Характеристика мирового топливно-энергетического комплекса

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное агентство по образованию

ГОУ ВПО “Уральский государственный технический университет - УПИ имени первого Президента России Б.Н.Ельцина”

Электротехнический факультет

Кафедра «Автоматизированные электрические системы»

Реферат по дисциплине

«Энергоэффективность»

Характеристика мирового ТЭК

Преподаватель

Паздерин А.В.

Студент

Гр. Э-110105

Е.С. Деткова

Екатеринбург 2012 г.

Овладение источниками энергии всегда было способом выживания человечества. И ныне ее потребление остается одним из важнейших не только экономических, но и социальных показателей, во многом предопределяющих уровень жизни людей. Вот почему иногда говорят, что энергетика управляет миром.

Современная энергетика -- это комплексная отрасль хозяйства, включающая в себя все топливные отрасли и электроэнергетику. Она охватывает деятельность по добыче, переработке и транспортировке первичных энергетических ресурсов, выработке и передаче электроэнергии. Тесно взаимосвязанные друг с другом, все эти подотрасли образуют единый топливно-энергетический комплекс (ТЭК), который играет особую роль в экономике любой страны, поскольку без него фактически невозможно нормальное функционирование ни одного из звеньев хозяйства. Целью энергетики является обеспечение производства энергии путём преобразования первичной природной энергии во вторичную, например в электрическую или тепловую энергию. При этом производство энергии чаще всего происходит в несколько стадий:

– получение и концентрация энергетических ресурсов, примером может послужить добыча, переработка и обогащение ядерного топлива;

– передача ресурсов к энергетическим установкам, например доставка мазута на тепловую электростанцию;

– преобразование с помощью электростанций первичной энергии во вторичную, например химической энергии угля в электрическую и тепловую энергию;

– передача вторичной энергии потребителям, например по линиям электропередачи.

Рисунок 1 - Структура энергетики

В долгосрочной перспективе мировая система развивалась по гиперболическому закону, как показано на рисунке 2.

Рисунок 2 - Динамика потребления первичных энергоресурсов

Гиперболический рост мировой системы не является однородным. Длительные периоды сравнительно устойчивого развития (фазы развития) разделены короткими периодами фазовых переходов, когда меняется режим роста и сама основа развития социума. При этом помимо успешного фазового перехода возможны сценарии фазовой стагнации и фазовой катастрофы.

Динамика мировой системы в 1800-1970 г. определялась очередной фазой долгосрочного гиперболического роста - индустриальной. В рамках индустриальной фазы наблюдались несколько волн роста, разделенных острыми кризисами, которые сопровождались сменой парадигмы развития. Это кризис начала 1930-х гг., кризис начала 1970-х гг. и кризис конца 2000-х гг.

Кризис начала 1930-х гг. привел к тому, что резко усилилось государственное воздействие на экономику в США, Германии и СССР. Этот процесс совпал с ускоренной индустриализацией и резким ростом спроса на электрическую энергию для промышленности и нефтяное моторное топливо.

Кризис начала 1970-х гг. был вызван переходом США и Западной Европы к постиндустриальному развитию и окончанием «холодной войны». Резко активизировалось частное предпринимательство, произошла либерализация и монетизация мировой экономики, на смену кейнсианскому регулированию пришло монетаристское. Одновременно ускорилось развитие атомной энергетики, возрос спрос на газ как топливо для энергетики, обслуживающей в том числе мелкий и средний бизнес и жилищно-сервисную сферу.

Кризис 1970-х гг. был разрешен переходом к постиндустриальной фазе развития тремя путями - глобализация, информатизация и либерализация. Ключевые показатели мировой динамики после 1970 г. резко изменились. Темпы экономического роста снизились с 4-5% в год в 1945-1970 гг. до 3% в год в 1970-2010 гг. Темпы роста потребления энергии снизились с 5% в год до 2% и менее. Темпы роста населения начали упали с 2,0% до 1,3%. Но в 2000-е гг. произошло исчерпание потенциала глобализации, информатизации и либерализации. Кризис не был полностью преодолен, и это было вскрыто в ходе глобального финансово-экономического кризиса 2008-2009 гг.

