Мировые энергетические ресурсы - World energy resources

Смотрите также: Энергоснабжение по всему миру и Мировое потребление энергии
Оставшееся масло: Разбивка оставшихся 57 ZJ нефть на планете. Годовое потребление масла в 2005 г. составляло 0,18 ZJ. Эти цифры связаны со значительной неопределенностью. 11 ZJ будущих добавлений к извлекаемым запасам могут быть оптимистичными.[1][2]

Мировые энергетические ресурсы - расчетная максимальная мощность производства энергии с учетом всех доступных ресурсов на земной шар. По типу их можно разделить на ископаемое топливо, ядерное топливо и возобновляемые ресурсы.

Ископаемое топливо

Основная статья: Ископаемое топливо

Оставшиеся запасы ископаемого топлива оцениваются как:[3]

ТопливоДоказанные запасы энергии в ZJ (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 для проверки точного геологического строения; но половина океана глубже 3 км, поэтому около трети территории планеты недоступны для детального анализа.

Существует неопределенность в отношении общего количества 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 добываются первыми.

Каменный уголь

Основная статья: Уголь по странам

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,[4] в 2007 году строил около двух угольных электростанций каждую неделю.[5][6] Большие запасы угля сделают его популярным кандидатом на удовлетворение потребностей мирового сообщества в энергии, если не считать проблем глобального потепления и других загрязнителей.[7]

Натуральный газ

Основная статья: Натуральный газ
Страны по доказанные запасы природного газа (2014) на основе данных The World Factbook.

Природный газ является широко доступным ископаемым топливом, его извлекаемые запасы оцениваются в 850 000 км³, и, по крайней мере, гораздо больше с использованием 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

Смотрите также: Запасы нефти и Пик добычи нефти

По оценкам, на Земле может быть 57 ЗДж запасов нефти (хотя оценки варьируются от минимума 8 ЗДж,[8] состоящие из доказанных и извлекаемых запасов на текущий момент, но не более 110 ZJ[9]) состоящий из доступных, но не обязательно извлекаемых запасов, и включающий оптимистичные 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 будет приходиться на 2020 год 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.

Растет опасение, что пиковая добыча нефти может быть достигнута в ближайшем будущем, что приведет к серьезным рост цен на нефть.[10] 2005 г. Министерство экономики, промышленности и финансов Франции В отчете предлагается наихудший сценарий, который может произойти уже в 2013 году.[11] Также существуют теории, что 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 ОВОС США данные снизились с пикового значения 73,720 млн баррелей в сутки в 2005 г. до 73,437 в 2006 г., 72,981 в 2007 г. и 73,697 в 2008 г.[12] 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 млн баррелей в сутки с 1 января 2009 года.[13]

Устойчивость

Политические соображения по поводу безопасности поставок, экологические проблемы, связанные с глобальное потепление и устойчивость ожидается, что потребление энергии в мире перейдет от ископаемого топлива. Концепция чего-либо пик добычи нефти показывает, что около половины имеющихся нефтяных ресурсов было добыто, и прогнозирует снижение добычи.

Отказ правительства от ископаемого топлива, скорее всего, вызовет экономическое давление через выбросы углерода и зеленое налогообложение. Некоторые страны принимают меры в результате Киотский протокол, и предлагаются дальнейшие шаги в этом направлении. Например, Европейская комиссия предложил, чтобы энергетическая политика Европейского Союза должен установить обязательную цель повышения уровня возобновляемой энергии в общем балансе ЕС с менее 7% в 2007 году до 20% к 2020 году.[14]

Противоположностью устойчивости является пренебрежение ограничениями, обычно называемое эффектом острова Пасхи, который представляет собой концепцию невозможности развития устойчивости, что приводит к истощению природных ресурсов.[15] По некоторым оценкам, исходя из текущих темпов потребления, текущие запасы нефти могут быть полностью исчерпаны к 2050 году.[16]

