Бъдещето на твърдите горива като енергиен източник и проблеми свързани с използването им по Регионална въглищна геология



Дата25.10.2018
Размер457.5 Kb.
#97731



Р е ф е р а т

Тема: Бъдещето на твърдите горива като енергиен източник и проблеми свързани с използването им

по Регионална въглищна геология

Ръководител: д-р Ирена Костова

София, 2003г.


Експлозията на цените на петрола в последно време дадоха ясно да се разбере, че енергията е скъпа стока. Нереалистично е да се очаква, че тя някога ще поевтинее, защото природните запаси са на изчерпване. Атомната енергия е свързана с проблема за съхраняване на радиоактивните отпадъци. Вятърът и водата не достигат, за да бъде задоволен гладът на човечеството за енергия.
Енергията е двигател на цивилизацията. Бъдещето на човечеството зависи от това с какво количество енергия то ще разполага.
Твърдите горива като основни химични ресурси, икономически и екологични проблеми,
Енергийният потенциал на нашата планета се състои от различни източници на енергия

  1. Тези, които са неизчерпаеми и ще съществуват докато съществува Земята- Слънце, вода, вятър, морски приливи и отливи

  2. Невъзстановими източници на енергия, свързани с добива на полезни изкопаеми: нефт, въглища, природен газ, уран.

1925-30 г. основните източници на енергия са били въглищата и дървата; от 50-те г. до днес течните горива са основни. 1970 г. общата консумация на течни горива е ~60%

1920 г. - 76% въглищата са участвали в общото потребление на Земята; 0,7% - торф; 17,6% - дърва ; 1,7% хидроенергийни източници(ВЕЦ).

1950 г. – 54,2% - въглища, 23,8% - нефт, 9% - природен газ.

1995 г. - 25% - въглища, 38% - нефт, 22% - природен газ, 5% - торф и дърва, 4% - хидроенергия.

Редица учени прогнозират, че в началото на 21в. заедно с увеличението на населението на Земята ще се стигне до значителна промяна в съотношението на тези изчерпаеми ресурси.



Въглищата ще продължават да се използват и след 2100г.

Енергийният потенциал на дадено гориво се определя от :

  1. Наличието на запаси от енергийната суровина

  2. Динамиката на добива

  3. Динамиката на потреблението.

Световните запаси на въглища варират 13-23 млрд.т. Разпределението на световните запаси изглежда така: Азия е с най-много запаси от въглища със своите: Кузнецки, Карагандински, Улугхемски, Южно-Якутски, Таймирски и Тунгуски в бившия СССР; Шанси, Датун – в Китай; месторождения Бокаро, Ранигандж и Джария – в Индия; Табун –Тологойски – в Монголия; Кермански – в Иран.

В Северна Америка основните въгленосни басейни са: Апалачки, Западен, Северен и Централен, Юнита и Гриин –Ривър – в САЩ, басейн Алберта и неголеми месторождения в западна Канада. В Африка – басейн Витбанк и Саби, в ЮАР и Зимбабве.

В Австралия известните басейни са Нов Южен Уелс и Голямата Синклинала.

Цифрите в проценти показват, че 57% от запасите са съсредоточени в Азия, 30 % са за Северна Америка, на останалите континенти се полагат 13%. На фигурата процентите са с по-регионален характер.

Интересен е факта, че 15% от площта на сушата е заета от въгленосни формации. Средната въгленосност за света на единца въгленосна площ е 2млн.т/кв.км.

Статистиката сочи, че през 2000г. потреблението на населението за страната ни е: 6 725 хил.т. въглища, 2 935 хил. т. природен газ, 5 453 хил. т. нефт или 19 218 хил. т. нефтен еквивалент.

В миналото въглищата се използват главно за морски и ЖП-транспорт. Днес това е рязко съкратено и нараства потреблението за ТЕЦ, коксо-химическата промишленост, за производство на бездимно гориво, синтетични течни горива, безсерен кокс,; при коксуването се получава амоняк, бензол, смоли, черна битумна хартия за покриви, нафталин, различни видове бои. От лигнитни и кафяви въглища при екстракция се получават полукокс, катран, нитрохуминови торове, восъци. При втечняване се получават различни горива. От черни въглища при коксуване се получава бензол и др. , при сулфиране – сулфокатиони, при хидрогенизация - различни горива, при лазерна обработка – водород, сажди, и др. , при газификация – течно гориво. От антрацитните въглища – различни горива, графити.




