Введение

Обычно мы используем имеющиеся в нашем распоряжении источники энергии тремя путями. Во-первых, мы можем получать тепловую энергию, сжигая ископаемое топливо, и использовать эту энергию непосредственно для обогревания жилищ, школ, предприятии и торговых учреждении. Во-вторых, можно преобразовать заключенную в топливе тепловую энергию в работу, например использовать продукты перегонки нефти для приведения в движение различного оборудования, а также автомобилей, тракторов, поездов, самолетов и кораблей. Наконец в-третьих, возможно преобразовать тепловую энергию, высвобождающуюся при сгорании топлива или выделяющуюся при делении ядер урана, в электрическую, а потом направить полученную электрическую энергию либо для производства тепла, либо для выполнения механической работы. Электроэнергию можно получить за счет энергии падающей воды. По существу электроэнергия играет роль удобного посредника между источником энергии и ее потребителями на месте. И как появление посредника на рынке ведет к повышению цен, так и использование энергии в форме электричества тоже приводит к подъему цен—в данном случае в результате потерь при преобразовании энергии из одной формы в другую.

Преобразование различных форм энергии в электрическую практикуется в силу многих причин. В некоторых случаях просто невозможно эффективно использовать энергию, не превратив ее в электрическую. До того как было открыто электричество, энергия падающей воды (гидроэнергия) могла применяться лишь для приведения в движение механических устройств. Прядильные машины, мельницы и лесопилки на мануфактурных производствах приводились в движение энергией падающей воды. Гидроэнергия не имела другого применения до тех пор, пока нбыл найден способ преобразовывать ее в электричество, что сделало возможным использовать ее для приведения в движение машин, находящихся далеко от места падения воды. Сходным образом энергию деления урана невозможно использовать в сколько-нибудь крупных масштабах иным путем, чем превратив ее в электричество. И, как в случае с гидроэнергией, электричество, полученное от деления ядер урана, можно использовать не только для приведения в движение различных механизмов, но и получения тепла для обогрева домов (правда, это малоэффективно), нагревания воды и многих других целей.

В отличие от падающей воды ископаемые виды топлива применялись лишь для отопления и освещения, но не для приведения в движение различных механизмов. Дрова и уголь, а нередко и высушенный торф сжигались для обогрева жилых домов и общественных зданий, а уголь применялся и как источник тепла, необходимого при выплавке железа. Угольное масло, получаемое путем перегонки угля, заливалось в лампы. И только с изобретением парового двигателя в XVIII в. был по-настоящему раскрыт потенциал ископаемого топлива для приведения в действие разнообразных машин и механизмов. В первые десятилетия XIX в. уже использовались локомобили с паровыми двигателями, работавшие на угле. А в первые десятилетия XX в. уголь сжигался в топках котлов электростанций для производства электроэнергии, хотя такой процесс получения энергии был в то время не слишком эффективен.

Вот таким путем ископаемое топливо стало играть принципиально новую роль в промышленно развитых странах. Оно не только давало тепло и свет; благодаря использованию двигателей внутреннего сгорания и электричества это топливо стало источником механической энергии для приведения в действие огромного парка разнообразных машин и различных видов транспорта.

Современное общество зависит от электроэнергии, являющейся главным видом доступной энергии, а большая часть электроэнергии производится с использованием невозобновляемых ресурсов. Электричество используется в быту и на производстве для освещения и отопления, а также в технологических процессах. Во многих развитых странах потребность в электроэнергии удваивается каждые десять лет и хотя отмечается некоторое снижение, но в быту и промышленности расходование ее растет.

Энергетические ресурсы — это любые источники механической, химической и физической энергии. Их можно классифицировать по источникам и местоположению, скорости исчерпания, возможности самовосстановления и другим признакам.

Классификация энергетических ресурсов

Первичные Вторичные
Невозобновляемые (уголь, нефть, сланцы, природный газ, горючее)

Промежуточные продукты обогащения и сортировки углей; гудроны, мазуты и другие остаточные продукты переработки нефти; щепки, пни, сучья при заготовке древесины; горючие газы (доменный, коксовый); тепло уходящих газов; горячая вода из систем охлаждения; отработанный пар силовых промышленных установок

Возобновляемые (древесиа, гидроэнергия, энергия ветра, энергия солнца, геотермальная энергия, торф, термоядерная энергия)

Большая часть ресурсов твердых органических топлив и урана расположена на территории промышленно развитых стран, тогда как ресурсы нефти и гидроэнергии сосредоточены в развивающихся странах Азии, Африки и Латинской Америки. Большая часть извлекаемых запасов органического топлива сосредоточена в странах Северной Америки (40 %) и Азии (35 %), меньше запасов в Западной Европе (12 %), Африке (7 %), Южной Америке и Океании (по 3 %).

