Проблемы энергетики

Содержание

 

Введение                                                                                                           стр. 3

Типы природных ресурсов и их использование                                         стр 4-5

Энергосбережение и  альтернативные источники энергии                        стр.5-6

Виды альтернативных источников энергии:

Ядерная энергия                                                                                                стр 6

Солнечная энергия                                                                                         стр 6-8

Энергетическое использование  биомассы                                                      стр 8

Гидроэнергия                                                                                                  стр 8-9

Энергия ветра                                                                                               стр 9-10

Геотермальная энергия                                                                              стр 10-11

Энергия приливов и отливов                                                                    стр 11

Получение энергии за счет разности химического состава  воды         стр 11-12

Энергия биомассы Океана                                                                             стр 12

Энергия океанских течений  Термальная энергия Океана                     стр 12-13

Внутренняя энергия  молекул воды                                                               стр 13

Заключение                                                                                                 стр 14-15

Список использованной литературы                                                             стр 16

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

 

Сейчас, как никогда  остро встал вопрос, о том, каким будет будущее планеты в энергетическом плане. Что ждет человечество - энергетический голод или энергетическое изобилие? В газетах и различных журналах все чаще и чаще встречаются статьи об энергетическом кризисе, нерациональном использовании ресурсов нашей планеты. Из-за нефти возникают войны, расцветают и беднеют государства, сменяются правительства. К разряду газетных сенсаций стали относить сообщения о запуске новых установок или о новых изобретениях в области энергетики. Разрабатываются гигантские энергетические программы, осуществление которых потребует громадных усилий и огромных материальных затрат.

Чтобы добыть руду, выплавить  из нее металл, построить дом, сделать  любую вещь, нужно израсходовать  энергию. А потребности человека все время растут, да и население планеты становится все больше. Ученые и изобретатели уже давно разработали многочисленные способы производства энергии, в первую очередь электрической. Давайте тогда строить все больше и больше электростанций, и энергии будет столько, сколько понадобится! Такое, казалось бы, очевидное решение сложной задачи, оказывается, таит в себе немало подводных камней. Неумолимые законы природы утверждают, что получить энергию, пригодную для использования, можно только за счет ее преобразований из других форм.

Структура мирового энергохозяйства  к сегодняшнему дню сложилась  таким образом, что четыре из каждых пяти произведенных киловатт получаются в принципе тем же способом, которым  пользовался первобытный человек  для согревания, то есть при сжигании топлива, или при использовании запасенной в нем химической энергии, преобразовании ее в электрическую на тепловых электростанциях. К сожалению, запасы нефти, газа, угля отнюдь не бесконечны. Природе, чтобы создать эти запасы, потребовались миллионы лет, израсходованы они будут за сотни. Сегодня в мире стали всерьез задумываться над тем, как не допустить хищнического разграбления земных богатств. Ведь лишь при этом условии запасов топлива может хватить на века.

Что же произойдет тогда, а это рано или поздно случится, когда месторождения нефти и газа будут исчерпаны? Вероятность скорого истощения мировых запасов  топлива, а также ухудшение экологической ситуации в мире, (переработка  нефти и довольно частые аварии во время ее транспортировки представляют реальную угрозу для окружающей среды) заставили задуматься о других  видах топлива, способных заменить нефть и газ.

Сейчас в мире все  больше ученых инженеров занимаются поисками новых, нетрадиционных  источников которые могли бы взять на себя хотя бы часть забот по снабжению человечества энергией. Нетрадиционные возобновляемые источники энергии включают солнечную, ветровую, геотермальную  энергию, биомассу и энергию Мирового океана.

 

 

 

Типы природных  ресурсов и их использование

 

Человечество всегда в той или иной мере использовало даримые природой богатства. Но постепенно размеры изымаемых природных ресурсов увеличивались. Становились все более весомыми и ощутимыми, а запасы их практически не возобновлялись.

Ресурсы, которыми располагает  наша планета принято делить на два основных типа: исчерпаемые и неисчерпаемые. (рис 1.)

 

Рис 1. Основные типы ресурсов.

 

Неисчерпаемых ресурсов по количеству очень много, но человек  до сих пор не научился использовать их в нужном количестве.

«В настоящее время на долю нефти приходится 44 % общего энергопотребления; доля природного газа в нем составляет 21, а угля 22 %. Ядерное топливо, гидроэлектростанции и другие ресурсы дают остальные 13 процентов».[5, стр 70]

Существуют четыре основных направления использования энергии:

• Транспорт
• Промышленность
• Температурный контроль
• Производство электроэнергии.

