Энергетические ресурсы Украины

Энергетические ресурсы Украины

(Доклад инж. Е. К. Кошелевой).

Значение энергетических ресурсов в общем цикле народного хозяйства крайне велико и дает основание утверждать, что уже в недалеком будущем сильным фактором, влияющим на благосостояние и мощь страны явятся не только запасы ее энергетических ресурсов, но и соотношение их с таковым в соседних странах.

Поэтому крайне важно ориентироваться в качестве и количестве тех энергетических ресурсов, которыми располагает Украина, и выявить их значение в общем комплексе мировых.

Для ориентировки следует установить, какое количество энергии получается землей от солнца, как первоисточника всякой энергии, — какая часть этой энергии расходуется полезно и сколько ее удалось земле накопить за много столетий ее геологического существования.

Только одна 2 200 000 000 часть солнечной энергии попадает на земную поверхность, а годичное излучение солнца на землю по подсчетам Аррениуса и Клоссовского дает величину 1,68 × 10²⁴ граммокалорий.

Количество тепла, передающегося от солнца на поверхность одного квадратного сантиметра, помещенного перпендикулярно его лучам, т. е. солнечная постоянная составляет по подсчетам Аррениуса около 2,5 граммокалорий в минуту. Если принять эту цифру, то один квадратный метр поверхности земли при коэффициенте прозрачности атмосферы в 0,75 получает в одну секунду 314 граммокалорий.

Если было бы возможно обратить все тепло, получаемое от солнца в механическую энергию, то каждый метр нагретой поверхности развил бы 1,8 лошадиной силы.

Эти цифры показывают, как велико количество тепловой энергии, получаемой землей от солнца, но значительная часть солнечной теплоты пропадает совершенно не производительно.

По подсчетам проф. Рамзина земля в течение сотен миллионов геологических лет сумела скопить запасов горючего меньше, чем одномесячное излучение солнца на земную поверхность.

Источники энергии, имеющие значение для человека, можно классифицировать следующим образом:

1. Энергия, посылаемая солнцем на землю в виде лучистого тепла.

2. Энергия горючих веществ: угля, нефти, естественных газов, торфа, а также растительных волокон и масел, дерева, алкоголя и отбросов сельского хозяйства, постоянный запас которых обеспечивается естественными условиями произрастания.

3. Тепловая энергия, накопленная в земле в силу высокой температуры ее внутреннего ядра.

4. Энергия падающих и поднимающихся вод.

5. Кинетическая энергия, приобретаемая землей при суточном вращении вокруг своей оси, обусловливающая морские приливы и отливы.

6. Энергия морских волн.

7. Энергия ветра.

8. Внутриатомная энергия.

Учету подлежат только те виды, которые поддаются в настоящее время промышленному использованию, а именно:

Эти виды энергии обычно разделяются на две основных категории:

К первым относятся запасы ископаемых углей, нефти, природных газов и части торфа и ко 2‑м — энергия ветра, воды, ежегодный прирост древесины, торфа, соломы и т. д.

В последнее время все чаще и настойчивее встает вопрос о грядущем “угольном голоде”, ибо залежи угля коммерчески выгодного к эксплуатации, близятся к истощению. Известные до сих пор запасы каменного угля на земле определяются в 7 398 млрд. метрических тонн; мировая добыча в настоящий момент около 1.300 млн. тонн; исходя из этой добычи срок исчерпания запасов определяется при арифметическом способе расчета в 5 700 лет. Обзор Rich Redmayne по отдельным странам показал, что даже Америка с ее запасами свыше 5 × 10¹² тонн угля его может хватить не больше, как на две тысячи лет, при условии сохранения современных размеров потребления. Но эти цифры уменьшаться и весьма значительно, если учесть непрерывный ежегодный рост добычи и потребления каменного угля и других видов топлива.

Запасы каменного угля на земле по Rich Redmayne между отдельными странами распределяются так:

Для подсчета срока истощения мировых запасов каменного угля возьмем данные проф. Рамзина, который, учитывая, что в мировом масштабе возможно ожидать некоторого замедления темпа роста добычи и увеличения известных мировых запасов угля, считает, что для расчета сроков истощения запасов каменного угля можно принять темп движения добычи в пределах 2‑3%. Тогда вероятный срок истощения запасов каменного угля измеряется цифрой порядка 200 лет.