      • КАМЕННИ ВЪГЛИЩА



Основният компонент на каменните въглища е химичният елемент въглерод. Според вида си въглищата съдържат 40-90% въглерод. Понякога ги наричат “черни диаманти”.




ЕНЕРГИЯТА НА ВЪГЛИЩАТА
Не е известно кога за пръв път човекът е открил, че въглищата горят. Знае се, че преди около 4000 години келтите в Уелс са правели погребалните си клади с въглища, но няма сведения дали са ги използвали и за отопление и готвене. Преди около 2000 години римляните и древните елини също са използвали въглища. Когато се завръща от легендарното си пътешествие през 13 в. Марко Поло съобщава, че в Китай познават въглищата. Индианците хопи, населяващи югозападните райони на днешните САЩ, си служили с въглища за отопление и приготвяне на храна още през 12 в. В Лондон започват да употребяват въглищата като гориво едва през 13 в. Въглищата са използвани като източник на топлина в продължение на много векове, но едва през последните 200 години те се превръщат във важен енергиен източник. Повратният момент настъпва с Индустриалната революция, когато са изобретени машини, задвижвани от горящи въглища.

Днес въглищата са главен енергиен източник за много държави по света. Те са толкова предпочитани, че дори страни, в които няма залежи от въглища, внасят това гориво от чужбина. Пример за висок дял(74%) на черните диаманти е ЮАР (фигурата по-горе).

Сега с въглища се осигурява около 25% от цялата световна енергия.




  • ЛИГНИТНИ, БИТУМИНОЗНИ И АНТРАЦИТНИ ВЪГЛИЩА



Циклотема
Дебелина и изменение в пространството ; характер на прехода от постилащите скали и покривка; ландшафтни условия, качествени и количествени характеристики на въглищата; степен на въглефикация и катагенеза на вместващите скали; условия на залягане, съвременни контури на въгленосната площ. Всички тези показатели се използват за характеристика на въгленосната фракция. Важна особеност е наличието на повтаряемост на различните литоложки разновидности и наличието на различни въглищни пластове. В литературата се срещат цикъл, ритъм на седиментация. Под ритъм се разбира явлението на седиментообразуване свързано с колебателните движения. Ритмите се повтарят с отместване във времето и пространството на промените в отлагане на отделните литоложки разновидности. Това е свързано с трансгресия и регресия. Още през 1912 г.се установява, че въглищните пластове имат определени цикли като всеки цикъл започва с континентална седиментация с пясъчници в основата, следвани от пясъчни глини, “постилащи” глини, въглища, глини, пясъчни глини, пясъчници. Най- общо този цикъл може да продължи до евентуално потъване, когато ще последва морска седиментация и в/у въглищата ще се отложат черни тънкослойни глини, шисти, варовици. По-късно се въвежда понятието “циклотема”, за която е необходим пълен набор от скали. В най-прост вид : пясъчници в основата, песъчливи глини, постилащи глини, въглища, глинести шисти и варовици.

ЛИГНИТНИ ВЪГЛИЩА
Въглищата са няколко вида. Някои от тях съдържат по-голямо количество влага и са кафяви на цвят. Обикновено се намират наблизо до земната повърхност. По тази причина те са били подложени на по-малко налягане. От друга страна, близостта им до земната повърхност дава възможност за по-лесно и по-евтино добиване. Поради голямото съдържание на сяра тези въглища не изгарят напълно и са причина за замърсяване на околната среда. Кафявите въглища се наричат лигнитни. От тях има големи залежи в Европа (особено в Германия, Полша, Чехия и Словакия) и в Австрия.
БИТУМИНОЗНИ ВЪГЛИЩА
Те са черни на цвят. Намират се по-дълбоко в земята и са били подложени на по-голямо налягане, отколкото лигнитните. Те са по-твърди и с по-малко съдържание на вода. Съдържат по-голямо количество въглерод. Ето защо битуминозните въглища са по-добро гориво от лигнитните. Те изгарят по-пълно и при горенето се достига по-висока температура. Този вид въглища са в най-голямо количество и техните залежи се срещат на много места по целия свят.

АНТРАЦИТНИ ВЪГЛИЩА
Най-качествени са антрацитните въглища. Те са твърди, черни, с брилянтна лъскавина. Антрацитът е толкова твърд, че по него не остават следи от одраскване. Понякога се използва дори в бижутерията. Съдържанието на въглерод е много високо (до 90%) и горят много добре. Залежите им обикновено са на тънки пластове дълбоко в земните недра. Затова се добиват трудно и са скъпи.