К сожалению, человечество потребляет горючие ископаемые со скоростью, намного превышающей необходимую  для их образования. «Подсчитано, что  количество сырой нефти, расходуемое в течении дня человечеством, формировалось естественным путем в течении тысячи лет» [5, стр 70]

Дефицит энергии и  ограниченность топливных ресурсов с всё нарастающей остротой показывают неизбежность энергосбережения и перехода к нетрадиционным, альтернативным источникам энергии.

 

Энергосбережение и альтернативные источники энергии

 

«Энергосбережение –  это разработка систем, более эффективно использующих энергию, т.е. обеспечивающих такой же или более высокий  уровень транспортных услуг, освещения, отопления, производительности труда и т.д. при меньших энергозатратах.» [там же, стр 72]

Таким образом, сократив расход автомобильного горючего, тратимого  на 100 км пробега, улучшив термоизоляцию  помещений, заменив традиционные лампы накаливания энергосберегающими можно значительно снизить количество расходуемого топлива. Разумеется, что и быт современных людей (в смысле энергозатрат) весьма расточителен. Некоторые его изменения могут также обеспечить энергосбережение.

В свою очередь экономия сырой нефти и других видов ископаемых позволит смягчить парниковый эффект, связанный с выбросами в атмосферу двуокиси углерода, сократить масштабы кислотных дождей, снизить приземный уровень озона и других загрязнителей воздуха, возникающих в основном при сжигании энергоресурсов.

Основные причины, указывающие  на важность скорейшего перехода к альтернативным источникам энергии, которые изложены в учебнике Т.П Трушиной «Экологические основы природопользования»:

• Глобально-экологический: сегодня общеизвестен и доказан факт пагубного влияния на окружающую среду традиционных энергодобывающих технологий (в т.ч. ядерных и термоядерных), их применение неизбежно ведет к катастрофическому изменению климата. Что, собственно, и отмечается в мире на сегодняшний день.
• Политический: та страна, которая первой в полной мере освоит альтернативную энергетику, способна претендовать на мировое первенство и фактически диктовать цены на топливные ресурсы;
• Экономический: переход на альтернативные технологии в энергетике позволит сохранить топливные ресурсы страны для переработки в химической и других отраслях промышленности. Кроме того, стоимость энергии, производимой многими альтернативными источниками, уже сегодня ниже стоимости энергии из традиционных источников, да и сроки окупаемости строительства альтернативных электростанций существенно короче. Цены на альтернативную энергию снижаются, на традиционную - постоянно растут;
• Социальный: численность и плотность населения постоянно растут. При этом трудно найти районы строительства АЭС, ГРЭС, где производство энергии было бы рентабельно и безопасно для окружающей среды. Общеизвестны факты роста онкологических и других тяжелых заболеваний в районах расположения АЭС, крупных ГРЭС, предприятий топливно-энергетического комплекса, хорошо известен вред, наносимый гигантскими равнинными ГЭС, - всё это увеличивает социальную напряженность.
• Эволюционно-исторический: в связи с ограниченностью топливных ресурсов на Земле, а также экспоненциальным нарастанием катастрофических изменений в атмосфере и биосфере планеты существующая традиционная энергетика представляется тупиковой; для эволюционного развития общества необходимо немедленно начать постепенный переход на альтернативные источники энергии.

 

Виды альтернативных источников энергии:

 

 Ядерная энергия

 

Нельзя не отметить ряд  важных преимуществ АЭС по сравнению  с угольными. Если сравнить работу двух электростанций одной и той же мощности (1000 МВт) в течение года, выяснится, как пишет американский биолог Б. Скиннер в книге «Хватит  ли человечеству земных ресурсов?», следующее:

1. ТЭС необходимо 3,5 млн  т угля, для АЭС потребуется  1,5 т обогащенного урана, что  соответствует всего 1000 т урановой  руды.

2. В результате работы ТЭС в атмосферу поступит более 10 млн т углекислого газа, что усугубит парниковый эффект. АЭС вообще не выделяет углекислого газа.

3. Выбросы двуокиси серы и других компонентов кислотных дождей на ТЭс составят более 400 тыс.т; на АЭС они не образуются.

4. Проблема захоронения  твердых отходов существует в  обоих случаях. Радиоактивные  отходы АЭС составят около 2 т; на ТЭС образуется около 100 тыс. т золы.