Каждый кризис вызывал изменение динамики мировой энергетики, которая сходила с устойчивой траектории экспоненциального роста, характерной для докризисного периода (1945-1970, 1980-2005 гг.). В ходе кризиса темпы роста мирового энергопотребления снижались и могли становиться отрицательными, а после кризиса формировалась новая устойчивая траектория экспоненциального роста.

В перспективе 2010-2050 гг. неизбежно произойдет выход из режима индустриального роста в развивающихся странах.

Анализ технологических трендов показывает, что мировая энергетика стоит на пороге энергетической революции, содержанием которой является переход от индустриальной энергетики к постиндустриальной. Индустриальная энергетика основана на сжигании ископаемого топлива, транспортируемого на большие расстояния, и на потреблении больших объемов энергии при сравнительно слабом управлении энергетическими потоками («силовая энергетика»). Постиндустриальная энергетика основана на энергии возобновляемых источников энергии (а также, возможно, атомной энергетике), децентрализации энергии, эффективном использовании сравнительно небольших потоков энергии («умная энергетика»). Основные направления энергетической революции - повсеместное распространение технологий энергосбережения, интеграция энергетики в техносферу, распространение ВИЭ, децентрализация энергетики, создание «умных сетей» и энергоинформационных систем, «энергоэффективный дом» и «энергоэффективный город».

Рисунок 3 - Структура мирового энергопотребления

В последнее десятилетие в развитии мировой энергетики проявились некоторые важные тенденции, которые при неуправляемом течении могут угрожать устойчивости этой сферы. К таким тенденциям относятся:

Несмотря на многочисленные усилия, структура потребления энергии в мире за последние годы существенно не изменилась. Углеводороды (в первую очередь нефть) по-прежнему остаются доминирующими энергоносителями в мировом энергетическом балансе.

Таблица 1 - Структура энергопотребления первичных энергоресурсов, 2010 г

В течение 2010 года цены на нефть держались на уровне 70-80 долларов за баррель, а её мировое потребление увеличилось на 3,1 процента (до 2,7 миллиона баррелей в сутки), главным образом за счёт Китая (10,4 процента). В то же время мировая добыча нефти увеличилась на 2,2 процента, или на 1,8 миллиона баррелей в сутки.

Добыча нефти Потребление нефти

Рисунок 5 - Добыча и потребление нефти по регионам мира, 2010 г

Мировое потребление газа выросло в 2010 году на 7,4 процента - с 1984 года это самые высокие темпы роста. Мировая добыча газа увеличилась за год на 7,3 процента. Более быстрыми темпами газ добывали в Катаре (30 процентов) и в России (11,6 процента).

Рынок природного газа развивается наиболее динамично - прежде всего за счёт роста добычи сланцевого газа в США и производства сжиженного природного газа (СПГ). Ещё один фактор - увеличивающаяся разница в ценах на нефть и газ. Кроме того, заметно переключение развитых стран с потребления угля на газ, поскольку многие из них заинтересованы в снижении выбросов CO2, а при использовании газа они более чем в два раза ниже. И всё же в 2010 году выбросы CO2 выросли на 5,8 процента - главную роль в этом сыграли США, доля которых в выбросах составляет 43 процента. Эффективность борьбы за сокращение выбросов CO2 в последние годы снизилась.

Главный экономист BP отметил тенденцию к уменьшению доли европейского импорта газа из России и увеличение на 27 процентов импорта СПГ в 2010 году при росте потребления газа в Европе.

Добыча газа Потребление газа

Рисунок 6 - Добыча и потребление газа по регионам мира, 2010 г

Мировое потребление угля выросло в 2010 году на 7,6 процента, причём в Азии темпы роста были выше среднемировых: в Китае - 10,1 процента, в Индии -11 процентов. В странах ОЭСР потребление угля увеличилось на 5,2 процента. Темпы роста мирового производства угля составили 6,3 процента; 2/3 в этом росте принадлежит Китаю (9 процентов).