Цифры мировые и для России взяты по данным проф. Рамзина (см. журнал „Плановое хозяйство" № 1 и 2). Беря его метод расчета за основу, определены соответствующие цифры для Украины (таблица № 2).

Из табл. № 2 видно, что нефть в мировом балансе ресурсов энергии имеет ничтожное значение.

Украина обладает 0,9% всех ресурсов энергии мира. Соотношение между не возобновляемыми и возобновляемыми видами у нее менее благоприятно, чем для всего мира и для всей СССР, главные ресурсы ее сосредоточены в ископаемых углях.

Каменный уголь. Основные данные по отдельным странам в области запасов каменного угля даны в таблице № 3, составленной на основании работ 13‑го Геологического Конгресса в Канаде, причем проф. Рамзиным внесены в эти цифры исправления, соответственно новым границам, установленным после войны. Для Украины сделаны соответствующие просчеты.

Украина в отношении плотности угольных запасов находится в более благоприятных условиях, ее плотность приблизительно в 7 раз превышает плотность СССР, но душевой ее запас невелик — всего 2,1 тыс. тонн на одного человека при максимуме в С.‑А. С. Ш., доходящем до 25,4 тыс. тонн на душу. Ресурсы ископаемых углей Украины равны 1,05% общемировых при площади 0,32% от мировой и населении в 1,7%, т. е. обеспеченность каменным углем Украины можно считать достаточной.

Нефть. По подсчетам Davied White запасы нефти по отдельным странам распределяются так:

СССР .......................... 2.873 млн. тонн  
С.-А. С. Ш. ..................... 930 млн. тонн  
Мексика ......................... 602 млн. тонн   
Китай ........................... 183 млн. тонн 
Румыния, Галиция, Зап. Европа ... 151 млн. тонн   
Индия ........................... 132 млн. тонн    
Южная Америка ................. 1.230 млн. тонн
Персия и Месопотамия ............ 775 млн. тонн
Ост-Индия ....................... 400 млн. тонн
Япония .......................... 165 млн. тонн
Канада .......................... 132 млн. тонн
Алжир, Египет ................... 123 млн. тонн 

На территории Украины месторождений нефти не встречается.

Торф. При учете запасов торфа надо иметь в виду, как не возобновляемую часть этих ресурсов, представляющую собою уже имеющиеся в наличии запасы торфа, так и часть возобновляемую, т. е. ежегодный прирост торфа.

Запасы торфа учитываются, конечно, весьма приблизительно. Reishle и Wahter дают размер мировой площади торфяников без России 36,4 млн. гектар.

Для России (Европ.) площадь доступных и более или менее обследованных болот, по подсчетам Вихляева, выражается цифрой 29 млн. гектаров, не обследованных торфяников значительно больше — до 60 млн. гектаров. Особенно много торфяных площадей в Азиатской России. На Украине торфяные болота расположены, главным образом, в северной ее части. Общее количество их определяется проф. Оппоковым в 2,18 млн. гектаров, или в переводе на условное топливо — 2,72 млн. тонн условного топлива.

Это составляет всего 1,6% от общих для СССР, т. е. Украина торфяными ресурсами небогата.

Дрова. Исходя из условия рационального использования лесов, нельзя рассчитывать на удовлетворение нужд в топливе за счет постоянного вырубания их и надо использовать только ежегодный прирост древесины.

Украина имеет площадь лесов в 3,5 млн. гектаров; общий запас древесины 78,7 млн. тонн условного топлива. Прирост дровяной древесины 1,2 млн. тонн условного топлива. В расчете на 200-летний период 1,2 × 200 = 240 млн. тонн условного топлива.

