Мировые энергоресурсы - World energy resources
Мировые энергетические ресурсы - это расчетная максимальная мощность производства энергии с учетом всех имеющихся на Земле ресурсов . По типу их можно разделить на ископаемое топливо , ядерное топливо и возобновляемые ресурсы .
Ископаемое топливо
Оставшиеся запасы ископаемого топлива оцениваются как:
| Топливо | Доказанные запасы энергии в Z Дж (конец 2009 г.) |
|---|---|
| Каменный уголь | 19,8 |
| Газ | 36,4 |
| Масло | 8.9 |
Это подтвержденные запасы энергии; реальные запасы могут быть в четыре и более раз больше. Эти цифры очень неопределенны. Оценка оставшегося ископаемого топлива на планете зависит от детального понимания земной коры. Используя современные технологии бурения, мы можем пробурить скважины на глубине до 3 км, чтобы проверить точный геологический состав; но половина океана глубже 3 км, в результате чего около трети территории планеты недоступны для детального анализа.
Существует неопределенность в отношении общего объема запасов, но также и в отношении того, какая часть из них может быть извлечена с прибылью по технологическим, экономическим и политическим причинам, таким как доступность ископаемых месторождений, уровни серы и других загрязнителей в нефти и уголь, транспортные расходы и социальная нестабильность в регионах-производителях. Обычно самые легкодоступные месторождения извлекаются первыми.
Каменный уголь
Уголь - наиболее распространенное и сжигаемое ископаемое топливо. Это было топливо, которое положило начало промышленной революции, и его использование продолжало расти; Китай, в котором уже есть многие из самых загрязненных городов мира, в 2007 году строил около двух угольных электростанций каждую неделю. Большие запасы угля сделают его популярным кандидатом для удовлетворения потребностей мирового сообщества в энергии, за исключением проблем глобального потепления и других загрязнителей.
Природный газ
.svg)
Природный газ является широко доступным ископаемым топливом, извлекаемые запасы которого оцениваются в 850 000 км³, и, по крайней мере, намного больше, чем при использовании усовершенствованных методов выделения сланцевого газа. Совершенствование технологий и широкая разведка привели к значительному увеличению извлекаемых запасов природного газа по мере развития методов гидроразрыва сланцев. При нынешних темпах использования природный газ может обеспечить большую часть мировых потребностей в энергии в течение от 100 до 250 лет, в зависимости от увеличения потребления с течением времени.
Масло
Подсчитано, что на Земле может быть 57 ЗДж запасов нефти (хотя оценки варьируются от минимума в 8 ЗДж, состоящего из доказанных и извлекаемых запасов в настоящее время, до максимум 110 ЗДж), состоящих из имеющихся, но не обязательно извлекаемых запасов, и включая оптимистические оценки для нетрадиционных источников, таких как нефтеносные пески и горючие сланцы . Текущий консенсус среди 18 признанных оценок профилей предложения заключается в том, что пик добычи произойдет в 2020 году со скоростью 93 миллиона баррелей в день (мбд). Текущее потребление нефти составляет 0,18 ZJ в год (31,1 млрд баррелей) или 85 млн баррелей в сутки.
Растут опасения, что пик добычи нефти может быть достигнут в ближайшем будущем, что приведет к резкому росту цен на нефть . В отчете Министерства экономики, промышленности и финансов Франции за 2005 год предлагается наихудший сценарий, который может произойти уже в 2013 году. Существуют также теории, согласно которым пик мировой добычи нефти может наступить всего через 2–3 года. ASPO прогнозирует пиковый год в 2010 году. Некоторые другие теории предполагают, что это уже произошло в 2005 году. Мировая добыча сырой нефти (включая арендный конденсат), согласно данным EIA США, снизилась с пикового значения 73,720 млн баррелей в сутки в 2005 году до 73,437 в 2006 г., 72,981 в 2007 г. и 73,697 в 2008 г. Согласно теории пикового уровня добычи нефти, увеличение добычи приведет к более быстрому падению добычи в будущем, в то время как снижение добычи приведет к более медленному снижению, поскольку колоколообразная кривая будет распространяться на многие годы.
В заявленной цели повышения цен на нефть до 75 долларов за баррель, которые упали с максимума в 147 долларов до минимума в 40 долларов, ОПЕК объявила о снижении добычи на 2,2 миллиона баррелей в сутки с 1 января 2009 года.
Устойчивость
Ожидается, что политические соображения по поводу безопасности поставок, экологические проблемы, связанные с глобальным потеплением и устойчивостью , позволят отказаться от использования ископаемых видов топлива в мировом потреблении энергии. Концепция пика добычи нефти показывает, что была добыта около половины имеющихся нефтяных ресурсов, и прогнозирует снижение добычи.
