Со вступлением человечества около двух веков назад в эру индустриаль­ного развития перед ним регулярно возникали более или менее острые энергетические проблемы.

 До последнего времени они преодолевались, как правило, одним и тем же способом: освоением новых источниковэнергии или даже новых видов энергетических ресурсов с более высокими качественными характеристиками, открывающими простор еще более быстрому росту энергопотребления.

Пока численность людей на Земле оставалась небольшой, и потребление энергии было незначительным — в основном для приготовления пищи и обогрева, ее использование заметно не влияло ни на атмосферу, ни на гидросферу, ни на геосферу. Теперь при огромной численности населения земного шара производство и потребление энергии становятся потенциаль­но опасными как в локальном смысле, поскольку эти процессы сопровож­даются вредными выбросами в атмосферу и отравлением воздуха, так ив глобальном, поскольку существует опасность возникновения «парникового» эффекта.

Мир в настоящее время стоит перед дилеммой: с одной стороны, без энергии нельзя обеспечить материальное благополучие людей, а с другой — сохранение существующих темпов ее потребления может привести к разрушению окружающей среды и, как следствие,  снижение жизненного уровня и даже к угрозе существованию цивилизации.

Поэтому проблема поиска разумных и не грозящих тяжелыми последствиями методов энергообеспечения является в настоящее время актуар­ной и жизненно важной.

Чтобы осознать всю грандиозность данной проблемы, необходимо понять, как получают энергию и какую роль она играет в жизни человечества.

 Почти все доступные виды энергии своими истоками обязаны Солнцу (ископаемое топливо, биомасса, ветер и поступающее на Землю излучение), либо процессам космической эволюции, предшествовавшим: образованию Солнечной системы (ядерная энергия).

Если бы человечество могло использовать лишь небольшую часть солнечного излучения, поступающего на земную поверхность в течение года (что примерно в

15 ООО раз больше количества энергии, которое в настоящее время расходуется человечеством), его энергетические потребности были бы полностью удовлетворены. Однако из этого количества 30% энергии отражается обратно в космическое пространство и 50% поглощается, превращается в тепловую энергию и переизлучается.

Оставшиеся 20% солнечной радиации идут на поддержание гидрологического цикла. И только очень незначительная часть (0.06%) солнечной радиации расходуется на фотосинтез, благодаря которому на Земле существует все живое и образуются запасы ископаемого топлива.

Из всей получаемой человечеством энергии 18% приходится на восстанавли­ваемые источники (включая гидроэнергию и биомассу) и 4% — на ядерную энергию; остальное обеспечивается за счет добычи ископаемого топлива.

 К сожалению, поступление тепловой энергии от Солнца неравномерно (рис. 2.6.1).

Рис. 2.6.1 Распределение энергии, поступающей от Солнца в течение года, и потребности в ней

 

В результате огромного потребления энергии в мировом масштабе запасы ис­копаемого топлива истощаются примерно в 100 000 раз быстрее, чем они успевают накапливаться в недрах Земли.

 Доля уг­ля в мировом потреблении энергоресурсов снизилась.

Потребление нефти было мак­симальным в начале 70-х годов прошлого века, когда на ее долю приходилось более 40% (сейчас примерно 38%).

 Доля при­родного газа, как ожидается, в дальней­шем будет повышаться.

Хотя считается, что сохраняющиеся в недрах Земли запасы ископаемого топлива в пересчете на нефть составляют примерно 1.5 триллиона тон (этого количества достаточно, чтобы че­ловечество могло удовлетворять свои по­требности в энергоресурсах на протяже­нии следующих 170 лет при современных темпах потребления), они все же истощатся. Но в течение всего периода, пока эти запасы будут добываться и потребляться (т. е. полностью сжи­гаться), окружающая среда будет находиться под угрозой разрушения.

Решение энергетических проблем сегодня, как и в прошлом, зависит от технических возможностей, а также от темпов научно-технического развития страны. Большинство стран мира в настоящее время в той или иной мере стремятся:

• снизить расход энергии в различных отраслях промышленности путем ужесточения контроля за технологическими процессами, в результате чего снижается бесполезный выход (брак);

• повысить эффективность работы энергетических установок, в которых происходит преобразование энергии из одного вида в другой (повышение КПД);

• использовать вторичные энергетические ресурсы.

Вторичными энергоресурсами (ВЭР) называют все виды продукции, отходы, побочные и промежуточные продукты, возникающие в техноло­гических процессах, энергетический потенциал которых не используется в данном процессе, но может быть реализован в других процессах или агрегатах.

Использование ВЭР в промышленности является одним из значительных резервов экономии топливно-энергетических ресурсов.

По техническим параметрам ВЭР можно подразделить на три группы:

• горючие (топливные) — горючие газы плавильных печей, горючие от­ходы технологических процессов переработки углеводородного сырья, древесные отходы;

• тепловые — физическая теплота отходящих газов технологических установок, физическая теплота основной продукции и отходов, тепло­та рабочих тел систем принудительного охлаждения технологических установок, теплота горячей воды, пара, газа, отработавших в техноло­гических и силовых установках;

• избыточного давления — потенциальная энергия жидкостей и газов, имеющих избыточное давление после технологических установок, сни­жение которого необходимо перед последующей ступенью их использо­вания или при выбросе в окружающую среду.

В зависимости от видов и параметров рабочих тел различают четыре основных направления использования ВЭР.

1. Топливное — непосредственное использование горючих ВЭР в каче­стве топлива.

2. Тепловое — использование тепловой энергии горячей воды и пара, получаемой непосредственно в качестве ВЭР или при выработке их в утилизационных аппаратах за счет использования горючих и тепловых ВЭР.

3. Силовое — применение механической или электрической энергии, ге­нерированной в утилизационных установках за счет ВЭР.

4. Комбинированное — использование тепловой, механической и элек­трической энергии, вырабатываемой за счет ВЭР.