Ядерная энергия

Смотрите также: Атомная энергия и Политика в области ядерной энергии

Ядерная энергия

Смотрите также: Ядерное топливо

В Международное агентство по атомной энергии оценивает оставшиеся ресурсы урана в 2500 ZJ.[17] Это предполагает использование реакторы-размножители, которые могут создавать больше делящийся материал, чем они потребляют. IPCC по оценкам, доказанные в настоящее время экономически извлекаемые запасы урана для реакторов с прямоточным топливным циклом составляют всего 2 ЗДж. Окончательно извлекаемый уран оценивается в 17 ZJ для прямоточных реакторов и 1000 ZJ для реакторов переработки и быстрых реакторов-размножителей.[18]

Ресурсы и технологии не ограничивают способность ядерной энергетики способствовать удовлетворению спроса на энергию в 21 веке. Однако политические и экологические опасения по поводу ядерная безопасность и радиоактивные отходы начали ограничивать рост этого энергоснабжения в конце прошлого века, в частности, из-за ряда ядерные аварии. Опасения по поводу распространение ядерного оружия (особенно с плутоний производятся реакторами-размножителями) означают, что развитие ядерной энергетики такими странами, как Иран и Сирия активно не одобряется международным сообществом.[19]

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, водород в изобилии. Многие также считают, что его легче получить, чем уран. Пока урановые рудники закрыты под землей и поэтому очень опасны для горняков, торий добывается из открытых карьеров, и, по оценкам, его количество примерно в три раза превышает содержание урана в земной коре.[20]

С 1960-х годов сгорело множество объектов по всему миру. Торий.[нужна цитата ]

Термоядерная реакция

Альтернативы производства энергии путем синтеза водорода изучаются с 1950-х годов. Никакие материалы не могут выдерживать температуры, необходимые для воспламенения топлива, поэтому его следует ограничивать методами, в которых не используются материалы. Основными альтернативами являются магнитное и инерционное удержание (Cadarache, Термоядерный синтез с инерционным удержанием ) оба 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 сложным для контроля. Теоретически Fusion может поставлять огромное количество энергии с относительно небольшим загрязнением.[21] Хотя и Соединенные Штаты, и Европейский Союз, наряду с другими странами, поддерживают исследования в области термоядерного синтеза (например, инвестируют в ИТЭР объект), согласно одному отчету, неадекватные исследования остановили прогресс в исследованиях термоядерного синтеза за последние 20 лет.[22]

Возобновляемые ресурсы

Основная статья: Возобновляемый ресурс

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.[23]

Солнечная энергия

Основная статья: Солнечная энергия

Возобновляемые источники энергии даже больше, чем традиционные ископаемые виды топлива, и теоретически могут легко удовлетворить мировые потребности в энергии. 89 ПВт[24] солнечной энергии падает на поверхность планеты. Хотя невозможно уловить всю или даже большую часть этой энергии, улавливания менее 0,02% будет достаточно для удовлетворения текущих потребностей в энергии. Препятствия для дальнейшей солнечной генерации включают высокую стоимость производства солнечные батареи 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%. Япония, Европа, Китай, НАС. и Индия являются крупнейшими растущими инвесторами в солнечную энергетику. Доля солнечной энергии в мировом потреблении электроэнергии на конец 2014 года составляла 1%.[25]

Ветровая энергия

Основная статья: Ветровая энергия

Имеющиеся оценки ветровой энергии колеблются от 300 до 870 ТВт.[24][26] 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 ветер, как правило, сильнее дует над открытой водой из-за меньшего количества препятствий.

