии общее количество ее в замкнутых, или изолированных, системах не изменяется, что накладывает определенные ограничения на возможности энергетики. Базовой отраслью экономики любого современного индустриально развитого государства является большая энергетика, или энергетическая отрасль, охватывающая своей деятельностью приобретение и использование энергетических ресурсов, выработку, накопление, преобразование, передачу, распределение и использование различных видов энергии и энергоносителей. В этой последовательности действий процесс использования (потребления) энергии и энергоносителей происходит, главным образом, вне рамок самой энергетики – у потребителей, к которым относятся физические лица (граждане) и юридические лица (субъекты общества и государства). Потребители используют энергию путем ее дальнейшего преобразования с помощью разнообразных энергоприемников искусственного и естественного происхождения в полезные физические процессы для удовлетворения своих личных и общественных потребностей. Сама же энергетика нацелена исключительно на обеспечение в целом потребностей граждан, общества и государства в базовых видах энергии. Дополнением большой энергетики является малая энергетика, развиваемая самостоятельно отдельными потребителями как в собственных интересах, так и в интересах общества.
Согласно закону сохранения энергии, энергия не может быть получена ниоткуда» и исчезнуть в никуда». Энергия может быть только преобразована из одного вида в другой, а единственным первичным источником или хранилищем энергии является окружающий нас материальный мир во всем своем многообразии. В энергетике для получения требуемой обществу полезной энергии необходимо иметь первичные энергетические ресурсы, т.е. ресурсы (от фр. ressource – вспомогательное средство), содержащие природные запасы энергии, которые могут быть преобразованы с помощью существующих энергетических технологий в полезные виды энергии.
Первичные энергоресурсы – это ресурсы, содержащие природные запасы энергии, которые могут быть преобразованы с помощью существующих энергетических технологий в полезные виды энергии
Казалось бы, что энергоресурсом может быть любое вещество. Но современные энергетические технологии не позволяют получать энергию из любого вещества. В частности, отсутствуют технологии аннигиляции вещества, а технологии термоядерного синтеза носят пока исключительно экспериментальный характер. Поэтому в настоящее время к реальным энергоресурсам, в противоположность потенциальным энергоресурсам, которые, вероятно, будут использоваться в отдаленном будущем, можно отнести достаточно ограниченный круг разновидностей вещества и поля, присутствующих в биосфере Земли или ближайшем космосе и доступных для технического использования человеком. Этот круг энергоресурсов еще больше сужается, если дополнительным критерием их использования рассматривать, помимо чисто технической возможности, экономическую эффективность и политическую целесообразность.
Первичные энергоресурсы, в отличие от экономических ресурсов (материальных, трудовых, финансовых), которые создаются в обществе, относятся к природным ресурсам – естественным ресурсам природы и среды обитания человечества, используемым последним для удовлетворения своих материальных, культурных и духовных потребностей. Эти ресурсы не создаются трудом человека, а существуют независимо от него. Помимо энергетических, к природным ресурсам относят космические, воздушные, водные, земельные, минеральные, растительные, животные и другие ресурсы. Все эти ресурсы, включая и энергетические, подразделяют, с точки зрения возможности их длительного использования человеческим обществом, на две большие группы: неисчерпаемые, срок эксплуатации которых практически неограничен и измеряется миллионами лет, и исчерпаемые, срок использования которых ограничен и во многом зависит от условий их эксплуатации.
Помимо невозобновляемых первичных энергоресурсов, которые в современной мировой энергетике используются для выработки свыше 85% всей полезной энергии, все шире применяются и разнообразные возобновляемые энергоресурсы:
б) ветроэнергоресурсы, использующие кинетическую энергию воздушных потоков атмосферы для выработки электроэнергии на ветроэнергетических установках (ВЭУ) и ветровых электростанциях (ВЭС);
в) геотермальные и геогидротермальные энергоресурсы, используемые для получения тепловой энергии с горячей водой и паром на геотермальных тепловых электростанциях (ГеоТЭС);
г) солнечное излучение, используемое для получения тепловой энергии на солнечных водяных коллекторах или электрической энергии на солнечных (СЭС) и солнечных тепловых электростанциях (СТЭС);
д) выращиваемая и затем сжигаемая в топках энергоустановок с целью получения тепловой энергии биомасса, и другие возобновляемые природные энергоресурсы.
