Природни ресурси и енергетика — урок по география

1. Какво са природните ресурси

Природните ресурси са всичко, което хората вземат от природата, за да живеят и произвеждат: вода, , гори, полезни изкопаеми, енергията на Слънцето и вятъра. Кое е ресурс, зависи от техниката. До XX век уранът служи само за оцветяване на стъкло, а литият – рядък метал за лекарства и стъкло, докато не дойдоха батериите.

Вид	Примери	Особеност
Неизчерпаеми	слънчева, вятърна, приливна и геотермална енергия	практически не намаляват от използването
Изчерпаеми възобновими	гори, почви, прясна вода, риба, дивеч	възстановяват се, ако ги ползваме не по-бързо, отколкото се възобновяват
Изчерпаеми невъзобновими	въглища, нефт, природен газ, уран, руди, строителни материали	образували са се за милиони години – това, което изкопаем, не се връща

Възобновимите ресурси също могат да се изчерпат. Ако една гора се сече по-бързо, отколкото расте, или риба се лови повече, отколкото се ражда, ресурсът изчезва – както изчезва треската край Нюфаундленд в началото на 90-те години.

О

Ресурси и запаси

Ресурсите са цялото количество на една суровина в земната кора, включително неоткритото и това, което днес не си струва да се добива. Запасите са само проучената част, която може да се добие изгодно при днешните цени и техника. Запасите са малка част от ресурсите.

Например световните запаси на мед в края на 2024 г. са около 980 млн. t (по данни на USGS), а откритите, но още неизвлечени ресурси – около 1,5 млрд. t. Неоткритите се оценяват на още около 3,5 млрд. t. Когато цената се повиши или се появи нова техника, част от ресурсите стават запаси. Затова запасите на нефт днес са по-големи, отколкото през 70-те години, макар че оттогава е изгорен огромен обем.

Т

Ресурсообезпеченост (статична)

Отношението

\dfrac{R}{P}

– запасите, разделени на годишния добив – показва за колко години биха стигнали известните днес запаси, ако добивът остане същият. Ако добивът расте с

r

годишно и не се откриват нови запаси, те стигат за

T = \dfrac{\ln(1 + r \cdot R/P)}{\ln(1 + r)}

години – по-малко от

R/P

.

Пример

Медта: запаси 980 млн. t, добив около 23 млн. t годишно (2024 г.). За колко години стигат при днешния добив? А ако добивът расте с 3% годишно?

Статично: $\frac{980}{23} \approx 43$ години.
При растеж 3%: $T = \frac{\ln(1 + 0{,}03 \cdot 43)}{\ln 1{,}03} = \frac{\ln 2{,}29}{0{,}0296} \approx 28$ години.
Интересното е, че обезпечеността на медта е около 40 години вече десетилетия – запасите растат заедно с добива.

В лабораторията избери суровина и виж как растящото търсене скъсява срока, а откриването на нови находища го удължава. Числата за нефта, газа и въглищата са приблизителни, към края на 2020 г. (по Статистическия преглед на BP от 2021 г. – по-новите издания не публикуват запасите), а за медта и лития – по USGS за 2024 г.

R/P, г.54ръст, %1нови, %0

R/P – запасите, разделени на днешния годишен добив; ръст – колко процента годишно расте добивът; нови – колко нови запаси се откриват всяка година, в проценти от днешния добив. Синята площ са оставащите запаси, жълтият пунктир – обезпечеността R/P във всяка следваща година.

статично54 г.стигат за43 г.формула43 г.

При ръст 1,0% годишно запасите стигат за 43 години вместо за 54 – растящото търсене скъсява срока.

2. Полезни изкопаеми

Полезните изкопаеми са и скали, които се добиват от . Разположението им следва геоложкия строеж – виж уроците Строежът на Земята и Тектоника на плочите. Как от се получава метал, е обяснено в урока по химия Метали.