Добыча угля Потребление угля

Рисунок 6 - Добыча и потребление угля по регионам мира, 2010 г

В минувшем году, так же как и в целом за 10 лет, увеличилось мировое потребление гидро- и атомной энергии, а также энергии из других возобновляемых источников. Мировое производство гидроэнергии выросло в 2010 году на 5,3 процента, причём 60 процентов этого роста приходилось на Китай. Темпы роста атомной энергетики составили всего 2,2 процента - 3/4 роста обеспечено странами ОЭСР. Более быстрыми темпами росло мировое производство биотоплива - 13,8 процента, в основном за счёт США и Бразилии. Заметно в последние годы развитие ВИЭ в европейских странах, США и Китае, где им оказывается политическая и финансовая поддержка. В России же уровень такой поддержки низок.

Сложности на пути развития мирового ТЭК

• По мере удаления новых добывающих регионов от традиционных рынков сбыта требуется сооружение все более протяженных и дорогостоящих трубопроводов;

• В связи с увеличением с начала 1990-х годов числа транзитных стран и ростом числа транзитных конфликтов, все острее встают проблемы регулирования взаимоотношений между поставщиками и транзитерами;

• Некоторые пути транспортировки (например, проливы) уже достигают предела своей пропускной способности;

• Сооружение инфраструктуры в развитых странах, особенно нефтеперерабатывающих заводов и терминалов по регазификации СПГ, вызывает негативную реакцию у местного населения.

Тренды развития мировой энергетики

1). Мировая энергетика стоит на пороге энергетической революции - переход от индустриальной энергетики к постиндустриальной.

Индустриальная энергетика основана на сжигании ископаемого топлива, транспортируемого на большие расстояния, и на потреблении больших объемов энергии.

Постиндустриальная энергетика основана на энергии возобновляемых источников энергии (а также, возможно, атомной энергетике), децентрализации энергии, эффективном использовании сравнительно небольших потоков энергии («умная энергетика»).

Основные направления энергетической революции - повсеместное распространение технологий энергосбережения, интеграция энергетики в техносферу, распространение ВИЭ, децентрализация энергетики.

2). Освоение ряда месторождений со сложными условиями добычи (Арктика, глубоководный шельф, тяжелые нефти и пр.).

3). В атомной энергетике ожидается рост к 2050 г. в рамках существующей технологической основы (реакторы на тепловых нейтронах). Потребности в уране будут расти, а урановый баланс станет напряженным.

4). Рост развития возобновляемой энергетики.

Рост ВИЭ до 2015 г. будет происходить за счет ГЭС и береговых ВЭУ. В 2015-2030 гг. к лидерам роста добавятся биомасса и морские ВЭУ. Выработка солнечной энергии будет быстро увеличиваться, но ее доля будет мала. Возобновляемая энергетика к 2030 г. будет составлять 7% мирового потребления первичной энергии, а к 2050 г. - 10%.

Сланцевые месторождения

В земной коре сланцы являются наиболее распространенной осадочной породой, которые на большинстве месторождений нефти и газа создают изолирующие слои, удерживающие углеводороды в пористых коллекторах (песчаники, карбонаты и известняки). Такая “газовая шапка”, образующаяся над нефтяными залежами, обычно используется для традиционной добычи газа. Однако в ряде случаев в силу специфических природных условий сланцевые пласты могут достигать нескольких десятков метров в глубину на площади в миллионы квадратных метров и являться резервуаром газа. Сланцы богаты органическим углеродом и метаном, накапливавшимися в горных породах в течение многих миллионов лет.

Нынешний бум добычи сланцевого газа связан с другими, более древними сланцами, которые представляют собой мягкую скалистую породу и имеют слабо развитую сеть трещин, в которых содержится метановый газ. В мире запасы сланцевого газа (СГ) составляют почти 500 трлн. куб. м (традиционного, по разным оценкам, от 177,4 до 213 трлн.)

Самые крупные залежи СГ находятся в США, России, на Ближнем Востоке, в Австралии и Китае, а также Канаде, Индии, Германии, ЮАР, на Украине и в Казахстане.

В настоящее время наиболее активно оценка запасов углеводородов в сланцах ведется в Европе, Китае, Индии и Австралии, где созданы научно-исследовательские коллективы, а крупнейшие газовые компании мира получили лицензии на проведение геологоразведочных работ. По оценке “Shell”, недра Европы могут содержать 34 трлн. куб. м нетрадиционного газа, что примерно в 5 раз больше разведанных запасов традиционного газа.