Различните видове въглища са на различна възраст. Лигнитните са млади – образували са се преди около 74 милиона години. Антрацитните са най-стари – на около 300 милиона години.



Когато най-напред започнали да използват въглищата като гориво, хората ги добивали от повърхностни находища, разкрити под действието на природните сили. Нерядко въглищните пластове могат да се покажат на повърхността от земетресенията, действието на океанските вълни върху крайбрежната ивица и дори от ерозията от ветрове и дъждове.


ПОДЗЕМЕН ВЪГЛЕДОБИВ


В първите подземни мини миньорите копаели, следвайки залягането на въглищния пласт, показал се на повърхността. Тези мини приличат на големи кладенци с формата на обърната камбана. В една такава мина едновременно можели да работят само 2-3 души, винаги под заплаха от срутване.

Днес въглища се добиват основно по два метода: подземен и открит добив. При подземния добив се пробиват дълбоки вертикални шахти, а въглищата се добиват в хоризонтални тунели (забои), които се разклоняват от шахтата и следват залягането на въглищния пласт. Миньорите къртят късове от челото на въглищния пласт в забоя. Таванът се укрепва със специални подпори, за да не се срути. В някои въглищни мини вертикалните шахти са дълбоки повече от един километър, а дължината на забоите достига няколко километра.
ОТКРИТ ВЪГЛЕДОБИВ
При открития добив се копаят въглища от пластове, които са разположени съвсем плитко под земната повърхност. Независимо от това някога дълбочината на откритите мини може да достигне и 300м. С помощта на огромни машини въглищата от откритите мини се добиват по-бързо и по-евтино отколкото от дълбоките забои. Но в околната среда остават грозни следи от тази човешка дейност, които могат да причинят сериозни щети от ерозия. При подземния добив природата се разрушава по-малко , но метода е по-скъп и опасен.


  • Енергия от въглища

Топлината от горенето на въглищата може да се използва за работа. При парните машини топлината, водата се превръща в пара, която после се впряга в работа. В първите съвременни парни машини като гориво са използвани въглищата. Днес за получаване на пара се ползват и други горива, но въглищата заемат важно място м/у тях.

Водата се превръща в пара, т.е. при завиране и кипене преминава от течно в газообразно състояние. Ако процесът протича в затворен съд, какъвто е парния котел, при разширението си парата може да се отвежда с тръби и да върши механична работа.


ПАРНИ ТУРБИНИ
В първите парни машини парата е движела бутала, които от своя страна са задействали машините. Преди около 100 години е изобретен по-осъвършенстван тип парни двигатели без бутала. Те издухват парата направо върху едно турбинно витло. Машините се свързват с турбината и се задвижват при въртенето им. В Много съвременни електрически генераторни централи все още се използват парни турбинни генератори за производство на електричество .

Топлината, отделяна при горенето на въглищата, е много по-голяма отколкото при изгаряне на дърва или дървени въглища. по-високите температури дават възможност за изработване на по-доброкачествени метали с по-голяма якост. Те се използват при създаването на много машини и продукти. И всичко това е станало възможно само с по-голямата топлина, отделяна при изгарянето на каменните въглища.


КОКС
Дървените въглища са осъвършенстван вариант на дървата като гориво , а коксът – на каменните въглища. процесът за производството му е подобен на този за производство на дървени въглища. каменните въглища се нагряват при контролиран процес без достъп на въздух, като се отстранява влагата от тях и се освобождават примесите под формата на газ, който също може да служи за гориво. Полученият след процеса твърд продукт е кокс. Той изгаря по-чисто и дава по-голяма топлина от въглищата.


  • Революция в горивата

Въглищата са горивото, което направи възможна индустриалната революция. По онова време добиваните в мини въглища се смятат за лесно използваемо гориво. Те могат да се транспортират навсякъде, където са необходими. С тях се произвежда повече енергия, отколкото с всяко друго познато по онова време гориво. Те са много по-ефективни като енергиен източник от вятъра и водата и много бързо ги изместват.