Отказ правительства от ископаемого топлива, скорее всего, создаст экономическое давление за счет выбросов углерода и зеленого налогообложения . Некоторые страны принимают меры в результате Киотского протокола , и предлагаются дальнейшие шаги в этом направлении. Например, Европейская комиссия предложила, чтобы в энергетической политике Европейского союза была установлена обязательная цель повышения уровня возобновляемой энергии в общем балансе ЕС с менее 7% в 2007 году до 20% к 2020 году.
Антитезой устойчивости является игнорирование ограничений, обычно называемое эффектом острова Пасхи, который представляет собой концепцию невозможности развития устойчивости, что приводит к истощению природных ресурсов. По некоторым оценкам, если исходить из текущих темпов потребления, текущие запасы нефти могут быть полностью исчерпаны к 2050 году.
Ядерная энергия
Ядерная энергия
Международное агентство по атомной энергии оценивает оставшиеся ресурсы урана равным 2500 ZJ. Это предполагает использование реакторов-размножителей , которые способны производить больше делящегося материала, чем они потребляют. По оценкам МГЭИК, в настоящее время доказанные экономически извлекаемые запасы урана для реакторов с прямоточным топливным циклом составляют всего 2 НДж. Окончательно извлекаемый уран оценивается в 17 ZJ для прямоточных реакторов и 1000 ZJ для реакторов переработки и реакторов-размножителей на быстрых нейтронах.
Ресурсы и технологии не ограничивают способность ядерной энергетики способствовать удовлетворению спроса на энергию в 21 веке. Однако политические и экологические опасения по поводу ядерной безопасности и радиоактивных отходов начали ограничивать рост этого энергоснабжения в конце прошлого века, особенно из-за ряда ядерных аварий . Опасения по поводу распространения ядерного оружия (особенно плутония, производимого реакторами-размножителями) означают, что международное сообщество активно противодействует развитию ядерной энергетики такими странами, как Иран и Сирия .
Хотя в начале 21 века уран является основным ядерным топливом во всем мире, другие виды топлива, такие как торий и водород, исследуются с середины 20 века.
Запасы тория значительно превышают запасы урана, и, конечно же, водород в изобилии. Многие также считают, что его легче получить, чем уран . В то время как урановые рудники закрыты под землей и поэтому очень опасны для горняков, торий добывается из открытых карьеров, и, по оценкам, его примерно в три раза больше, чем урана в земной коре.
С 1960-х годов торий сжигали на многочисленных объектах по всему миру .
Термоядерная реакция
Альтернативы для производства энергии путем синтеза водорода изучаются с 1950-х годов. Никакие материалы не могут выдерживать температуры, необходимые для воспламенения топлива, поэтому его необходимо ограничивать методами, не использующими никаких материалов. Магнитное и инерционное удержание являются основными альтернативами ( Cadarache , термоядерный синтез с инерционным удержанием ), оба из которых являются горячими темами исследований в первые годы 21 века.
Сила термоядерного синтеза - это процесс, приводящий в движение солнце и другие звезды. Он генерирует большое количество тепла за счет плавления ядер изотопов водорода или гелия, которые могут быть получены из морской воды. Теоретически тепло можно использовать для производства электроэнергии. Температура и давление, необходимые для поддержания плавления, делают процесс очень трудным для контроля. Теоретически Fusion может поставлять огромное количество энергии при относительно небольшом загрязнении. Хотя и Соединенные Штаты, и Европейский союз, а также другие страны поддерживают исследования в области термоядерного синтеза (например, инвестируют в установку ИТЭР ), согласно одному отчету, неадекватные исследования тормозили прогресс в исследованиях в области термоядерного синтеза за последние 20 лет.
Возобновляемые ресурсы
Возобновляемые ресурсы доступны каждый год, в отличие от невозобновляемых ресурсов, которые в конечном итоге истощаются. Простое сравнение - угольная шахта и лес. Хотя лес может быть истощен, если им управлять, он представляет собой непрерывный источник энергии, в то время как угольная шахта, которая когда-то была исчерпана, исчезла. Большинство доступных на Земле энергетических ресурсов - это возобновляемые ресурсы. Возобновляемые ресурсы составляют более 93 процентов общих запасов энергии в США. Ежегодные возобновляемые ресурсы были умножены на тридцать лет для сравнения с невозобновляемыми ресурсами. Другими словами, если бы все невозобновляемые ресурсы были равномерно исчерпаны в течение 30 лет, они бы составляли только 7 процентов имеющихся ресурсов каждый год, если бы все доступные возобновляемые ресурсы были освоены.
Биомасса
Производство биомассы и биотоплива - растущие отрасли промышленности, поскольку растет интерес к устойчивым источникам топлива. Использование отходов позволяет избежать компромисса между продуктами питания и топливом , а сжигание метана снижает выбросы парниковых газов, потому что, хотя при этом выделяется углекислый газ, углекислый газ в 23 раза меньше парникового газа, чем метан. Биотопливо представляет собой устойчивую частичную замену ископаемого топлива, но его чистое воздействие на выбросы парниковых газов зависит от методов ведения сельского хозяйства, используемых для выращивания растений, используемых в качестве сырья для создания топлива. Хотя широко распространено мнение, что биотопливо может быть углеродно-нейтральным , есть свидетельства того, что биотопливо, произведенное с помощью современных методов ведения сельского хозяйства, является значительным чистым источником выбросов углерода. Геотермальная энергия и биомасса - единственные два возобновляемых источника энергии, которые требуют тщательного управления во избежание местного истощения.
