Problemele energetice ale umanității

Pentru a prezenta nevoile energetice ale umanității și a le compara cu energia proceselor care au loc în geosferele Pământului, prezentăm aceste valori energetice în Tabel. 21.1.

Examinarea tabelului arată că omenirea are în rezervă surse puternice de energie. Cu toate acestea, utilizarea lor este probabil o chestiune de viitor îndepărtat. Tabelul mai arată că energia proceselor tehnogene a devenit deja comparabilă cu energia proceselor geofizice mari.

Materialele din acest capitol se bazează în principal pe lucrări de.

Resursele naturale sunt utilizate pe scară largă pentru energie. Combustibilii fosili, elementele radioactive și energia potențială a apei sunt principalele tipuri de resurse energetice. Utilizarea lor dăunează semnificativ mediului.

Energia este baza bunăstării umane. Există o creștere continuă a consumului de energie în întreaga lume. De exemplu, în anii 50-70. secolul XX Consumul mediu de energie pe cap de locuitor aproape sa dublat. Peste 200 de ani, consumul global de energie a crescut de aproape 30 de ori și s-a ridicat la 13 Gt cu. t. (o tonă de combustibil standard (ce) este egală cu 29,3 GJ). Standardul de viață al populației tuturor țărilor este determinat de disponibilitatea energiei, deși disponibilitatea energiei poate varia foarte mult, de exemplu, din cauza condițiilor climatice. Consumul de energie pe cap de locuitor este cel mai important indicator care caracterizează nu numai nivelul de bunăstare al locuitorilor țării, ci și stadiul său de dezvoltare economică. În cele mai bogate țări, pe cap de locuitor există 10-14 tone echivalent combustibil pe an. (SUA, Canada, Norvegia), în cele mai sărace - 0,3-0,4 t.e. t. (Mali, Ciad, Bangladesh). Cifrele absolute pentru consumul de combustibil pe cap de locuitor nu oferă o idee despre modul în care este consumat combustibilul. În țările situate în condiții climatice severe, cu semnificative

485

3. Poluarea hidrosferei: poluarea termică a corpurilor de apă,
emisii de poluanți, modificări ale condițiilor de funcționare
ape subterane și de suprafață.

4. Poluarea litosferei în timpul transportului de energie
corpuri și eliminarea deșeurilor, în timpul producției de energie.

5. Poluarea cu deșeuri radioactive și toxice
mediu inconjurator.

6. Modificări ale regimului hidrologic al râurilor hidroelectrice
stații și, în consecință, poluarea în zonă
curs de apă

7. Crearea de câmpuri electromagnetice în jurul liniilor electrice
transmitere

8. Diversitatea speciilor se modifică în zonele de răspândire
obiecte ale complexului combustibil și energetic. "

9. Inițierea proceselor geologice.

Complexul de combustibil și energie furnizează mediul în cantități uriașe cu monoxid de carbon, dioxid de sulf, oxizi de azot, hidrocarburi, funingine, metale grele, produse petroliere, fenoli, cloruri, sulfați etc.

Cum să vă asigurați că o creștere constantă a consumului de energie nu este însoțită de o creștere consecințe negative energie, având în vedere că în viitorul apropiat umanitatea va simți limitările combustibililor fosili? Următoarele pot fi indicate ca modalități de rezolvare a problemei.

1. Economie de energie. Gradul de influență al progresului asupra economisirii energiei poate fi demonstrat prin exemplul motoarelor cu abur. După cum știți, eficiența motoarelor cu abur în urmă cu 100 de ani era de 3-5%, iar acum ajunge la 40%. Dezvoltarea economiei mondiale după criza energetică din anii 70 a arătat, de asemenea, că umanitatea are rezerve semnificative pe această cale. Între 1975 și 1985, intensitatea energetică a produsului național brut al SUA a scăzut cu 71%, Franța cu 70% și Japonia cu 78%. Cu toate acestea, consumul total de energie a continuat să crească. Utilizarea tehnologiilor de economisire a resurselor și a energiei a asigurat o reducere semnificativă a consumului de combustibil și materiale în țările dezvoltate.

Ch. 21. Probleme de mediu ale energiei

2. Dezvoltarea unor tipuri de producție de energie mai curate din punct de vedere ecologic.

Problema poate fi rezolvată probabil prin dezvoltarea unor tipuri alternative de energie, cum ar fi energia solară și geotermală, energia eoliană, utilizarea energiei oceanice și alte tipuri de energie. /Conform terminologiei acceptate, toate tipurile de energie bazate pe energia solara se numesc surse regenerabile de energie. În Europa, 6% din consumul total de energie este produs folosind biomasă și hidroenergie.

Principalele tehnologii care utilizează surse regenerabile de energie sunt prezentate în tabel. 21.2.