Именно радиоактивные  отходы и возможности аварий на АЭС (Всем известна чернобыльская катастрофа в апреле 1986 г) вызывают тревогу ученых и общественности.

 

Солнечная энергия 

 

В последнее время интерес к проблеме использования солнечной энергии резко возрос, и хотя этот источник также относится к возобновляемым, внимание, уделяемое ему во всем мире, заставляет нас рассмотреть его возможности отдельно. Потенциальные возможности энергетики, основанной на использовании непосредственно солнечного излучения, чрезвычайно велики. Заметим, что использование всего лишь 0.0125 % этого количества энергии Солнца могло бы обеспечить все сегодняшние потребности мировой энергетики, а использование 0.5 % - полностью покрыть потребности на перспективу. К сожалению, вряд ли когда-нибудь эти огромные потенциальные ресурсы удастся реализовать в больших масштабах. Одним из наиболее серьезных препятствий такой реализации является низкая интенсивность солнечного излучения.

«Даже при наилучших атмосферных условиях (южные широты, чистое небо) плотность потока солнечного излучения составляет не более 250 Вт/м2. Поэтому, чтобы коллекторы солнечного излучения «собирали» за год энергию, необходимую для удовлетворения всех потребностей человечества нужно разместить их на территории 130 000 км2! Необходимость использовать коллекторы огромных размеров, кроме того, влечет за собой значительные материальные затраты. Простейший коллектор солнечного излучения представляет собой зачерненный металлический (как правило, алюминиевый) лист, внутри которого располагаются трубы с циркулирующей в ней жидкостью. Нагретая за счет солнечной энергии, поглощенной коллектором, жидкость поступает для непосредственного использования. Согласно расчетам изготовление коллекторов солнечного излучения площадью 1 км2, требует примерно 10^4 тонн алюминия. Доказанные же на сегодня мировые запасы этого металла оцениваются в 1.17*10^9 тонн» .[4, стр 85]

Крупномасштабное использование  солнечной энергии влечет за собой гигантское увеличение потребности в материалах, а следовательно, и в трудовых ресурсах для добычи сырья, его обогащения, получения материалов, изготовление гелиостатов, коллекторов, другой аппаратуры, их перевозки.

Первые попытки использования солнечной энергии на коммерческой основе относятся к 80-м годам нашего столетия. Крупнейших успехов в этой области добилась фирма Loose Industries (США). Ею в декабре 1989 года введена в эксплуатацию солнечно-газовая станция мощностью 80 МВт.

 «Среднее за год значение суммарной солнечной радиации на широте 55°, поступающей в сутки на 20 м 2 горизонтальной поверхности, составляет 50-60 кВт/ч. Это соответствует затратам энергии на отопление дома площадью 60 м2.» [там же, стр 86]

Для условий эксплуатации сезонно обитаемого жилища средней полосы наиболее подходящей является воздушная система теплоснабжения. Воздух нагревается в солнечном коллекторе и по воздуховодам подается в помещение. Удобства применения воздушного теплоносителя по сравнению с жидкостным очевидны:

• нет опасности, что система замерзнет;
• нет необходимости в трубах и кранах;
• простота и дешевизна.

Недостаток – невысокая теплоемкость воздуха.

По использованию солнечной  энергии на душу населения на первом месте стоит Кипр, где 90 % коттеджей и большое количество отелей и многоквартирных домов располагают солнечными водонагревателями.

 

Энергетическое  использование биомассы

 

«Биомассой называется любая органика, образующаяся за счет фотосинтеза. Ее энергетическое использование  – непосредственное применение в виде топлива или переработка в различные его виды».[5, стр 34]

Здесь существует несколько  способов:

Прямое сжигание –  одна треть населения земного  шара до сих пор использует древесину  как единственный источник тепла  и получения энергии. В ряде районов проблема загрязнения воздуха дымом от дровяных печей встала настолько остро, что уже вводятся запреты на такое использование биомассы.

Получение метана (природного газа) Питание бактерий в анаэробных условиях сопровождается выделением так  называемого биогаза, на две трети состоящего из метана. Использование биогаза таит в себе большие возможности.

Получение спирта. Когда  дрожжи в анаэробных условиях питаются сахаром или крахмалом, в качестве побочного продукта выделяется спирт, происходит, так называемое, спиртовое брожение. Первой страной, начавшей крупномасштабное производство спирта из сахарного тростника как автомобильного горючего, стала Бразилия.