Група	Примери	Къде се срещат
Горивни (енергийни)	въглища, нефт, природен газ, уран	утаечни басейни, платформи и предпланински понижения; нефтът – Персийския залив, Западен Сибир, Мексиканския залив
Рудни (метални)	желязо, мед, злато, алуминий (боксит), литий	стари щитове (желязо) и нагънати планини с вулканизъм (мед, злато); бокситът – в тропиците
Нерудни	сол, фосфорити, варовик, мрамор, пясък, глини	почти навсякъде; солта и гипсът – в изсъхнали древни морета

Някои суровини са съсредоточени в много малко страни. По оценки на USGS около 70% от кобалта се добиват в ДР Конго, а около 70% от редкоземните елементи – в Китай. Европейският съюз нарича такива суровини критични: без тях не могат да се правят батерии, вятърни турбини и електроника, а доставките лесно могат да бъдат прекъснати.

3. Енергийните ресурси на света

Енергията движи цялото стопанство. Първичната енергия е тази, която взимаме направо от природата – въглища, нефт, газ, уран, вода, вятър, слънце. След преработка тя стига до нас като бензин, електроенергия и топлина.

Т

Единици за енергия

1\ \mathrm{kWh} = 3{,}6\ \mathrm{MJ}

;

1

тон нефтен еквивалент (t н.е.)

= 41{,}868\ \mathrm{GJ} \approx 11\,630\ \mathrm{kWh}

– топлината от изгарянето на 1 t нефт;

1\ \mathrm{EJ} = 10^{18}\ \mathrm{J}

. Един барел е около 159 литра.

Светът използва около 600 EJ първична енергия годишно. Според Статистическия преглед на световната енергетика (Energy Institute, 2025) през 2024 г. изкопаемите горива дават над 80% от нея: нефтът – около една трета, въглищата – около една четвърт, а газът – малко по-малко. Атомната енергия и водните централи дават по няколко процента, а вятърът и слънцето растат най-бързо. Точните дялове зависят от начина, по който се пресмята енергията от водата, вятъра и слънцето, затова в различните източници се срещат малко различни числа.

О

Енергиен баланс

Сравнението на приходите и разходите на енергия в една страна:

\text{потребление} = \text{добив} + \text{внос} - \text{износ} \pm \text{промяна на запасите}

. Енергийната зависимост е делът на нетния внос в потреблението.

Пример

Колко тона лигнит дават толкова енергия, колкото 1 t нефт? Лигнитът от Марица-изток дава около 7 GJ на тон.

$\frac{41{,}9\ \mathrm{GJ}}{7\ \mathrm{GJ/t}} \approx 6$ t лигнит – затова лигнитът се изгаря близо до мината, а не се превозва далеч.

Изгарянето на изкопаеми горива е главният източник на въглероден диоксид – виж уроците Химия на околната среда и Изменението на климата. Как работи атомният , е обяснено в урока по физика Ядро и радиоактивност.

4. Възобновима енергия и коефициент на използване

Соларна централа от 1 MW не произвежда 1 MW през цялото време: нощем не дава нищо, зиме и при облаци – малко. Затова централите се сравняват не само по инсталираната мощност, а и по това колко енергия наистина произвеждат.

О

Коефициент на използване

Отношението между произведената за година енергия и енергията, която централата би дала, ако работи непрекъснато на пълна мощност:

\text{КИ} = \dfrac{E}{P \cdot 8760\ \mathrm{h}}

. Обратно,

E = P \cdot 8760 \cdot \text{КИ}

.

Централа	Типичен КИ	Защо
Атомна	80–92%	работи денонощно, спира се рядко
Въглищна и газова	30–60%	включва се според нуждите и цената
Водна (ВЕЦ)	30–50%	зависи от валежите и сезона
Вятърна на сушата	20–35%	зависи от вятъра; в морето – 40–50%
Соларна	10–25%	само през деня, по-малко зиме; в България около 14–15%

Т

Мощност на вятъра

Вятърът носи мощност

P = \tfrac{1}{2} \rho A v^3

, където

\rho \approx 1{,}2\ \mathrm{kg/m^3}

е плътността на въздуха,

A

– площта, обхождана от перките,

v

– скоростта. Турбината може да вземе най-много

\tfrac{16}{27} \approx 59\%

от нея (граница на Бец), а на практика взема 40–50%.