Първите парни машини са неподвижни. Това са парни двигатели на помпи за изваждане на водата от мините. Скоро неподвижните парни двигатели намират разнообразно приложение за задвижване на стругове, тъкачни станове, мелници и най-различни машини.
ЛОКОМОТИВИ И ВЛЕКАЧИ
През 1829 г. Стивънсън построява знаменития си локомотив “Ракета”. В железопътния транспорт парните двигатели намират първото си и най-успешно приложение. Влаковете, задвижвани от парата били много по-бързи от всички известни дотогава транспортни средства. “Ракета” достига нечуваната за това време скорост от 35мили/час (над 56 км/ч). Стивънсън доказва , че за един ден железопътния транспорт могат да се превозват хора и товари по-далече, отколкото с всяко друго превозно средство. В продължение на повече от 100 години парният локомотив е основен източник на двигателна енергия в железниците.

Парните локомотиви били твърде големи тежки за непавираните пътища от 19 в. Вместо тях в селското стопанство се използвали парни влекачи. Те теглели големите рала и вършачки. Такива машини замествали в работата много хора и товарни животни. Те са прототип на съвременните селскостопански трактори.


Екологични проблеми
Хората са разчитали на природни въглеродни запаси от първобитни времена. Homo sapiens е започнал да разваля въздуха на планетата още от ония далечни времена, когато първобитния човек от каменната епоха е опекъл първата си пържола от еленско месо върху жарта в пещерното си огнище и саждите от тези огньове са зацапали великолепните му пещерни рисунки в южна Франция. Това е може би първото повреждане на недвижимо имущество от замърсяване на атмосферата.

Феномена на глобално затопляне сега е извикало масова бъркотия тъй като, за първи път в човешката история, нашия прогрес зависи от щедрия въглерод. За да се спре дестабилизацията на климата, всяка страна скоро ще трябва да намалява въглеродните емисии от 60-80 процента, според Worldwatch Институт. В Централна и Източна Европа. (CEE), Най-добрите предложения са произхождали от 11 страни което подписа Киото-вия Протокол, който заложи да намали техните въглеродни емисионни нива от1990 до 2012.

Глобалният проблем за опазване и възстановяване на природната среда на Земята и рационалното комплексно използване на природните ресурси е една от фундаменталните задачи на човешкото общество днес.


Проблемите свързани с въглищата като енергиен обект на човешката дейност се придържат към три основни аспекта:


  1. Опазване и изчистване на обработваемата земя

  2. Пълноценно възстановяване на земята след експлоатация

  3. Атмосферно и др. замърсяване при изгарянето


Замърсяване на атмосферата, дължаща се на човешките дейности

През 1257 г. английската кралица избягала в Нотингам, за да търси спасение от гъстите облаци дим от горящите каменни въглища. През 1306 г. Британския парламент приел закон, според който се обявявало за незаконно фурните в Лондон да се палят с каменни въглища. Известно е, че най-малко един нарушител на този закон е бил подложен на мъчение. Както и да е било, едва след Индустриалната революция замърсяването на въздуха достига такива размери, че наистина става опасно за здравето на широки обществени слоеве. През 1909 г. в Глазгоу, Шотландия замърсяването на въздуха е причина най-малко за 1063 смъртни случая. Във връзка с това Н. Де Вьо подхвърля термина “смог”, получен от съкращаването и сливането на думите “смоук” и “фог” (пушек – мъгла).

През последните няколко десетилетия замърсяването на атмосферата става все по-застрашително.



Основни замърсители на въздуха:

Главните, дължащи се на човешката дейност замърсители на атмосферата са: въглеродния окис, серните окиси, въглеводородите, финоразпрашените вещества и азотните окиси.

На челно място сред промишлените производства, които замърсяват атмосферата на САЩ, са ТЕЦ. Всяка година те изхвърлят по 15,7 млн. тона замърсители преди всичко поради употребата на каменни въглища. При изгарянето на 1 тон каменни въглища се получават 91 кг фино разпрашени вещества (пепел) и 22 кг серни и азотни окиси.

Замърсяването на въздуха обаче предизвика вече гибелта на един европейски град – Кнапзак във Германия. Той беше официално обявен като негоден за живеене в началото на 1973 година. След като гражданите се изнесли, къщите на града били системно разрушавани една след друга. Списание “Околна среда” съобщава: “Градецът беше умъртвен от замърсяването на въздуха от “ Кнапзак АД ” – втория по големина фосфатен завод в света. Заводът продължава да изхвърля в атмосферата тонове киселини, SO2 , фосфати и въглищен прах. Служители на компанията твърдят, че вече са изразходвали 12 млн. долара за смекчаване на последствията от замърсяването и че не е възможно по-нататъшното му намаляване.