Запасы топлива в недрах складываются из угля, нефти, газа и урановых руд. Мировой запас угля оценивается в 9-11 трлн. т (условного топлива) при добыче более 4,2 млрд. т/год.

Получение электричества за счет сжигания ископаемого топлива сопровождается появлением большого количества загрязняющих веществ, в том числе твердых частиц, окислов серы и окислов азота. Как на тепловых (работающих на ископаемом топливе), так и на атомных электростанциях возникают тепловые отходы, которые приводят к тепловому (термальному) загрязнению окружающей среды.

При охлаждении открытого типа тепловые отходы сбрасываются во внешние воды; при охлаждении замкнутого типа тепло направляется в атмосферу. Охлаждение открытого типа ведет к тепловому загрязнению водоемов, что оказывает вредное воздействие на водные организмы; некоторые рыбы, например, утрачивают способность противостоять изменениям температуры воды. Тепловое загрязнение влияет на репродуктивные способности организмов, на их способность добывать пищу, сопротивляться болезням и избегать хищников. Повышенные температуры способны изменить структуру водных сообществ в сторону их упрощения. Тепловые электростанции, расположенные вблизи природных теплых вод, наносят, по всей вероятности, наибольший ущерб природе.

Производство электроэнергии из угля и жидкого топлива является самым большим в мире источником загрязнения атмосферы диоксидами серы и углерода, а также значительным источником оксидов азота и взвешенных частиц.

Добыча ископаемого топлива сопровождается изменением рельефа местности, разрушением плодородного слоя земли, загрязнением атмосферы и вод.

Общество стоит перед необходимостью поиска альтернативных источников энергии. Поиск и освоение новых источников энергии - одна из глобальных проблем современности. При многообразии представлений об энергетике будущего доминирует тенденция всемирной экономии ископаемого топлива с учетом его неизбежного удорожания, дефицита и экономических трудностей добычи и использования.

Мировая энергетическая система, основанная на высокоэффективном использовании возобновляемых источников энергии, должна быть не только менее централизованной, но и менее уязвимой при различных экономических потрясениях.

По прогнозу к 2020 г. эти источники заменят около 2,5 млрд. т топлива, их доля в производстве электроэнергии и теплоты составит 8%.

На земную поверхность в течение года поступает солнечное излучение, эквивалентное 178 тыс. ГВт лет (что примерно в 15 тыс. раз больше энергии, потребляемой человечеством). Однако 30 % этой энергии отражается обратно в космическое пространство, 50 % — поглощается, 20 % — идет на поддержание геологического цикла, 0,06 % — расходуется на фотосинтез. Из всей получаемой человечеством энергии 18 % приходится на восстанавливаемые источники (включая электроэнергию). а удельное количество на единицу площади земли зависит от географического местоположения и времени года, причем количество, которое может быть преобразовано в электроэнергию, зависит от эффективности технологии по ее восприятию и преобразованию.

Ресурсы возобновляемой энергии

Первичный вид энергии Источник энергии Мировые ресурсы, 1015 кВт*ч/год
Механическая Сток рек
Волны
Приливы и отливы
Ветер
0,028
0,005-0,05
0,09
0,5-5,2
Тепловая Гралиент температур:
   воды морей и океанов
   воздуха
   недр земли (вулканов)

0,1-1,0
0,001-0,01
0,05-0,2
Лучистая Солнечное излучение
    на поверхность    земли
    полная энергия

200-280
1570
Химическая Растения и торф 10

Многообещающим направлением представляется выращивание растений, идущих в переработку для производства энергии, на маргинальных землях, не задействованных в производстве продуктов питания. Сегодня на дрова и древесный уголь приходится 12% мирового производства энергии. В перспективе использование энергии биомассы увеличится. Уже разработана технология получения этанола из древесины, который будет стоить 2,8 дол. за 1 л и снизит потребность в бензине.

Устойчивое развитие экономики зависит, в том числе, и от сокращения отходов. По оценкам специалистов, их можно легко уменьшить - в промышленности более, чем на 1/3 за счет перестройки производственных процессов. Другое важное направление уменьшения количества отходов состоит и упрощении упаковки продовольственных товаров: переход от многослойной упаковки товаров к однослойной; замена различных по размеру и форме емкостей из-под напитков на ряд стандартных многоразового пользования. Реализация этих мер позволит сэкономить большое количество энергии и материалов.