Заради $v^3$ мястото е решаващо: при вятър 6 m/s вместо 4 m/s мощността е $(6/4)^3 \approx 3{,}4$ пъти по-голяма. Затова турбините се строят на хълмове, по крайбрежията и в морето, и са все по-високи – горе духа по-силно. При соларите решават и облачността. Кои места са подходящи, провери в лабораторията.

v̄, m/s6,5

v̄ – средната скорост на вятъра на височината на ротора. Стълбчетата показват колко часа в годината духа с дадена скорост, кривата – каква част от 4 MW дава турбината. Зеленото е енергията, която идва от всяка скорост.

КИ25%за година8,7 GWhдомакинства по 4000 kWh≈ 2200

Мощността расте като v³: при средна скорост 6,5 m/s турбината дава средно 25% от номиналната си мощност.

Водната енергия също идва от Слънцето – то изпарява водата, която после пада като дъжд в планините. Геотермалната енергия идва от топлината на Земята и е изгодна там, където горещите скали са близо до повърхността: в Исландия тя отоплява почти всички домове. – дърва, слама, отпадъци – е възобновима, ако растенията се засаждат отново.

5. Как се покрива потреблението във всеки час

Електроенергията трябва да се произвежда в същия миг, в който се използва – иначе в мрежата се отклонява от 50 Hz и централите започват да изключват. Затова диспечерите следят потреблението всяка минута. Атомните централи дават постоянна базова мощност, а ВЕЦ и газовите централи се включват бързо, когато потреблението достигне връх.

Соларите и вятърът не се включват, когато поискаме, а когато грее и духа. В слънчев ден по обед соларите в България вече могат да дадат повече, отколкото страната използва, а вечер, когато потреблението е най-голямо, слънцето вече е залязло. Енергията се запазва в батерии и в помпено-акумулиращи ВЕЦ (ПАВЕЦ): с излишната енергия те помпат вода нагоре, а вечер я пускат обратно през турбините. ПАВЕЦ „Чаира“ в Рила (864 MW в турбинен режим) е най-голямата в Югоизточна Европа. Сглоби своя електроенергиен микс в лабораторията.

АЕЦ2ТЕЦ2,5ФЕЦ4ВяЕЦ0,7

Инсталирана мощност в GW: АЕЦ – атомни, ТЕЦ – въглищни (не могат да работят под 40% от мощността си), ФЕЦ – соларни, ВяЕЦ – вятърни централи. ВЕЦ (до 1,5 GW) и газът (до 1 GW) се включват при нужда, а ако не стигат – внос. Потреблението е стилизирано по делничен ден в България; стойностите по подразбиране са близки до днешните мощности.

АЕЦ43%въглища33%слънце22%нисковъглеродни67%CO₂381 g/kWh

излишък5,1 GWhвнос0,0 GWhза денонощието107 GWh

Около обед централите произвеждат повече, отколкото се потребява – 5,1 GWh трябва да се изнесат, да се запазят в батерии и ПАВЕЦ или соларите да се изключат.

6. Вода, гори и земя

Само около 2,5% от водата на Земята е прясна, а повече от две трети от нея е в (виж урока Подземни води и ледници). Около 70% от водата, която хората вземат от реки и подземни води, отива за . Водата е възобновима, но не навсякъде я има достатъчно: в Близкия изток и Северна Африка се изпомпват подземни води, натрупани още през .

Горите покриват около 4 млрд. ha – почти една трета от сушата (по данни на ФАО). Те дават дървесина, пазят почвата и водата, поглъщат CO₂ и са дом на повечето сухоземни видове. Всяка година се изсичат около 10 млн. ha гори, главно в – за пасища, соя и палмово масло. Нови гори се засаждат, затова нетната загуба е по-малка, около 4–5 млн. ha годишно.

