Глобальное моделирование. Модели Дж. Форрестера «Мировая динамика» (1970), работы Д. Медоуза «Пределы роста» (1972) и «За пределами роста»

     К топливно-энергетическим ресурсам относятся:

     - различные виды топлива: каменный  и бурый уголь, нефть, горючие  газы, горючие сланцы, торф, дрова;

     - энергия падающей воды рек, морских приливов, ветра;

     - солнечная и атомная энергия. 

     Добычей и использованием различных видов топливно-энергетических ресурсов занимается энергетика.

     Топливно-энергетические ресурсы региона (около 30% прогнозных запасов топливно-энергетических ресурсов европейской части России) представлены крупнейшими запасами нефти, природного газа (Тимано-Печорская и Баренцево-Карская провинции), угля (Печорский бассейн), горючих сланцев, торфа.

     На  севере-востоке района расположен Печорский  угольный бассейн, площадью 100 тыс. кв. км. Общие геологические запасы углей  в Печорском бассейне составляют 214 млрд. т. Основные месторождения –  Воркутинское, Усинское, Харьягинское, Интинское, Юнъягинское, Воргашорское. Примерно 50% углей бассейна составляют коксующиеся угли. Теплотворная способность  их колеблется от 4 до 7,5 тыс. ккал, мощность пластов достигает 1 м, а глубина  залегания от 150-550 м. Однако в сравнении  с углями других угольных бассейнов  их себестоимость высока, что связано  с условиями Заполярья, сложными горно-геологическими условиями добычи вследствие значительной водоносности угленосной толщи и наличия вечной мерзлоты.

Рис.1. Добыча угля, млн.т.

     Уголь был первым из используемых человеком видов ископаемого топлива. Он позволил совершить промышленную революцию, которая в свою очередь способствовала развитию угольной промышленности, обеспечив её более современной технологией. В 1960 году уголь давал около половины мирового производства энергии, к 1970 году его доля упала до одной трети.

Уголь, подобно нефти и газу, представляет собой органическое вещество, подвергшееся медленному разложению под действием биологических и геологических процессов. Основа образования угля — растительные остатки.

Каменный  уголь — осадочная порода, представляющая собой продукт глубокого разложения остатков растений (древовидных папоротников, хвощей и плаунов, а также первых голосеменных растений). Большинство залежей каменного угля было образовано в палеозое, преимущественно в каменноугольном периоде, примерно 300—350 миллионов лет тому назад.

     По  химическому составу каменный уголь  представляет смесь высокомолекулярных полициклических ароматических соединений с высокой массовой долей углерода, а также воды и летучих веществ с небольшими количествами минеральных примесей, при сжигании угля образующих золу. Ископаемые угли отличаются друг от друга соотношением слагающих их компонентов, что определяет их теплоту сгорания. Ряд органических соединений, входящие в состав каменного угля, обладает канцерогенными свойствами.

     Бурый уголь — твердый ископаемый уголь, образовавшийся из торфа, содержит 65—70 % углерода, имеет бурый цвет, наиболее молодой из ископаемых углей. Используется как местное топливо, а также как химическое сырье.

Образование угля

     Для образования угля необходимо обильное накопление растительной массы. В древних торфяных болотах, начиная с девонского периода, накапливалось органическое вещество, из которого без доступа кислорода формировались ископаемые угли. Большинство промышленных месторождений ископаемого угля относится к этому периоду, хотя существуют и более молодые месторождения. Возраст самых древних углей оценивается примерно в 350 миллионов лет.

     Уголь образуется в условиях, когда гниющий  растительный материал накапливается  быстрее, чем происходит его бактериальное  разложение. Идеальная обстановка для  этого создаётся в болотах, где стоячая вода, обеднённая кислородом, препятствует жизнедеятельности бактерий и тем самым предохраняет растительную массу от полного разрушения. На определённой стадии процесса выделяемые в ходе его кислоты предотвращают дальнейшую деятельность бактерий. Так возникает торф — исходный продукт для образования угля. Если затем происходит его захоронение под другими наносами, то торф испытывает сжатие и, теряя воду и газы, преобразуется в уголь.

     Под давлением наслоений осадков  толщиной в 1 километр из 20-метрового  слоя торфа получается пласт бурого угля толщиной 4 метра. Если глубина  погребения растительного материала  достигает 3 километров, то такой же слой торфа превратится в пласт  каменного угля толщиной 2 метра. На большей глубине, порядка 6 километров, и при более высокой температуре 20-метровый слой торфа становится пластом антрацита толщиной в 1,5 метра.

     В результатах движения земной коры угольные пласты испытывали поднятие и складкообразование. С течением времени приподнятые части разрушались за счет эрозии или самовозгорания, а опущенные сохранялись в широких неглубоких бассейнах, где уголь находится на уровне не менее 900 метров от земной поверхности.

     Добыча угля

     Способ  добычи угля зависит от глубины его  залегания. Разработка ведется открытым способом в угольных разрезах, если глубина залегания угольного пласта не превышает 100 метров. Нередки и такие случаи, когда при все большем углублении угольного карьера далее выгодно вести разработку угольного месторождения подземным способом. Для извлечения угля с больших глубин используются шахты. Самые глубокие шахты на территории Российской Федерации добывают уголь с уровня чуть более 1200 метров.

     В угленосных отложениях наряду с углем  содержатся многие виды георесурсов, обладающих потребительской значимостью. К  ним относятся вмещающие породы как сырье для стройиндустрии, подземные воды, метан угольных пластов, редкие и рассеянные элементы, в том числе ценные металлы и их соединения. Например, некоторые угли обогащены германием.