Политика энергосбережения является выгодной и с экономической, и с природоохранной точек зрения. Ведь чем меньше сжигается топлива, тем меньше загрязнение среды. К тому же экономия, полученная при отказе от строительства новых электростанций, облегчит финансирование установки скрубберов и других очистных сооружений на уже действующих объектах.

Всемирная комиссия по окружающей среде и развитию (комиссия Г.Х. Брундтланд) пришла к выводу: технически возможно снизить потребление энергии в промышленно развитых странах на 50% и экономически желательно увеличить ее потребление в развивающихся государствах на 30%.

На пути экономии энергии и перехода к возобновляемым источникам энергии стоит ряд серьезных препятствий. Вот некоторые их них:

мощные, разветвленные концерны сделали огромные капиталовложения в традиционную энергетическую технику;

энергетика, в том числе в ФРГ и Франции, имеет большие избыточные мощности, следствием чего является "подавление" альтернативных источников энергии;

производящие энергию предприятия хотят продавать ее во все возрастающих количествах, поэтому они не заинтересованы в экономии;

законодательство, стимулирующее развитие энергетики, основанное на законах пятидесятилетней давности, а также современные законы о налогах и субсидиях все еще ориентируют на рост энергопотребления, на монополизацию ископаемых и ядерных энергоносителей;

государственная бюрократия и компетентные научные организации в результате длительной привычки ориентированы на развитие техники, обеспечивающей преобразование ископаемого и ядерного топлива;

мощное и успешно действующее угольное лобби в интересах сохранения "статус-кво" и рабочих мест требует гарантировать в долгосрочном плане высокий сбыт каменного угля, прикрываясь национальными интересами;

привычный для цивилизации способ промышленного производства и потребления (отношение к природе как к работающей «а человека машине, безудержное повышение материального потребления и т.д.);

отсутствие политической воли как решающей предпосылки для развития новой энергетической политики и эффективной защиты окружающей среды (по-прежнему решающей является догма "экономический рост", а вопросы защиты окружающей среды и экономии энергии обсуждаются символически).

Для решения энергетической проблемы техническими средствами специалисты предлагают два противоположных сценария: развитие новой техники производства энергии и развитие техники экономии энергии. Наибольшей степени "технологической готовности" во многих странах сегодня достигло солнечное теплохладоснабжение, способное в ближайшее время обеспечить значительную экономию традиционных видов топлива. В странах Содружества начинает создаваться новая отрасль промышленности по выпуску гелиотехнического оборудования. Группой специилистов СНГ подготовлен проект разработки и освоения производства качественно нового гелиотехнического оборудования, не уступаюшего лучшим мировым образцам. Осуществляемый проект имеет ярко выраженное прикладное значение и ориентирован как на нужды сегодняшнего дня, так и на перспективу.

В России накоплен определенный опыт в области нетрадиционной энергетики. Уже разработаны проекты и осуществляется строительство геотермальных электростанций, мощность которых составит к 2000 г. 250 мегаватт, в ветроустановок - 200 мегаватт. Многие российские установки не имеют аналогов в мировой практике. В первую очередь, это ветроустановки с повышенным сроком службы, применением специальных зеркал и комплексное оборудование для геотермальных электростанций.

Выдвигается проект создания Международного центра по возобновляемым источникам энергии. Основные функции предполагаемого Центра: научные исследования, проектные разработки, содействие распространению передовых технологий. Его деятельность будет строиться на методике оценки применения различных источников в тех или иных сферах. Задачами Центра будут также технические консультации по установке и управлению соответствующим оборудованием. Предусматривается проведение социально-экономических исследований по применению различных типов энергии, в том числе вопросов ущерба от использования традиционных видов энергии .

Однако следует отметить, что одновременно с использованием новых видов энергии возникает новый тип экологических последствий, который затрагивает природные процессы. Так, загрязнение окружающей среды, связанное с возведением солнечных электростанций, носит вполне традиционный характер. Оно является результатом хозяйственной деятельности по добыче руды и другого сырья, а также их переработки в сталь, медь, стекло и т.д. Строительство ветроустановок создает шумовое загрязнение окружающей среды, производимое лопастями пропеллеров, вызывает помехи для воздушного сообщения и для. распространения радио- и телеволн: в местах работы ветроустановок значительно ослабевает сила воздушных потоков, что может оказать влияние на климат, а также ограничть "проветривание" близлежащих промышленных районов. К возобновляемой энергии, уже применяемой на практике, относится также геотермальная. Отрицательными экологическими последствиями ее использования являются: возможность пробуждения сейсмической активности в районах электростанций; опасность локального оседания грунтов; сильный шум, вызванный расширением газов на поверхности земли; эмиссия отравляющих газов.

      

- shop1