Численное моделирование процесса свето-индуцированной газификации водо-угольной суспензии

1.1 Энергия и человечество
Энергия и ее использование сопровождают человечество практически
с самого его зарождения. Использование огня стало первым и одним из
основополагающих факторов, стимулировавших дальнейшее развитие нашего
вида. Люди использовали энергию горения древесного топлива или биомассы
для обогрева своего жилья и приготовления пищи [1-3]. Следом за огнем шло
использование энергии ветра с помощью паруса и ветряные мельницы.
Водяные мельницы, использующие тот же физический принцип, что и
ветряные мельницы, были следующим устройствами, с помощью которых
человек освоил гидроэнергию [1]. Начало использования металлов и
зарождение примитивных методов металлообработки [4,5], требующих
значительных затрат тепловой энергии, привело к тому, что возможности
древесного топлива оказались ниже потребностей [6,7] – человечество
нуждалось в более калорийном виде топлива, коим явился каменный уголь. В
это время и начинается его активная добыча и повсеместное применение в
промышленности. Начинается эпоха ископаемого топлива, которое
скапливалось в литосфере Земли в течении миллионов лет [8-10].
Эра жидкого топлива (нефти и нефтепродуктов) наступает по мере
понимания промышленного потенциала использования нефтепродуктов и
соответственно, развития процессов их добычи и переработки. Век
механизации труда привел к существенным изменениям динамики
промышленных объемов потребляемой энергии [11].
За последние полвека можно четко проследить ряд промышленно-
экономических кризисов, сопровождавшимися глобальными флуктуациями
энергоресурсов. Несмотря на это долговременная тенденция свидетельствует
о постоянном росте энергопотребления в мировом масштабе [11-14]. Это
способствует к дальнейшему расширению разработки богатства недр нашей
планеты.
1.2 Обзор состояния современной энергетики
Эпоха мирного атома началась с введением Советским Союзом в
эксплуатацию в г. Обнинск первой в мире ядерной электростанции,
работающий на энергосеть. Однако атомная электроэнергия не привела к
кардинальным изменениям мировой энергетики. Причиной этому стала
небольшая доля в структуре мирового энергобаланса (17 %) [11,14]. Хотя в
некоторых странах эта доля доходит до 72 % [11,15-18]. Несколько основных
факторов сдерживают атомную энергетику, таких как высокий уровень
капитальных затрат на постройку атомной электростанции, малая
динамичность энергоблоков, проблемы утилизации ядерных отходов. Также
ряд крупных аварий и катастроф сократили привлекательность данного вида
производства энергии [19-22].
Возобновляемые источники энергии, такие как ветер или солнце, на
данный момент времени и с данными характеристиками преобразующих
устройств не смогут дать необходимого количества потребляемой
электроэнергии, хотя их доля в мировом энергобалансе существенно возросла
за последние 12 лет (с 2,3 % до 8,4%) [11,14]. Основной проблемой при
использовании возобновляемых источников энергии является невозможность
обеспечения энергией непрерывных производств в силу суточных и сезонных
колебаний мощности [23,24].
Природный газ стремительно наращивает долю в мировом
энергопотреблении [5,25], толчком к этому послужил энергетический кризис
в 1973 году, после искусственного завышения цен на сырую нефть. На данный
момент он очень привлекателен с точки зрения утилизации, его удобно
транспортировать и хранить. По сравнению с нефтью или углем он
практически не создает вредных выбросов при сжигании, за исключением СО2
и NOx. К тому же разработка и внедрение новейших парогазовых установок
позволяют добиться одних из самых высоких КПД (до 61%) в энергетике на
данный момент времени [26,27].
50
30
10
1985 1989 1993 1997 2001 2005 2009 2013 2017