Lista prezentată în tabel este destul de largă, luarea în considerare a acesteia arată că, în viitor, tipurile de energie regenerabilă pot înlocui metodele de producere a energiei bazate pe combustibili fosili. În majoritatea țărilor lumii, rezervele de tipuri de energie regenerabilă depășesc cu mult rezervele de tipuri de energie neregenerabile. De exemplu, în Statele Unite, estimările rezervelor totale de energie regenerabilă sunt de aproximativ 600.000 de miliarde de barili echivalent petrol, iar estimările rezervelor totale de energie neregenerabilă sunt de aproximativ 45.000 de miliarde de barili echivalent petrol. Estimări mai realiste, ținând cont de limitările impuse utilizării energiei geotermale și eoliene, reduc această superioritate a rezervelor de energie regenerabilă, dar prospectivitatea rezervelor rămâne.

Până în prezent, sursele regenerabile nu asigură mai mult de 20% din consumul global de energie. Principala contribuție la acest 20% vine din utilizarea biomasei și a hidroenergiei. Pe măsură ce tehnologia se îmbunătățește, contribuția energiei solare și eoliene crește. Atunci când se determină perspectivele de dezvoltare a unui anumit tip de energie, se pune problema evaluării riscului de mediu. Riscul de mediu se referă la probabilitatea unor consecințe negative ale poluării mediului pentru oameni și biote. Riscul de mediu include aspecte economice, de mediu, biologice, sociale, toxicologice.

Cea mai mare parte a energiei electrice este produsă în prezent la centrale termice (TPP). În 1989, în URSS, 65% a fost produs la centrale termice, 24% la hidrocentrale și 11% la centrale nucleare. În 1997, în Rusia, ponderea diferitelor surse în producția de energie electrică era următoarea: gaze naturale - 41,7%;

___________ Ch. 21 Probleme de mediu ale energiei__________ 489

de zeci de ori. În cele din urmă, se modifică structura de specii a ecosistemului rezervorului - dezvoltarea algelor albastre-verzi, modificări în abundența și compoziția speciilor de plancton și pește, de exemplu, în lacul polar Imandra, care este folosit pentru răcirea apei din nuclearul Kola Power Plant, a dispărut salbiiul iubitor de frig, dar a apărut păstrăvul curcubeu iubitor de căldură. Există multe cazuri în care peștii din speciile iubitoare de căldură se aclimatizează bine în rezervoare mai reci din zona de mijloc. De exemplu, în iazul de răcire al TPP Berezovskaya au fost aclimatizate specii iubitoare de căldură precum crapul și bivolii, iar în iazul de răcire al TPP Shakhtinskaya a fost aclimatizat peștele african tilapia. Uneori, speciile erbivore iubitoare de căldură „ajută” la combaterea creșterii excesive a corpurilor de apă.

Turnurile de răcire prin evaporare, utilizate pe scară largă în centralele termice și nucleare, s-au dovedit a fi surse puternice de zgomot infrasonic cu frecvențe mai mici de 10 Hz. Zgomotul infrasonic emis de turnul de răcire este slab atenuat și se propagă de-a lungul canalului acustic format de torța termică a turnului de răcire pe distanțe considerabile. Acesta este un alt impact negativ al centralelor termice și al centralelor nucleare asupra mediului. Rezidenții expuși la radiații infrasunete pot experimenta modificări ale tensiunii arteriale și ale ritmului cardiac.

Centralele termice se caracterizează prin radiații mari și poluare toxică a mediului. Acest lucru se datorează faptului că cărbunele obișnuit și cenușa sa conțin microimpurități de uraniu și o serie de elemente toxice (cadmiu, cobalt, arsenic etc.) în concentrații mai mari decât scoarța terestră. În timpul funcționării centralelor termice, radionuclizii și elementele toxice intră în atmosferă, sol și corpurile de apă. În consecință, contaminarea prin radiații și contaminarea cu elemente toxice în jurul centralelor termice pe cărbune sunt în medie de 10-100 de ori mai mari decât contaminarea de fond.

Zone semnificative din jurul centralelor termice sunt expuse ploii acide și cenușă care conține impurități toxice. În zonele în care sunt amplasate centrale termice se observă suprimarea cronică a vegetației. În consecință, are loc o reducere a produselor agricole și acumularea de elemente toxice în plante.

În Federația Rusă, centralele termice reprezintă 90-95% din totalul emisiilor în atmosferă de la instalațiile energetice de poluare solidă și lichidă, dioxid de sulf și oxid de azot. Ecosistemele terestre și acvatice sunt poluate în principal de centrale termice.

Ch. 21. Probleme de mediu ale energiei

În timpul construcției marilor centrale termice sau a complexelor acestora, poluarea mediului este și mai semnificativă. În acest caz, pot apărea noi efecte, de exemplu, cauzate de excesul vitezei de ardere a oxigenului față de rata de formare a acestuia din cauza fotosintezei plantelor terestre dintr-un anumit teritoriu sau cauzate de o creștere a concentrației de dioxid de carbon în stratul de sol.