Солома. На Украине солома и др. отбросы сельского хозяйства всегда имели большое значение, как топливо, для сельского населения. На топливо рационально употреблять только озимую солому, яровая же целиком должна идти на корм скоту. Количество отбросов сельского хозяйства, производственно не используемых в нем самом, надо считать до 730 млн. пуд. в год, по отдельным видам это число распределяется так:

Солома озимая. Предполагаемая площадь засева на 1925 г. озимых хлебов в степи — 2,9 млн. десятин и в лесостепи — 3,5 млн. десятин. Валовой сбор с одной десятины соответственно 117,5 пуд. и 223 пуд. из общего сбора соломы получится 235 млн. пуд. и 446 млн. пуд. Для степи можно считать, что 50% сбора соломы будет употреблено как топливо, и для лесостепи 25%, т. е. 117,5 и 112,5 млн. пуд., или всего — 230 млн. пуд.

Подсолнечник. Площадь засева 750 тыс. дес. Можно принять, что с десятины получится до 200 пуд. отбросов, годных на топливо, и 75% этого количества будет употреблено, как топливо, тогда на год это дает 112 млн. пуд.

Конопля. Площадь засева — 100 тыс. десятин. Костры с десятины 150 пуд., что дает отбросов, годных для топлива, — 15 млн. пуд.

Кукуруза. Площадь засева — 80 тыс. десятин, отбросов с одной десятины до 200 пуд., всего — 16 млн. пуд.

Лузги. Можно принять до 5 млн. пуд.

Кизяк. Главным образом в степной местности до 350 миллионов пудов в год.

Принимая теплотворную способность для соломы и проч. отбросов, кроме кизяка, в 2.000 кал. и для кизяка в 2500 кал. и переведя рассчитанные количества на 7000 кал. топлива, получим эквивалент ежегодного прироста соломы и прочих отбросов сельского хозяйства в 3830 тыс. тонн условного топлива, что в расчете на 200-летний период даст 766 млн. тонн условного топлива.

Ветер. Использование энергии ветра не требует больших предварительных затрат, но большое неудобство ее — это неравномерность и непостоянство. Использование ее начато давно — эта энергия, имея значение в судоходстве и мореплавании, сыграла видную роль в распространении цивилизации. В Голландии энергия ветра с давних пор используется для откачки воды с залитых морем земельных пространств, почти повсеместно ветровой энергией пользовались для перемола зерновых хлебов. В последнее время, в поисках дешевой энергии, в местах, где топливо дорого, а гидравлической энергии нет, силовая эксплуатация ветра снова начала привлекать внимание техников, по преимуществу в ветроэлектрических установках с применением аккумуляторов, выравнивающих непостоянство источника энергии.

Инженер Н. В. Красовский, в своей статье “Русское ветряное хозяйство, его современное состояние и перспективы”, дает следующие данные:

Табл. № 4, раздел 4-й показывает, сколько ветровых двигателей, при разной скорости ветра, можно поместить на одном квадратном километре при условии, чтобы они не мешали друг другу. Это число определяется следующим способом — опыты Кайгородова показали, что за опушкой леса скорость ветра на высоте человеческого роста возрастает до нормальной уже на расстоянии 5‑7 кратной высоты леса. Полное же влияние леса (анемометрическая тень) кончается на расстоянии десяти или пятнадцати кратной высоты. Условно принимается, что влияние ветровых двигателей на скорость ветра будет такое же и окончание анемометрической тени равно 10‑ти-кратной высоте. Высота равна диаметру ветрового двигателя плюс 10 метров от земли до нижнего края крыла. Размещаются они по плоскости в шахматном порядке. Результаты подсчетов приведены в разделе 4. Из раздела 5 видно, что мощность, которую можно получить с 1 кв. километра, достаточно велика, но не надо забывать, что это цифры теоретические. Аррениус считает, что общее мировое количество энергии ветра в 5000 раз превосходит энергию годового потребления угля. Рядом подсчетов он доказывает, что при определении возможного использования ветра надо исходить из величины в 33 лошадиных силы на 1 кв. километр. Величины, приведенные в табл. 4, показывают, что эту мощность нельзя считать преувеличенной.

В основу подсчета положены следующие цифры: с одного кв. килом, можно использовать 33 л. с., общая площадь Украины составляет около 474 тыс. кв. километр. Число часов использования этой мощности принято, на основании метеорологических данных, в 1.000 часов в году. Чтобы перевести энергию ветра на топливо, принят средний расход топлива на силу-час 0,5 килограмма условного топлива. Тогда для Украины вся энергия ветра за 200 летний период эквивалентна 1,55 млрд. условного топлива.