Волновая и приливная сила

Основные статьи: Мощность волны и Приливная сила

На конец 2005 г. 0,3 ГВт электроэнергии было произведено приливная сила.[27] Из-за приливные силы Созданные Луной (68%) и Солнцем (32%), а также относительным вращением Земли относительно Луны и Солнца, возникают колеблющиеся приливы. Эти приливные колебания приводят к рассеяние в среднем около 3,7 ТВт.[28]

Другим физическим ограничением является доступная энергия приливных колебаний океанов, которая составляет около 0,6 ЭДж (exaджоуль ).[29] Обратите внимание, что это лишь малая часть от общего количества вращательная энергия Земли. Без принуждения эта энергия будет рассеиваться[нужна цитата ][Конечно, возобновляемый? ] (при скорости рассеивания 3,7 ТВт) примерно за четыре полу -дневной периоды прилива. Итак, диссипация играет значительную роль в приливной динамике Мирового океана. Следовательно, это ограничивает доступную приливную энергию примерно до 0,8 ТВт (20% скорости рассеяния), чтобы не нарушать приливную динамику слишком сильно.[нужна цитата ]

Волны возникают из-за ветра, который, в свою очередь, происходит из солнечной энергии, и при каждом преобразовании доступная энергия падает примерно на два порядка. Общая мощность волн, омывающих берега земли, составляет 3 ТВт.[30]

Геотермальный

Основная статья: Геотермальная энергия

Оценки эксплуатируемых во всем мире геотермальная энергия ресурсы 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».[31] По другим оценкам, мощность выработки электроэнергии колеблется от 35 до 2000 ГВт, с дальнейшим потенциалом 140 EJ / год прямого использования.[32]

Отчет 2006 г. Массачусетский технологический институт с учетом использования Усовершенствованные геотермальные системы (EGS) пришли к выводу, что к 2050 году будет доступно производство 100 ГВт (гигаватт электроэнергии) или более, только в Соединенные Штаты, при максимальных инвестициях в исследования и разработки в размере 1 миллиарда долларов США в течение 15 лет.[33] В отчете Массачусетского технологического института (MIT) 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. .[33] Общее теплосодержание Земли составляет 13000000 ЙДж.[32]

Биомасса

Основные статьи: биомасса и биотопливо

Производство биомассы и биотоплива - растущие отрасли промышленности, поскольку растет интерес к устойчивым источникам топлива. Использование отходов позволяет избежать еда против топлива компромисс и сжигание метан сокращает выбросы парниковых газов, потому что, хотя при этом выделяется двуокись углерода, двуокись углерода в 23 раза меньше парникового газа, чем метан. Биотопливо представляет собой устойчивую частичную замену ископаемому топливу, но его чистое воздействие на парниковый газ Выбросы зависят от методов ведения сельского хозяйства, используемых для выращивания растений, используемых в качестве сырья для создания топлива. Хотя широко распространено мнение, что биотопливо можно углеродно-нейтральный, есть свидетельства того, что биотопливо, производимое с помощью современных методов ведения сельского хозяйства, является значительным чистым источником выбросов углерода.[34][35][36] Геотермальная энергия и биомасса - единственные два возобновляемых источника энергии, которые требуют тщательного управления во избежание местного истощения.[37]

Гидроэнергетика

Основная статья: гидроэнергетика

В 2005 г. гидроэлектроэнергия обеспечивала 16,4% мировой электроэнергии по сравнению с 21,0% в 1973 г., но лишь 2,2% мировой энергии.[38]