Развитие и производство СГ требует значительных капитальных вложений, при этом добыча в США рентабельна при оптовой цене газа в 220,8 долл./тыс. куб. м, а в 2009 г. в РФ средняя оптовая цена газа для потребителей составила 74,5 долл. Кроме того, эксплуатация сланцевых залежей имеет смысл лишь в непосредственной близости от потребителя.

Таким образом, в России разработка нетрадиционных источников газа в районах, охватываемых Единой системой газоснабжения, в основном нерентабельна, а залежи сланцевого газа, необходимо осваивать только в тех регионах, где отсутствует развитая инфраструктура и имеются соответствующие рынки сбыта.

Основной особенностью разработки сланцевых месторождений является высокий дебит скважин в первые несколько месяцев, который затем резко снижается. Этот фактор предопределяет нестабильные экономические показатели подобных проектов. Поэтому зачастую эксплуатация сланцевых залежей предполагает необходимость дополнительного инвестирования для поддержания текущего уровня производства, что может быть весьма проблематичным для ряда компаний на фоне неблагоприятной конъюнктуры на рынке природного газа. Повышению перспективности добычи газа из сланцевых залежей способствовал технологический прорыв по ряду направлений. Прежде всего, появились технологии трехмерной сейсмической съемки, а также компьютерного моделирования продуктивных пластов. Однако основными методами, стимулирующими освоение сланцевых залежей, являются горизонтальное бурение и гидравлический разрыв пласта.

Технология горизонтального наклонного бурения (ГНБ) эффективно применялась для добычи газа из традиционных источников, угленосных и плотных пород. В последние несколько лет она стала использоваться для повышения продуктивности пластов с низкой проницаемостью, таких как сланцевые залежи. По сравнению с вертикальным бурением ГНБ обеспечивает более высокий охват пласта. При разбуривании пологих и наклонных сланцевых залежей горизонтальная скважина большой протяженности позволяет увеличить длину ствола в газоносной зоне и соответственно расширить площадь поверхности для поступления газа в скважину. Совершенствование технических методов горизонтального бурения, в частности применение двигателей - отклонителей, работающих за счет гидравлического давления бурового раствора, позволило повысить степень управления траекторией бурения.

Другим методом повышения рентабельности добычи сланцевого газа является гидравлический разрыв пласта (ГРП). Он предполагает закачку жидкости и пропана (гранул песка или иного материала, используемого для поддержания трещины в открытом состоянии) в ствол скважины через перфорационные отверстия в обсадной колонне. Жидкость разрыва может иметь водную, углеводородную или кислотную основу в зависимости от характеристик пласта. Наиболее широкое применение на сланцевых месторождениях получила первая из них ввиду низкой стоимости, высокой эксплуатационной эффективности, а также простоты обращения.

Разработка сланцевых месторождений связана с рядом экологических рисков. К их числу относятся нарушение поверхностного слоя почвы; вред, наносимый шумом и пылью, возникающими при сооружении системы энергоснабжения промысла и устройстве подъездных путей; ущерб животному и растительному миру. Однако совершенствование технологий дало возможность снизить экологические риски. В частности, защита подземных вод в ходе ГРП обеспечивается путем изоляции пластов с помощью цементного моста в обсадной колонне, а также благодаря наличию мощной толщи породы между зоной разрыва и водоносными горизонтами.

Еще одним фактором, который необходимо учитывать при анализе негативного воздействия проектов разработки сланцевого газа, является возможное извлечение на поверхность небольшого количества природных радиоактивных материалов (ПРМ) с частицами выбуренной породы или в составе пластовой воды. В некоторых случаях ПРМ могут осаждаться в виде окалины или бурового шлама. Доза излучения, генерируемого подобными материалами, является незначительной, что исключает возможность радиационного воздействия на стальные конструкции (трубы, резервуары и т. д.). Западные экологи указывают, что наибольший вред экологии приносит не столько использование больших объемов воды, сколько загрязнение водных источников. А самым опасным фактором при проведении ГРП является инициирование техногенных подвижек недр, что в ряде случаев способно вызвать сейсмические явления.