Водные силы. Полного учета количества энергии падающих вод еще не произведено; по теоретическим подсчетам, основанным на данных о величине земной поверхности, о средней высоте отдельных стран над уровнем моря, о количестве атмосферных осадков и стекающей в море воды — гидравлическая энергия всех водопадов, потоков и рек на земной поверхности определяется, приблизительно цифрой 8 млрд. лошадиных сил.

Если перейти к цифрам более реальным, но все же приблизительным, то суммарная мощность гидравлических сил составляет по оценке Reschle и Wachter 745 млн. лошадиных сил. Между отдельными странами эта величина распределяется так:

Азия ............ 236 млн. лош. сил., или на 1 жителя 0,27 л. с.
Африка .......... 160 млн. лош. сил., или на 1 жителя 1,14 л. с.
Сев. Америка .... 160 млн. лош. сил., или на 1 жителя 1,17 л. с.
Южная Америка ...  94 млн. лош. сил., или на 1 жителя 5,25 л. с.
Европа ..........  65 млн. лош. сил., или на 1 жителя 0,13 л. с.
Австралия .......  30 млн. лош. сил., или на 1 жителя 3,75 л. с.
ВСЕГО ........... 745 млн. лош. сил., или на 1 жителя 0,35 л. с.

Запасы возможной к рациональной эксплуатации гидравлической энергии по Украине даются проф. Оппоковым в следующих цифрах:

Для расчета запасов водной энергии на двухсотлетний период берем среднюю энергию 9-мес. среднего года и в пересчете на условное топливо при 0,5 кг. на лош. сил. час и 5 000 часов в году использования получаем 653 млн. тонн условного топлива.

Прочие виды энергии. Сделав обзор главных источников энергии, имеющих в настоящий момент промышленное значение, необходимо остановиться на возможности использования других имеющихся в природе источников энергии. Среди них главное место занимает использование непосредственной энергии солнечной теплоты. Попытки использовать эту энергию идут по линии накопления солнечной теплоты и по линии использования ее для получения механической энергии.

Энергия солнца есть энергия низкого потенциала, или энергия сильно распыленная, и потому попытки ее использовать приводят к получению очень малых мощностей в очень дорогих и громоздких установках. Кроме того, солнце представляет собою еще и непостоянный источник энергии. В настоящий момент непосредственное использование солнечной энергии не вышло еще из стадии опытов, но все же оно начинает получать некоторое практическое значение, в особенности в южных странах. Опыты показали, что для получения 1 лошадиной силы необходимо 9 кв. метров нагретой поверхности.

Растения. Относительно дров, как топлива, уже сказано выше, теперь надо отметить значение спирта и растительных масел. Опыты последнего времени показали, что алкоголь получается путем процесса брожения почти из любого растительного материала, так, древесные опилки дают его в количестве до 18% их веса. Теплотворная способность спирта около 7 000 кал. Как топливо для двигателей внутреннего сгорания спирт дает хорошие результаты. Вздорожание и недостаток угля и нефти будут способствовать увеличению потребления спирта, для получения механической энергии.

Здесь необходимо упомянуть еще об одном виде горючего — о мусоре больших городов. Сжигание мусора в специальных печах дает возможность коммерчески использовать получаемое при этом тепло.

Стоимость энергии, получаемой на Гамбургской мусоросжигательной станции, одной из самых крупных в Европе, сжигающей в сутки до 15 тыс. пуд. отбросов, выражается цифрой 2,75 коп. за 1 кВт-час.

Количество мусора, вывозимого из городов, можно считать в 15‑20 пуд. на 1 чел. в год. Принимая число городских жителей на Украине в 5 млн. чел., получим, что в год можно сжечь от 75 до 100 млн. пуд. мусора.

Внутренняя теплота земли. Теоретически можно предполагать возможность использования внутренней теплоты земли.

В настоящий момент она используется только в ограниченном числе мест, где имеется выход на земную поверхность горячих паров, газов, теплой или горячей воды.

Энергия поднимающихся вод. В тех случаях, когда вода вырывается из артезианских колодцев под большим давлением, непрерывным и обильным потоком, она может быть использована для получения механической работы.