Наряду с первичными энергоресурсами в энергетике применяются и вторичные энергоресурсы, которые появляются как отходы основного общественного производства в процессе получения или использования полезных видов энергии в самой энергетике или в других отраслях экономики. К таким вторичным энергоресурсам относятся, в частности, различные производственные отходы, пригодные для сжигания (например, опилки, мусор, автомобильные покрышки) или производства горючих газов (биоотходы, в том числе навоз), отходы, или сбросы тепловой энергии в виде горячей воды, пара или газа, пригодные, тем не менее, для дальнейшего использования, и другие энергоотходы. Вторичные энергоресурсы могут применяться как для дополнительной выработки и преобразования энергии, так и для непосредственного полезного ее использования в тех или иных технологических процессах.
Первоочередной задачей большой энергетики является получение и использование первичных и вторичных энергоресурсов для выработки двух господствующих в обществе, полезных и универсальных видов энергии – тепловой и электрической. Эта задача решается в рамках топливно-энергетического комплекса (ТЭК), в который входит топливная промышленность – комплекс отраслей, занятых добычей и переработкой соответствующего топливно-энергетического сырья (нефти, газа, угля, сланцев, торфа, древесины, урановой руды), топливоснабжающая отрасль, обеспечивающая поставку топлива по системе трубопроводного (например, газопроводами) или автомобильного транспорта и энергосистема, реализующая на большой территории (область, регион или страна) в режиме единого функционирования и управления непрерывный процесс использования первичных энергоресурсов для производства, передачи, распределения и потребления электрической и тепловой энергии.
В общем случае энергоносители можно определить как энергоресурсы, представленные в форме, позволяющей их непосредственное применение в технических системах энергосистем и потребителей для преобразования или использования содержащейся в них энергии.
Энергоносители – это энергоресурсы, представленные в форме, позволяющей их непосредственное применение в технических системах энергосистем и потребителей для преобразования или использования содержащейся в них энергии
Основными видами энергоносителей в сегодняшней малой и большой энергетике, а также у потребителей, являются жидкие и газообразные энергоносители (в частности, природный газ, мазут, вода, водяной пар и другие) и электроэнергия. Общей особенностью применения, передачи, распределения и потребления этих энергоносителей в энергосистемах и у потребителей является наличие стационарной территориально распределенной связной инфраструктуры, включающей генерирующие источники (электростанции, энергоустановки) и хранилища энергоносителей (нефте-, мазуто-, газо- и водохранилища), трубопроводный транспорт и линии электропередачи для магистральной и распределительной передачи энергоносителей, распределительные и преобразовательные станции и подстанции, пункты энергоснабжения и питающие ввода потребителей. Вся эта инфраструктура работает как единое целое под соответствующим общим оперативно-диспетчерским управлением и с необходимым соблюдением всех системных режимов функционирования. По существу такие энергетические системы подобны сложным организмам, жизнеспособность и эффективность которых зависит как от внутренних, так и внешних факторов.
Жидкие и газообразные энергоносители и электроэнергия широко используются во всех отраслях экономики, начиная от таких энергоемких, как металлургические, горнодобывающие и горноперерабатывающие, химические, машиностроительные и другие производства, и оканчивая жилищно-хозяйственным сектором, многоквартирными и индивидуальными жилыми домами. В условиях постоянного нарастающего дефицита и роста стоимости энергии и энергоносителей во всех отраслях актуален вопрос их измерения и учета с последующим управлением на основе полученных данных энергопотреблением как отдельных субъектов и отраслей хозяйствования, так и государства в целом. Завтрашний день, несомненно, сделает актуальным задачу управления энергопотреблением для союзов государств или, даже, для всего их планетарного содружества, а решение этой задачи будет достигаться путем создания глобальных автоматизированных систем контроля и учета энергоносителей (АСКУЭ).
Цель измерения, учета и управления выработкой и потреблением энергии и энергоносителей для любого индустриально развитого общества – это глобальная оптимизация энергопотребления, энергосбережение и обеспечение устойчивого экономического развития общества в эпоху наметившегося ограничения традиционных мировых энергоресурсов, бушующих энергетических кризисов и конфликтов, глобализации рынков энергоресурсов и существенного роста неблагоприятного техногенного воздействия человечества на экологию биосферы.
Статья не публиковалась ранее. Написана в 2008 г.