Реализация сланцевых проектов отличается от добычи традиционного газа, поскольку горизонтальная скважина, пробуренная в сланцевых пластах, дает приток газа в течение значительно более короткого промежутка времени, чем традиционная газовая скважина. Кроме того, сланцевая скважина существенно дороже. Разница в ценах компенсируется более высоким дебитом сланцевых скважин, но для обеспечения требуемого уровня добычи, необходимо бурить большое число новых скважин. По данным директора Нефтяного департамента ВНИИ “Зарубежгеология” В. Высоцкого, на начальном этапе эксплуатации дебиты сланцевых скважин составляют до 500 тыс. куб. м газа в сутки, в течение года они снижаются на 70%, а затем медленно уменьшаются до 9 - 15%, а жизненный цикл скважины стоимостью 3 - 10 млн. долл. составляет 8 - 12 лет. Однако бесспорно, что расширение производства СГ оказывает значительное влияние на темпы развития сферы СПГ.

Таблица 2 - Карта мировых запасов технически-извлекаемого сланцевого газа, 2011 г

Атомная энергетика

Атомная энергетика является одной из самых молодых и динамично развивающихся отраслей мировой экономики. Её история насчитывает лишь немногим более 50 лет. Развитие атомной энергетики стимулируют растущие потребности человечества в топливе и энергии при ограниченности невозобновляемых ресурсов. В сравнении с другими энергоносителями ядерное топливо имеет в миллионы раз большую концентрацию энергии. Немаловажно и то, что атомная энергетика практически не увеличивает «парниковый эффект».

Все большее количество стран -- и развитых, и развивающихся, -- сегодня приходят к необходимости начала освоения мирного атома. Сегодня в мире обозначилась тенденция, получившая название «ядерный ренессанс». Самые сдержанные прогнозы говорят о том, что в перспективе 2030 года на планете будет эксплуатироваться до 500 энергоблоков (для сравнения, сейчас их насчитывается 430).

Ежегодно атомные станции в Европе позволяют избежать эмиссии 700 миллионов тонн СО2, а в Японии -- 270 миллионов тонн СO2. Действующие АЭС России ежегодно предотвращают выброс в атмосферу 210 млн тонн углекислого газа.

Крупнейшая в мире АЭС -- это Kashiwazaki Kariva (Япония) мощностью 8200 МВт (7 реакторов типа BWR установленной мощностью 110--1356 МВт). Cамая крупная в Европе -- это Запорожская АЭС (Украина) мощностью 6000 МВт (6 реакторов ВВЭР-1000). В России наибольшую мощность имеют Балаковская, Ленинградская, Калининская и Курская АЭС (по 4 реактора мощностью 1000 МВт каждый).

2010 год стал наилучшим по количеству новых пусков за все десять лет XXI столетия. В строй вошли пять новых блоков: два в Китае (Lingao-3 и Qinshan II-3), по одному в России (энергоблок № 2 Ростовской АЭС), Индии (Rajasthan-6) и Южной Корее (Shin-Kori-1).

В стадии строительства в мире находятся 65 энергоблоков, причем 43 из них -- в Азии. энергоресурс мировая энергетика

Возобновляемая энергетика

Потенциал возобновляемой энергетики огромен. Так, только Солнце ежедневно посылает на Землю в 20 раз больше энергии, чем ее использует все население земного шара за год. Человек давно научился извлекать эту энергию, а технологический прогресс позволяет использовать возобновляемые источники энергии все более эффективно.

Возобновляемые источники энергии (ВИЭ) - это источники на основе постоянно существующих или периодически возникающих процессов в природе, а также жизненном цикле растительного и животного мира и жизнедеятельности человеческого общества.

Постоянно существующие или периодически возникающие процессы в природе - это энергия солнца, энергия ветра, энергия рек и водоемов ( потенциальная и кинетическая), энергия приливов и волн, геотермальная высокопотенциальная энергия.

Особым многообразным видом энергии является биомасса, включающая в себя природные и специально выращенные растения и леса (дрова), отходы животноводства, птицеводства, растениеводства, отходы перерабатывающей пищевой промышленности. Особым видом биомассы являются твердые бытовые отходы, сточные воды городов и населенных пунктов, специально выращиваемые водоросли.

