Одним из наиболее совершенных видов энергии является электроэнергия. Ее широкое использование обусловлено следующими факторами:
Энергетика – область человеческой деятельности, связанная с производством, передачей потребителям и использованием энергии.
Энергосистема представляет собой 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.
Энергосбережение – организационная, научная, практическая, информационная деятельность государственных органов, юридических и физических лиц, направленная на снижение расхода (потерь) в процессе добычи, переработки, транспортировки, хранения, производства, использования и утилизации топливно-энергетических ресурсов
Топливно-энергетические ресурсы (ТЭР) – совокупность всех природных и преобразованных видов топлива и энергии, используемых в республике;
Эффективное использование топливно-энергетических ресурсов – использование всех видов энергии экономически оправданными, прогрессивными способами при существующем уровне развитии техники и технологий и соблюдении законодательства;
Нетрадиционные и возобновляемые источники энергии – источники электрической и тепловой энергии, использующие энергетические ресурсы рек, водохранилищ и промышленных водостоков, энергию ветра, солнца, редуцируемого природного газа, биомассы (включая древесные отходы), сточных вод и твердых бытовых отходов;
Вторичные энергетические ресурсы (ВЭР) – энергия, получаемая в ходе любого технологического процесса в результате недоиспользования первичной энергии или в виде побочного продукта основного производства и не применяемая в этом энергетическом процессе.
Топливно-энергетические ресурсы (ТЭР) – совокупность природных и производственных энергоносителей, запасенная энергия которых при существующем уровне развития техники и технологии доступна для использования в хозяйственной деятельности предприятий, транспорта, жилищно-коммунальном комплексе.
Топливно-энергетические ресурсы характеризуются следующими показателями: 1) первичной энергией – энергией, заключенная в ТЭР, 2) полезной энергией – энергией, теоретически необходимой (в идеализированных условиях) для осуществления заданных технологических процессов или выполнения работы и оказания услуг.
Топливно-энергетические ресурсы подразделяются на истощаемые, возобновляемые и вторичные.
Истощаемыми топливно-энергетическими ресурсами являются запасы природных ископаемых, использующиеся в качестве сырья для производства энергии (уголь, нефть, расщепляющиеся материалы и др.)
По определению, даваемому законом Республики Беларусь «Об энергосбережении», под нетрадиционными и возобновляемые топливно-энергетические ресурсы – природные энергоносители, постоянно пополняемые в результате естественных (природных) процессов. Возобновляемые ТЭР основаны на использовании:
• источников энергии: солнечного излучения, энергии ветра, рек, морей и океанов, внутренней теплоты Земли, воды, воздуха;
• энергии естественного движения воздуха, водных потоков и существующих в природе градиентов температур и разности плотностей;
• энергии биомассы, получаемой в качестве отходов растениеводства и животноводства, искусственных лесонасаждений и водорослей;
• энергии от утилизации отходов промышленного производства, твердых бытовых отходов и осадков сточных вод;
• энергии от сжигания растительной биомассы, термической переработки отходов лесной и деревообрабатывающей промышленности.
Важность использования нетрадиционных и возобновляемых источников энергии обосновывается тем, что постоянный прирост производства энергии практически невозможно обеспечить без использования новых источников энергии. Кроме того, очень важным является то, что наращивание производства энергии такими темпами за счет сжигания топлив может привести к серьезным экологическим последствиям в силу загрязнения окружающей среды продуктами их сгорания (например, к парниковому эффекту). Поэтому одним из существенных преимуществ нетрадиционных и возобновляемых источников энергии является их экологическая безопасность.
Топливом называют вещество, выделяющее при определенных условиях большое количество тепловой энергии, которую используют в различных отраслях народного хозяйства.
Энергия из топлива выделяется, как правило, в процессе горения. Горение, физико-химический процесс, при котором превращение вещества сопровождается интенсивным выделением энергии и тепло- и массообменом с окружающей средой. Наиболее обширный класс реакций горения - окисление углеводородов (горение природных топлив), водорода, металлов и других веществ.