Рекомендации

  1. ^ Смил, стр. 204
    * Тестер и др., Стр. 303
    * "Ежегодный статистический бюллетень ОПЕК 2005" (PDF). Организация стран-экспортеров нефти (ОПЕК). 2005. Архивировано с оригинал (PDF) на 2007-01-31. Получено 2007-01-25.
  2. ^ «Группа по оценке мировой энергетики USGS». В архиве из оригинала на 2019-07-07. Получено 2007-01-18.
  3. ^ «Доказанные запасы энергии, Статистический обзор мировой энергетики ВР, 2010 г.» (PDF). В архиве (PDF) из оригинала от 25.08.2013. Получено 2011-03-28.
  4. ^ Средняя свалка
  5. ^ «Китай строит больше электростанций». 2007-06-19. В архиве из оригинала на 2019-06-17. Получено 2011-03-28.
  6. ^ «УГОЛЬ: очищая свое будущее». Архивировано из оригинал на 2011-04-01. Получено 2011-03-28.
  7. ^ Загрязнение китайским углем бросает глобальную тень В архиве 2019-06-29 в Wayback Machine доступ 14 октября 2007 г.
  8. ^ «Расход по топливу, 1965 - 2008 гг.». Статистический обзор мировой энергетики 2009 г., BP. 31 июля 2006 г. Архивировано с оригинал (XLS) 8 июля 2009 г.. Получено 2009-10-24.
  9. ^ «Статистика нефтегазовой отрасли». oiljobsource.com. В архиве из оригинала на 2018-04-08. Получено 2011-02-07.
  10. ^ Голд Рассел, Дэвис Энн (2007-11-10). «Нефтяные чиновники видят, что на добычу нависает предел». Журнал "Уолл Стрит. В архиве из оригинала от 08.07.2013. Получено 2011-03-28.
  11. ^ Портер, Адам (10 июня 2005 г.). "'Пик нефти становится предметом массовых дебатов ". BBC. В архиве из оригинала от 3 мая 2009 г.. Получено 2007-02-02.
  12. ^ Ежемесячный журнал International Petroleum В архиве 2010-11-16 на Wayback Machine Проверено 10 ноября 2009 г.
  13. ^ ОПЕК соглашается на рекордное сокращение добычи нефти В архиве 2019-06-29 в Wayback Machine получено 21 декабря 2008 г.
  14. ^ «Сообщение Комиссии Европейскому парламенту и Совету: Дорожная карта возобновляемых источников энергии: возобновляемые источники энергии в 21 веке; построение устойчивого будущего - COM (2006) 848» (PDF). Комиссия Европейских сообществ. 10 января 2007 г. Архивировано с оригинал (PDF) 28 января 2007 г.. Получено 2007-01-27.
  15. ^ «Основные концепции устойчивого развития для студентов-предпринимателей» (PDF). Архивировано из оригинал (PDF) на 2011-07-06. Получено 2011-03-28.
  16. ^ «Доказанные1 мировые запасы нефти и природного газа, самые последние оценки». Управление энергетической информации. Архивировано 17 февраля 2012 года.. Получено 14 ноября 2016.CS1 maint: BOT: статус исходного URL-адреса неизвестен (связь)
  17. ^ «Глобальные ресурсы Ура для удовлетворения прогнозируемого спроса: последнее издание« Красной книги »прогнозирует стабильное предложение до 2025 года». Международное агентство по атомной энергии. 2 июня 2006 г. В архиве из оригинала 5 августа 2014 г.. Получено 2007-02-01.
  18. ^ Накиченович, Небойша; и другие. «Специальный отчет МГЭИК о сценариях выбросов». Межправительственная комиссия по изменению климата. В архиве из оригинала 2018-03-01. Получено 2007-02-20. Специальный отчет о сценариях выбросов
  19. ^ «Сирия» имела скрытую ядерную схему'". Новости BBC. 2008-04-25. В архиве из оригинала 30.04.2008. Получено 2010-12-06.
  20. ^ «Thorium Power - более безопасное будущее атомной энергетики». В архиве из оригинала от 21.01.2015. Получено 2015-03-26.
  21. ^ Fusion Energy: безопасность В архиве 2011-07-20 на Wayback Machine Европейское соглашение о развитии термоядерного синтеза (EFDA). 2006. Проверено 2007-04-03.