Земята също е ресурс. са около 11% от сушата и намаляват заради , засоляване, опустиняване и застрояване. Как се използва земята за храна, е тема на урока Селско стопанство, а почвите – на урока Почви и природни зони.

7. Богатство или проклятие

Изглежда очевидно, че страна с много нефт или диаманти ще е богата. Често обаче е обратното: Нигерия, Венецуела и ДР Конго имат огромни запаси, но голяма част от хората им остават бедни. Икономистите наричат това ресурсно проклятие. Когато парите идват лесно от суровините, другите отрасли не се развиват, а борбата за контрол над находищата води до корупция и конфликти. Цената на суровините се мени много, затова икономиката преминава от бум към криза.

Има и обратни примери. Норвегия влага приходите от нефта в държавен фонд, който инвестира по целия свят и вече е над 1,5 трлн. долара – повече от 250 000 долара на всеки норвежец. Ботсвана използва приходите от диамантите за училища и пътища. Решават институциите, а не самите ресурси.

Внимавай и с прогнозите. През 1956 г. геологът Кинг Хъбърт предсказва, че добивът на нефт в САЩ ще достигне връх около 1970 г. и после ще намалява. Така и става – до 2010-те години, когато новата техника за добив от шисти вдига добива над върха от 1970 г. Затова идеята за „върха на нефта“ трябва да се приема внимателно: кога ще настъпи, зависи от цените и техниката, а може би и от това дали светът ще иска толкова нефт. Пестенето и рециклирането също удължават живота на ресурсите. Например рециклираният алуминий изисква около 95% по-малко енергия от добития от руда.

8. Ресурсите и енергетиката на България

България е бедна на нефт и природен газ – те се внасят почти изцяло. Затова енергийната зависимост на страната е около 40% (2023 г., по данни на НСИ). Това е под средната за ЕС, защото страната има свои въглища и атомна централа.

Въглищата. Най-голямото находище е басейнът Марица-изток край Раднево и Гълъбово. Лигнитът там е нискокалоричен и сернист, но се добива открито и евтино и захранва три големи централи. В миналото въглищните централи дават около 40% от електроенергията, а през 2024 г. – около една четвърт. Според плановете на страната производството на ток от въглища трябва да спре до 2038 г. Други въглищни басейни са Пернишкият и Бобовдолският.

Атомната енергия. АЕЦ „Козлодуй“ на Дунав работи от 1974 г. Четирите по-стари блока са спрени между 2002 и 2006 г. по условията за присъединяване към ЕС. Двата работещи блока по 1000 MW произвеждат около 40% от електроенергията на страната (15,8 TWh през 2024 г.). Планира се строеж на нови блокове.

Водата и слънцето. ВЕЦ са главно в Рила, Родопите и по Арда; в сухи години те произвеждат забележимо по-малко. Най-бързо расте соларната енергия: през 2024 г. соларите дават рекордните почти 5 TWh – около 13% от производството. Вятърните централи са главно в Добруджа, край Каварна и Балчик.

Рудите и другите ресурси. В Средногорието се добиват медни и златни руди – находищата Асарел (край Панагюрище), Елаците (край Етрополе) и Челопеч, а от 2019 г. – златото на Ада тепе край Крумовград. Добиват се още каменна сол край Провадия, варовик, мрамор, бентонит и каолин. Горите покриват около 38% от страната, а са сред най-многобройните в Европа.

9. Тренажор

✅ Решени: 0🔥 Серия: 0🏆 Рекорд: 0

v_1 = 6\ \mathrm{m/s},\quad v_2 = 7\ \mathrm{m/s}

Колко пъти по-голяма е мощността на вятъра при v₂ (до десети)?

10. Ресурсите в числа

0 / 4

⚛️ Козлодуй

Двата работещи блока на АЕЦ „Козлодуй“ са по 1000 MW и работят средно около 90% от времето на пълна мощност. Колко TWh произвеждат за година? Каква част е това от около 38,6 TWh, произведени в България през 2024 г.?