Топливо по агрегатному состоянию делят на твердое, жидкое, газообразное, а по способу получения – на естественное: уголь, торф, сланцы, природный газ и искусственное (синтетическое и композиционные): топливные брикеты, дизельное и соляровое топливо, мазут топочный и бытовой, топливные эмульсии и суспензии.
В состав твердого и жидкого топлива входят горючие элементы: углерод С, водород Н, сера S, а также негорючие элементы (внутренний и внешний балласт) – кислород О, азот N, влага W и зола А. Топливо, которое используется для сжигания, называется рабочим.
Ядерное топливо – вещество, в котором протекают ядерные реакции с выделением полезной энергии. Различают делящиеся вещества и термоядерное горючее. Делящиеся вещества (делящиеся материалы) содержат нуклиды, способные к ядерной цепной реакции деления; чаще всего это 235U или 239Pu, также может быть использованы 233U или 241Pu. Кроме того, в делящихся веществах присутствуют 238U или 232Th, которые сами по себе не способны к самопроизвольной цепной реакции деления, однако в результате ядерных превращений под действием нейтронов могут быть превращены в нуклиды, способные к такому делению.
По химическому составу ядерное топливо может быть металлическим (в т. ч. из сплавов), оксидным, карбидным, нитридным и другим. В промышленных масштабах в качестве делящегося вещества в ядерном топливном цикле применяют 235U и 239Pu. Теплотворная способность делящихся материалов почти в 2•106 раз выше, чем у бензина, энергетические ресурсы разведанных запасов делящихся материалов составляют, по оценке, до 1019 МДж.
Количество теплоты[4], выделяемое при полном сгорании единицы топлива, называется его теплотворностью, или теплотой сгорания и измеряется в кДж/кг или кДж/м3. Теплота сгорания – основной параметр органического топлива, характеризующий его энергетическую ценность,
Различают высшую и низшую теплоту сгорания. Высшей теплотой сгорания топлива Qв называют количество теплоты в кДж, выделяемое 1 кг (или 1 м3) рабочего топлива при условии, что все водяные пары, образующиеся от окисления водорода и испарения влаги топлива, конденсируются. В реальных условиях все водяные пары уходят в атмосферу, не сконденсировавшись, и поэтому для расчетов используют низшую теплоту сгорания топлива. Низшей теплотой сгорания топлива Qн называют количество теплоты в кДж, выделенное 1 кг (или 1 м3) рабочего топлива, без учета конденсации водяных паров. Теплота Qвменьше Qн на теплоту парообразования водяных паров (2460 кДж/кг).
Зольность - отношение массы негорючего остатка (золы), полученной после выжигания горючей части топлива, к массе исходного топлива. Обозначается символом A (лат.) и выражается в процентах. Для всех типов твёрдых топлив зольность - один из основных нормируемых показателей характеристики и оценки их качества. Повышение зольности снижает тепловой эффект сжигания топлив, удорожает (как балласт) стоимость их транспортировки, отрицательно отражается на технологии процессов переработки и качестве получаемых продуктов (кокса, полукокса и др.).
Теплота сгорания твердого и жидкого топлива определяется сжиганием 1 г топлива в калориметрической бомбе, заполненной кислородом, которая помещается в сосуд (калориметр) с водой, а приращение температуры воды измеряется термометром. Теплота сгорания газообразного топлива определяется в калориметре путем сжигания исследуемого газа в воздушной среде. Теплота сгорания некоторых видов топлив указана в таблице 1.
Учет запасов разных видов топлива ведут в пересчете на условное топливо – гипотетическое топливо, теплота сгорания которого принимается равным 29 308 кДж/кг (7000 ккал/кг). Условное топливо – это принятая при технико-экономических расчетах единица, служащая для сопоставления тепловой ценности различных видов органического топлива. Для численного перевода реального (натурального) топлива Вн в условное – Ву, используют тепловой эквивалент (калорийным коэффициентом) Э = Qн / 29308, и тогда Ву = Вн Э (Таблица 2).