  22. ^ "Пятьдесят лет исследований в области термоядерного синтеза в США - Обзор программ st" (PDF). В архиве (PDF) из оригинала на 2019-07-11. Получено 2011-03-28.
  23. ^ «Возобновляемые ресурсы в электроснабжении США». В архиве из оригинала 12.05.2010. Получено 2011-03-28.
  24. ^ а б Tester, Jefferson W .; и другие. (2005). Устойчивая энергетика: выбор среди вариантов. MIT Press. ISBN  0-262-20153-4.
  25. ^ http://www.ren21.net/wp-content/uploads/2015/07/REN12-GSR2015_Onlinebook_low1.pdf В архиве 2019-04-12 в Wayback Machine pg31
  26. ^ «Блок-схемы Exergy». В архиве из оригинала на 2017-09-11. Получено 2011-03-28.
  27. ^ «Возобновляемые источники энергии, Отчет о состоянии дел в мире за 2006 год» (PDF). Сеть политики возобновляемых источников энергии для 21-го века. 2006. Архивировано с оригинал (PDF) на 2011-07-18. Получено 2007-04-03.
  28. ^ Мунк, Уолтер (1998). «Бездонные рецепты II: энергетика смешения приливов и ветра». Deep Sea Research Part I: Oceanographic Research Papers. 45 (12): 1977–2010. Bibcode:1998DSRI ... 45.1977M. Дои:10.1016 / S0967-0637 (98) 00070-3.
  29. ^ Марчук, Г. и Каган Б.А. (1989) "Динамика океанских приливов", Kluwer Academic Publishers, ISBN  978-90-277-2552-3. См. Страницу 225.
  30. ^ Тестер и др., Стр. 593
  31. ^ «Все о геотермальной энергии». Ассоциация геотермальной энергии - Вашингтон, округ Колумбия. Архивировано из оригинал 29 сентября 2006 г.. Получено 2007-02-07.
  32. ^ а б Фридлейфссон, Ингвар Б .; Бертани, Руджеро; Хуэнгес, Эрнст; Лунд, Джон В .; Рагнарссон, Арни; Рыбач, Ладислав (11 февраля 2008 г.). О. Хохмейер и Т. Триттин (ред.). «Возможная роль и вклад геотермальной энергии в смягчение последствий изменения климата» (PDF). Любек, Германия: 59–80. Архивировано из оригинал (PDF) на 2011-07-22. Получено 2009-04-06. Цитировать журнал требует | журнал = (помощь)
  33. ^ а б «Будущее геотермальной энергетики» (PDF). Массачусетский технологический институт. Архивировано из оригинал (PDF) на 2011-03-10. Получено 2007-02-07.
  34. ^ Розенталь, Элизабет (2008-02-08). «Биотопливо считается парниковой угрозой». Нью-Йорк Таймс. В архиве из оригинала на 2019-08-07. Получено 2017-02-23. Требуется регистрация. «Почти все виды биотоплива, используемые сегодня, вызывают больше выбросов парниковых газов, чем обычные виды топлива, если принять во внимание полные затраты на выбросы при производстве этого« зеленого »топлива, - заключили два исследования, опубликованные в четверг».
  35. ^ Фаригон, Джозеф; Хилл, Джейсон; Тиллман, Дэвид; Поласки, Стивен; Хоторн, Питер (29 февраля 2008 г.). «Очистка земель и углеродная задолженность за биотопливо». Наука. 319 (5867): 1235–1238. Bibcode:2008Sci ... 319.1235F. Дои:10.1126 / science.1152747. PMID  18258862.
  36. ^ Сёрчингер, Тимоти; Геймлих, Ральф; Houghton, R.A .; Донг, Фэнся; Элобейд, Амани; Фабиоза, Хасинто; Токгаз, Симла; Хейс, Дермот; Ю, Тун-Сян (29 февраля 2008 г.). «Использование пахотных земель в США для производства биотоплива увеличивает выбросы парниковых газов в результате изменений в землепользовании». Наука. 319 (5867): 1238–1240. Bibcode:2008Наука ... 319.1238S. Дои:10.1126 / science.1151861. PMID  18258860.
  37. ^ «Новая математика альтернативной энергетики». В архиве из оригинала от 09.10.2009. Получено 2011-03-28.
  38. ^ «Ключевая статистика мировой энергетики 2007» (PDF). В архиве (PDF) из оригинала на 2018-10-03. Получено 2011-03-28.