     Таблица 1. Доказанные запасы угля на 2006 год в млн.тонн.

     В России в зависимости  от стадии метаморфизма различают: бурые угли, каменные угли, антрациты и графиты. Интересно, что в западных странах имеет место несколько иная классификация: соответственно, лигниты, суббитуминозные угли, битуминозные угли, антрациты и графиты.

1. Бурые угли. Содержат много воды (43 %), и поэтому имеют низкую теплоту сгорания. Кроме того, содержат большое кол-во летучих веществ (до 50 %). Образуются из отмерших органических остатков под давлением нагрузки и под действием повышенной температуры на глубинах порядка 1 километра.
2. Каменные угли. Содержат до 12 % влаги (3-4 % внутренней), поэтому имеют более высокую теплоту сгорания. Содержат до 32 % летучих веществ, за счёт чего неплохо воспламеняются. Образуются из бурого угля на глубинах порядка 3 километров.
3. Антрациты. Почти целиком (96 %) состоят из углерода. Имеют наибольшую теплоту сгорания, но плохо воспламеняются. Образуются из каменного угля при повышении давления и температуры на глубинах порядка 6 километров. Используются в основном в химической промышленности
4. Графиты

     Запасы  угля в России

     В России сосредоточено 5,5 %(почему такая разница с процентом доказанных запасов угля на 2006 год? П отому что большая часть не пригодна к разработке - Сибирь и вечная мерзлота) мировых запасов угля, что составляет более 200 млрд. тонн. Из них 70 % приходится на запасы бурого угля.

• В 2004 году в России было добыто 283 млн тонн угля. 76,1 млн тонн было отправлено на экспорт.
• В 2005 году в России было добыто 298 млн тонн угля. 79,61 млн тонн было отправлено на экспорт.
• в 2006 году — 308,788 млн тонн. В 2006 году добыча увеличилась как подземным способом на 4,4 процента по сравнению с 2005 годом (в 2006 году добыча составила 109,28 млн тонн), так и открытым способом — на 2,3 процента.

     Более широкое использование угля позволит высвободить газовые и нефтяные ресурсы для выполнения международных  обязательств, использовать их для  геостратегических целей в Европе, Китае, Юго-Восточной Азии; продлить период обеспеченности страны газовыми и нефтяными ресурсами; растянуть  во времени инвестиционные действия на освоение территорий и акваторий, ввод новых месторождений нефти  и газа в более сложных и  затратных условиях; создать новые  высокотехнологичные отрасли промышленности; демпфировать нестабильность и конкурентность мировых процессов в глобальных топливно-энергетических системах и  их влияние на экономику страны.

     В наше время, вследствие общего прогресса "лицо" угольной промышленности меняется. Проведенная реструктуризация, несмотря на мучительные процессы, также повлияла на омоложение шахтного фонда, технический  и технологический уровень угледобычи. Появились шахты и разрезы, по своим структурным решениям не уступающие высшему мировому уровню. Механизированные крепи, очистные и проходческие комбайны, конвейерные линии достигли практического  предела технического совершенства. Изменились и отношения предприятий  с наукой, и сфера приложения научных  исследований. Техническое перевооружение дало возможность шахтам самим справляться  со своими проблемами, тем более, что  отраслевая угольная наука потеряла свою организацию и потенциал.

     Но  остались проблемы, без решения которых  на современном научном уровне уголь  не сможет занять свое место в экономике. Их тоже много, поэтому выделим лишь направления — жизненно важные для места угольной промышленности в экономике будущего и в государстве и обществе будущего — не так уж и далекого. Но именно эти направления по-крупному и являются предметом приложения научных усилий на современном уровне, в том числе, и сейчас даже в основном, фундаментальной науки. Это стратегия развития; расширение комплексной переработки угля с получением новой продукции; безопасность добычи угля; экологические проблемы при добыче, переработке и использовании угля.

     Стратегия развития угольной отрасли самым  тесным образом связана с общим  развитием экономики России и  уровнем спроса на уголь внутренними  потребителями, в частности, в связи  с недостатком добычи природного газа. Необходима региональная детализация  Энергетической стратегии России, с  проработкой вопросов освоения угленосных площадей, реконструкции шахт и разрезов в связи с увеличением глубины  разработок; развития транспортной, машиностроительной и перерабатывающей инфраструктуры регионов; создания угольно-энергетических и углехимических комплексов.

     Получение новых видов углепродукции открывает  новые возможности для адаптации  угольной промышленности к рыночным условиям и, тем самым, к ее росту  на новой научно-технической основе. Здесь нужно говорить о добыче и использовании шахтного метана (добываемого из горных отводов шахт, дегазационного из горных выработок  и выработанных пространств), газа подземной  газификации угля ; возобновление  работ по водоугольному топливу  и его транспортировке; получению  угольных брикетов и малодымного  топлива; получению топливных и  нетопливных продуктов глубокой переработки угля (жидкое топливо, газификация, активные угли, сорбенты, синтетические  материалы, углеродные материалы). Особые перспективы в извлечении содержащихся в угле металлов и редкоземельных элементов (отдельные участки угольных пластов содержат их в концентрациях, превышающих необходимые для  промышленной добычи). Наконец, комплекс отходов добычи, обогащения, сжигания и переработки угля так же является ценным сырьем разнообразного назначения, а накопленные их объемы позволяют  говорить о наличии техногенных  месторождений комплексного сырья.