  • Къде сме ние

Особено място заема въпросът за очистване и опазване на обработваемата земя, още повече, че у нас тя е абсолютно и относително ограничена. Важен аспект в решаването на този проблем е пълноценното рекултивиране на нарушените при открития въгледобив земи и създаването на следвъглищни ландшафти, близки до тези, заемали територията на района преди започването на минно-добивните работи.

Мини Марица Изток” ЕАД, си дава сметка за противоречивата си същност на създател и разрушител едновременно – от една страна да осигури въглища за енергийното стопанство, от друга –да възстановява земите след изземване на въглищата и да възвърне тяхната плодородност.
До сега, завземаните земи по площ значително надвишават връщаните. Това се дължи, преди всичко, на специфичните особености на вместващите скали, особено на тези, от горнището на пласта. Физико-механичните им характеристики изискват изключително малък генерален ъгъл на откоса (около 3о), което води до огромен по площ котлован, необходимост от отсипването на значителни обеми разкривка на външни насипища на рудниците. Разбира се, не малка роля играят и технологичните решения за водене на минните работи. С развитие на минните работи проектните разработки предвиждат, че около 2006 г. площите на отчуждаваните и рекултивираните земи ще се изравнят, а след това връщаните земи по площ ще превишават завземаните.

При разкривките и изземването н авъглищата не само се унищожава напълно почвеният слой и съществуващите биоценози, но съществено се нарушава и скалния фундамент, което изменя коренно релефа на ландшафтите. Изнасянето на земната повърхност на дълбокозалягащи разнообразни скални материали предизвиква ускоряване и изменения на ландшафтно-геохимичните процеси и миграция на елементите.

Възстановяването на нарушените терени се извършва на два етапа. Първият етап включва техническата рекултивация, при която се подравнява и оформя теренът в окончателния му вид. Вторият етап цели биологичната рекултивация, обхващаща комплекс от агротехнически, технологични и мелиоративни мероприятия за възстановяване продуктивността на земите. Известно е, че подхумусният пласт се формира от седиментите на надвъглищната Гледаческа свита, които представляват различно оцветени глини, повече или по-малко песъчливи и варовити. По данни от експерименталните изследвания на института “Пушкаров” ио други организации глините от разкривката, с изключение на черните, освен по недостиг на хранителни вещества, по механичен състав, водно физични свойства, киселинност и др. са близки до естествените почви в райони. Основен проблем на рекултивацията е недостатъчното количество на хумус, поради естествено малката дебелина на ембрионалната почва (5-10 см) върху значителна част от почвите, наличието на населени места, гори, водни обекти, ровини, пътища и други необработваеми земи.
За да се съгласуват интересите – в териториален разрез на добива на въглища от една страна, с опазването и стопанисването на територията и населените места от друга страна, се изготвя Териториално-устройствен план на района на Източно-маришки въглищен басейн.

Крайният резултат в устройствените решения е възстановяването или създаването на близки до предишните компоненти на природната среда и условия, стабилизиране на демографските процеси и на социално-икономическата структура.



7.05.2003

използвана литература:




  1. Севдалина Вълчева, Петър Петров, Евелина Джурова, Параскев Петров, Лили Алексиева, Асен Асенов, Георги Рачев, Антон Попов. Геоекологични аспекти на минната дейност на енергийния комплекс “Марица Изток”; 50 години специалност геология – юбилеен сборник- 1997г.;, с.39-40.

  2. Джон Гарланд;, Опазване на природата и околната среда-2 част; 1991г.

  3. http://www.marxists.org/glossary/media/places/u/ussr/1982/coal-minerals.jpg

  4. http://www.rec.org/REC/Bulletin/Bull83/carbon.html

  5. http://www.marica-iztok.com

Каталог: files -> su files
su files -> "Икономиката е история на човешката трудова дейност." Маршал
su files -> Календар и хронология Астрономични основи на календара
su files -> 1. предмет и задачи на историчната геология
su files -> Икономика на околната среда: Преглед
su files -> Регулиране на пазара: информация и несигурност
su files -> 1. Същност предмет и задачи на екологията. Етапи на формиране място сред другите науки, подразделения, основни методи и значение
su files -> Отлики и единство на цивилизациите От праистория към история
su files -> Карл Велики е един забележителен за времето си властелин
su files -> Панславизмът е културно-политическо движение, имащо за цел освобождението, а след това политическото, културното и икономическото обединение на славяните


Сподели с приятели:




©obuch.info 2024
отнасят до администрацията

    Начална страница