Геотермальный
Оценки используемых во всем мире геотермальных энергетических ресурсов значительно различаются в зависимости от предполагаемых инвестиций в технологии и разведку, а также предположений о геологических формациях. Согласно исследованию 1998 года, это может составить от 65 до 138 ГВт электрической мощности «с использованием усовершенствованных технологий». Другие оценки варьируются от 35 до 2000 ГВт электрической мощности с дальнейшим потенциалом прямого использования 140 Э Дж / год.
В отчете Массачусетского технологического института за 2006 год, в котором учитывалось использование усовершенствованных геотермальных систем (EGS), был сделан вывод о том, что к 2050 году будет доступно производство 100 ГВт (гигаватт электроэнергии) или более, только в Соединенных Штатах , при максимальных инвестициях в размере 1 миллиард долларов США на исследования и разработки за 15 лет. В отчете Массачусетского технологического института подсчитано, что общие мировые ресурсы EGS составляют более 13 YJ, из которых более 0,2 YJ могут быть извлечены, с потенциалом увеличения этого показателя до 2 YJ за счет технологических усовершенствований, что достаточно для удовлетворения всех мировых потребностей в энергии в течение нескольких тысяч лет. . Общее теплосодержание Земли составляет 13 000 000 ЙДж.
Гидроэнергетика
В 2005 г. гидроэлектроэнергия обеспечивала 16,4% мировой электроэнергии по сравнению с 21,0% в 1973 г., но лишь 2,2% мировой энергии.
Солнечная энергия
Возобновляемые источники энергии даже больше, чем традиционные ископаемые виды топлива, и теоретически могут легко удовлетворить мировые потребности в энергии. На поверхность планеты приходится 89 ПВт солнечной энергии. Хотя невозможно уловить всю или даже большую часть этой энергии, улавливания менее 0,02% будет достаточно для удовлетворения текущих потребностей в энергии. Препятствия на пути дальнейшего производства солнечной энергии включают высокую стоимость производства солнечных элементов и зависимость от погодных условий для выработки электроэнергии. Кроме того, нынешняя солнечная генерация не производит электричество в ночное время, что является особой проблемой в странах с высокими северными и южными широтами; Спрос на энергию самый высокий зимой, а доступность солнечной энергии самая низкая. Это можно преодолеть, покупая электроэнергию в странах, расположенных ближе к экватору, в зимние месяцы, а также можно решить с помощью технологических разработок, таких как разработка недорогих накопителей энергии. В глобальном масштабе солнечная генерация является самым быстрорастущим источником энергии, в течение последних нескольких лет среднегодовой рост составлял 35%. Китай , Европа , Индия , Япония и США - крупнейшие растущие инвесторы в солнечную энергию. Доля солнечной энергии в общемировом потреблении электроэнергии на конец 2014 года составляла 1%.
Волновая и приливная сила
В конце 2005 г. приливная энергия произвела 0,3 ГВт электроэнергии . Из-за приливных сил, создаваемых Луной (68%) и Солнцем (32%), а также из-за относительного вращения Земли относительно Луны и Солнца, возникают колеблющиеся приливы. Эти приливные колебания приводят к диссипации со средней скоростью около 3,7 ТВт.
Другим физическим ограничением является энергия доступна в приливных колебаний океанов, что составляет около 0,6 EJ ( EXA джоулей ). Обратите внимание, что это лишь малая часть всей энергии вращения Земли. Без принуждения, эта энергия будет рассеиваться (при скорости диссипации 3,7 ТВта) примерно четыре пола - дневных периодов приливов и отливов. Итак, диссипация играет значительную роль в приливной динамике океанов. Следовательно, это ограничивает доступную приливную энергию примерно до 0,8 ТВт (20% скорости рассеяния), чтобы не слишком сильно нарушать приливную динамику.
Волны возникают из-за ветра, который, в свою очередь, происходит из солнечной энергии, и при каждом преобразовании доступная энергия уменьшается примерно на два порядка. Общая мощность волн, омывающих берега Земли, составляет 3 ТВт.
Ветровая энергия
Имеющиеся оценки ветровой энергии колеблются от 300 до 870 ТВт. Используя нижнюю оценку, всего 5% доступной энергии ветра могло бы удовлетворить текущие мировые потребности в энергии. Большая часть этой энергии ветра доступна в открытом океане. В океаны покрывают 71% планеты и ветра имеет тенденцию дуть сильнее над открытой водой , потому что есть меньше препятствий.