Согласно классическим представлениям о возобновляемой энергетике первичных (исходных) возобновляемых источников энергии всего три: энергия Солнца, Энергия земли и энергия орбитального движения нашей планеты в солнечной системе.

В свою очередь энергия Солнца, кроме собственно “солнечной” энергии, частично превращается в рассеянную низкопотенциальную энергию воды, воздуха и поверхностного слоя земли. Часть солнечной энергии “обеспечивает” круговорот воды в природе и является основой гидравлической энергии рек; следующая часть превращается в кинетическую энергию воздуха (ветер), вызывающую также волновое движение водных масс; и последняя часть солнечной энергии через процесс фотосинтеза является основой растительного мира, который, в свою очередь, является пищей травоядных животных и насекомых.

Энергия Земли - геотермальная энергия является результатом процессов в ядре Земли и проявляется в виде парогидротерм с температурой выше 100оС, геотермальной вод с температурой до 100оС, а также через тепло сухих пород толщи земной коры.

Энергия орбитального движения нашей планеты (энергия гравитации) проявляется в виде приливной энергии.

К выводу о том, что возобновляемая энергетика является одним из путей выхода из кризиса, зарубежные политики и экономисты пришли, по крайней мере, два десятка лет назад, выделяя огромные субсидии и осуществляя всевозможные меры стимулирования развития этой отрасли. Можно просуммировать мнения многих российских специалистов, в пользу развития возобновляемой энергетики в России, не смотря на то, что наша страна является крупнейшим экспортером всех видов органического топлива.

К таковым относятся:

· возобновляемая энергетика (ВЭ) - это наиболее быстрый и дешёвый способ решения проблем энергоснабжения (электроэнергия, тепло, топливо) удаленных труднодоступных населенных пунктов, не подключенных к сетям общего пользования, фактически речь идет о жизнеобеспечении 10-15 млн. человек;

· сооружение энергетических установок возобновляемой энергетики - наиболее быстрый и дешевый способ энергообеспечения предприятий малого и среднего бизнеса, а это дополнительные рабочие места в деревнях и малых городах, где безработица - прямой путь к нищете;

· сооружение объектов возобновляемой энергетики не требует больших единовременных капитальных вложений и осуществляется за короткое время (один - три года), в отличии от 5-10 летних периодов строительства объектов традиционной энергетики;

· крупные объекты возобновляемой энергетики - это сокращение дефицита мощности и энергии в дефицитных энергосистемах, т.е. устранение препятствий в развитии промышленности (о справедливости этого тезиса будет сказано ниже);

· развитие возобновляемой энергетики - это развитие инновационных направлений в промышленности, расширение внутреннего спроса на изделия машиностроения, а также расширение экспортных возможностей. Только на основе расширения внутреннего спроса возможно устойчивое развитие страны, как справедливо утверждают настоящие экономисты всех общественных формаций.

· в технологиях возобновляемой энергетики реализуются последние достижения многих научных направлений: метеорологии, аэродинамики, электроэнергетики, теплоэнергетики, генераторо- и турбостроения, микроэлектроники, силовой электроники, нанотехнологии, материаловедения, автоматики и т.д. В свою очередь развитие наукоемких технологий имеет значительный социальный и макроэкономический эффект, в виде создания дополнительных рабочих мест за счет расширения научной и производственной, строительной и эксплуатационной инфраструктуры;

· создание возможности экспорта наукоемкого оборудования;

· повышение экологической безопасности в локальных территориях, т.е. снижение вредных выбросов от электрических и тепловых установок, что особенно актуально для городов со сложной экологической обстановкой, мест массового отдыха населения, санаторно-курортных местностей и заповедных зон;

· повышение энергетической безопасности субъектов РФ за счет диверсификации их топливно-энергетического баланса;

· отсутствие потенциальной опасности техногенной катастрофы при любом виде разрушения энергоустановок на базе ВИЭ;

· неисчерпаемость ресурсов ВИЭ.

Вклад ВИЭ в мировой энергобаланс пока невелик, около 20% конечного потребления энергии. При этом на долю биомассы и гидроэнергии, используемых традиционными способами, приходится основная часть - около 17%, на долю нетрадиционных ВИЭ - около 3%.

Размещено на Allbest.ru