Энергия приливов и отливов. Приливы и отливы, происходящие в открытых морях и океанах дважды в сутки, представляют собою обильный источник кинетической энергии.

Энергия приливов мало напряжена — ибо волна нарастает и падает крайне медленно. И как всякую энергию с низким потенциалом энергию приливов трудно использовать, но теоретически использование ее вполне возможно. В Англии, в устьях рек, на ней работают мукомольные мельницы. Есть проект создания станции в Франции мощностью 9,7 тыс. л. с., в Англии на 6 тыс. л. с. Для Украины этот вид энергии значения не имеет, ибо у нас нет выходов в открытые моря. Чтобы судить хотя бы приблизительно о величине энергии приливов, можно указать, что сделан просчет, который показывает, что если бы вся энергия приливов и отливов на берегах Великобритании была бы полностью использована, то ее хватило бы с избытком для удовлетворения потребности в силовой энергии промышленности, земледелия и транспорта всей Великобритании. Гибсон в своем труде “Природные источники энергии” определяет запас кинетической энергии земли, вызываемой ее суточным вращением вокруг своей оси, в 46 176 × 10²³ килограммометров.

Энергия морских волн. Попыток утилизации этого вида энергии сделано было немало. Есть установки, подающие воду на высоту до 12 метров в количестве достаточном для поливки городских улиц. Есть несколько остроумных проектов волновых моторов, есть работающие волновые моторы, мощностью до 35 л. с., но практического значения эти попытки пока не имеют.

Внутриатомная энергия. Это энергия будущего. В настоящее время мы знаем о ее существовании, имеем методы исчисления ее величины, но освободить ее не умеем.

Заключение. Можно с уверенностью сказать, что в ближайшем будущем, даже в случае, если техника использования энергии с низким потенциалом настолько продвинется вперед, что сделает ее применение рентабельным для Украины эти виды энергии не могут иметь большого значения. А потому все внимание должно быть фиксировано на тех видах энергии, которые уже сейчас имеют практическое значение. Несмотря на то, что запасов возобновляемой энергии на Украине мало, всего 6% от общего количества ресурсов, надо обратить внимание на наиболее полное и рациональное их использование и тем сохранить по возможности дольше ресурсы не возобновляемой энергии. В первую очередь надо, где это только возможно, использовать энергию воды. Запасы водной энергии на Украине, как уже было сказано, выражаются цифрой 1 307 тыс. лош. сил, из них используемых в настоящий момент всего 40 тыс. лош. сил, т. е. 3%. Поле деятельности в направлении дальнейшего использования водной энергии еще очень велико. Дрова и солома в том количестве, в котором они приняты при подсчете энергетических ресурсов Украины, полностью расходуются главным образом сельским населением.

Дальнейшее расширение потребления возобновляемой энергии должно идти за счет использования ветра. Ветровая энергия дает 40% запасов всей возобновляемой энергии, имеющейся в распоряжении Украины, и потому использование ее представляет большой интерес, но в настоящий момент оно тормозится неимением способов использования, которые экономически выдержали бы конкуренцию с использованием других видов энергии. Размер использования этой энергии в настоящее время характеризуется следующей таблицей:

Принимая работу этой установленной мощности в 1.000 часов в год и оценивая расход горючего на 1 лошадиную силу в 1 пуд, получаем годовое сбережение топлива в 484 тыс. тонн условного топлива, т. е. приблизительно 6% современного потребления донтоплива на Украине.

Возможная к использованию ветровая мощность на Украине равняется 15 млн. л. с., т. е. в настоящее время используется всего 3%.

Торф потерял сейчас значение, как топливо, и на его разработку обращают мало внимания, но учитывая, что удельный вес торфа в общей сумме возобновляемых запасов равен удельному весу водной энергии, необходимо более внимательно отнестись к его использованию. Рационализируя общую постановку его использования, ставя на нем, где это возможно центральные электрические станции, надо увеличивать его потребление и тем сохранять более ценный вид энергии — энергию ископаемых углей.

В дальнейшем, ввиду необходимости по возможности дольше не исчерпать запасов энергии, заключенной в ископаемых углях, надо усилия техники направить в направлении рационализации использования ископаемых углей и в направлении  наиболее полного использования ресурсов возобновляемой энергии.