🏠 Панели на покрива

Семейство в Пловдив слага 5 kWp соларни панели. В Южна България 1 kWp дава около 1300 kWh годишно. Колко електроенергия ще произвеждат панелите и колко процента е това от потреблението на домакинство, което използва 4000 kWh годишно? Колко е коефициентът на използване?

🔋 Литият на батериите

По данни на Геоложката служба на САЩ (USGS) в края на 2024 г. световните запаси на литий са около 30 млн. t, а добивът през 2024 г. е около 240 хил. t. Колко е статичната обезпеченост? За колко години биха стигнали запасите, ако добивът расте с по 10% годишно?

🏭 Колко лигнит гори една ТЕЦ

Въглищна централа с мощност 1600 MW работи с коефициент на използване 60% и превръща 35% от топлината на горивото в електроенергия. Лигнитът от Марица-изток дава около 7 GJ на тон. Колко TWh произвежда централата годишно и колко милиона тона лигнит изгаря?

Зелено – решена сам(а), жълто – с решението. Десетичните числа може да пишеш със запетая.

11. ⚠️ Чести грешки

R/P е прогноза

✗ Нефтът ще свърши след 50 години, защото R/P = 50.

✓ R/P е само днешните запаси, разделени на днешния добив. И запасите, и добивът се менят.

Запаси и ресурси

✗ Запасите са цялото количество в земята.

✓ Запасите са само проучената част, която може да се добие изгодно днес.

Възобновимо значи безкрайно

✗ Горите и рибата не могат да се изчерпат – те са възобновими.

✓ Изчерпват се, ако ги ползваме по-бързо, отколкото се възстановяват.

Мощност и енергия

✗ Соларен парк от 100 MW дава 100 MW · 8760 h = 876 GWh годишно.

✓ Трябва да се умножи и по КИ: при 15% – около 131 GWh.

Двойно по-силен вятър

✗ При двойно по-силен вятър турбината дава двойно повече.

✓ Мощността на вятъра расте като $\displaystyle v^3$ – 8 пъти, докато турбината стигне номиналната си мощност.

Богат на ресурси – богата страна

✗ Щом има много нефт, страната е богата.

✓ Без добри институции суровините често носят корупция и криза – „ресурсно проклятие“.

12. 🎯 Бърз тест

1 / 9

✓ 0

Кой от тези ресурси е изчерпаем, но възобновим?

Избери отговор (или натисни 1–4)

13. 📝 Задачи за упражнение

0 / 0

Ниво А· Областен кръг

Ниво В· Национален кръг

Ниво С· Международна олимпиада

14. Обобщение

✓ Ресурсите са неизчерпаеми, изчерпаеми възобновими и изчерпаеми невъзобновими; възобновимите също могат да се изчерпат
✓ Запасите са проучената и изгодна част от ресурсите; статична обезпеченост $R/P$ – не е прогноза за края
✓ Полезните изкопаеми са горивни, рудни и нерудни; разположението им следва геоложкия строеж
✓ Светът използва около 600 EJ годишно; над 80% идват от нефт, въглища и газ
✓ Коефициент на използване: $E = P \cdot 8760 \cdot \text{КИ}$ ; мощността на вятъра расте като $v^3$
✓ Соларите и вятърът зависят от времето – нужни са гъвкави централи, ПАВЕЦ, батерии и обмен с други страни
✓ Ресурсите не носят богатство сами по себе си – решават институциите
✓ България: лигнит от Марица-изток, АЕЦ „Козлодуй“ (около 40% от тока), бърз растеж на соларите, внос на нефт и газ

💡 Интересен факт

Земята получава от Слънцето мощност около 174 000 TW. За около час до Земята пристига толкова слънчева енергия, колкото човечеството използва за цяла година – около 600 EJ. Дори като се извади отразената обратно в космоса светлина, остават по-малко от два часа. Трудното не е да има енергия, а да я уловим, съхраним и пренесем там и тогава, където и когато е нужна.