Dintre sursele de combustibili fosili, cărbunele este cel mai promițător - acest lucru se datorează faptului că rezervele sale sunt uriașe în comparație cu rezervele de petrol și gaze. Cele mai mari rezerve de cărbune din lume sunt concentrate în Rusia, China și SUA. În prezent, cantitatea principală de energie este generată la centralele termice prin utilizarea produselor petroliere. Astfel, structura rezervelor de combustibili fosili nu corespunde structurii utilizării sale moderne pentru producerea de energie. În viitor, tranziția către o nouă structură a consumului de combustibili fosili va provoca probleme semnificative de mediu, costuri materiale și schimbări majore în întreaga industrie. O serie de țări dezvoltate din lume au început deja restructurarea structurală a sectorului energetic. De exemplu, conceptul de dezvoltare a producției de energie electrică în Statele Unite se caracterizează printr-o creștere a contribuției cărbunelui în timp ce o reducere a contribuției gazului și petrolului.

Principalele avantaje ale centralelor hidroelectrice sunt costul scăzut al energiei electrice generate, rambursarea rapidă (costul este de aproximativ 4 ori mai mic, iar amortizarea este de 3-4 ori mai rapidă decât la centralele termice), manevrabilitate ridicată, care este foarte importantă în timpul perioadele de sarcină maximă și capacitatea de a acumula energie. Chiar și cu întregul potențial al tuturor râurilor Pământului, este posibil să se asigure nu mai mult de un sfert din necesarul de energie actual al umanității. În Rusia, mai puțin de 20% din potențialul hidroenergetic este utilizat în prezent. Cu toate acestea, mai mult utilizare deplină Potențialul hidroenergetic al Federației Ruse este asociat cu costuri economice semnificative, deoarece râurile care sunt promițătoare pentru utilizare sunt situate în regiuni greu accesibile. În țările dezvoltate, eficiența utilizării resurselor hidro este de 2-3 ori mai mare decât în ​​Rusia, așa că Rusia are aici anumite rezerve.

Construcția de hidrocentrale pe râurile de câmpie duce la multe probleme de mediu. Rezervoarele, necesare pentru a asigura funcționarea uniformă a hidrocentralelor, provoacă schimbări climatice în teritoriile adiacente la distanțe de până la sute de kilometri și sunt rezervoare naturale de poluare, inclusiv radioactive. Dacă implementezi unele

491

Proiecte pentru lichidarea rezervoarelor, apoi va apărea o sarcină la fel de complexă de reciclare a poluanților care s-au acumulat în rezervoare pe o perioadă lungă de timp. Algele albastre-verzi se dezvoltă în rezervoare, procesele de eutrofizare se accelerează, ceea ce duce la o deteriorare a calității apei și perturbă funcționarea ecosistemelor. În timpul construcției rezervoarelor, zonele naturale de reproducere sunt perturbate, terenurile fertile sunt inundate și nivelul apei subterane se modifică. Mai promițătoare este construcția de hidrocentrale pe râurile de munte. Acest lucru se datorează potențialului hidroenergetic mai mare al râurilor de munte în comparație cu râurile de câmpie. Atunci când se construiesc rezervoare în zonele muntoase, suprafețe mari de teren fertil nu sunt îndepărtate de la utilizarea terenului. Centralele hidroelectrice de putere mică și medie nu sunt utilizate pe scară largă, deoarece investițiile de capital specifice în acestea sunt mult mai mari decât în ​​termocentrale și hidrocentrale mari și centrale nucleare. Cu toate acestea, recent, din cauza dificultăților întâmpinate cu livrarea combustibilului către Nordul Îndepărtat și alte regiuni inaccesibile, s-a reînnoit interesul pentru construcția de hidrocentrale mici și mijlocii. În cadrul programului țintă federal „Combustibil și energie”, subprogramul „Aprovizionarea cu energie a regiunilor din nordul îndepărtat și teritorii echivalente, precum și locurile de reședință ale popoarelor mici din nord, Siberia și Orientul Îndepărtat prin utilizarea a surselor de energie regenerabilă netradițională și a combustibililor locali”, construcția hidrocentralelor a început puterea de la zeci de W la zeci de MW. Zeci de centrale hidroelectrice de putere redusă au fost construite în ultimii cinci ani în Sakhalin, Kamchatka, Nordul Îndepărtat, Altai și în mai multe zone din Urali.

Într-un număr de țări dezvoltate, ponderea energiei electrice generate de centralele nucleare (CNE) este mare. Astfel, în Franța, ponderea energiei generate la centralele nucleare ajunge la 77% din aprovizionarea cu energie a țării, în Germania - 34%. Centralele nucleare nu produc dioxid de carbon, iar volumul altor poluări a aerului și a solului este, de asemenea, mic în comparație cu centralele termice. În timpul funcționării normale a centralelor nucleare, contaminarea radioactivă în zonele centralei este mică în comparație cu fondul natural și nu are un efect vizibil asupra dozelor de radiații către populație și biotă. Cantitatea de substanțe radioactive generate în timpul funcționării unei centrale nucleare este relativ mică. Impactul radiologic al deșeurilor poate apărea după o perioadă lungă de timp și într-o zonă limitată. Aceasta este

Ch. 21. Probleme de mediu ale energiei

Un avantaj important al centralelor nucleare față de centralele termice, efectele toxice ale deșeurilor apar imediat și pe suprafețe mari. Multă vreme, centralele nucleare au fost prezentate ca fiind cele mai prietenoase cu mediul aspect curat centrale electrice și ca înlocuitor promițător pentru centralele termice care afectează încălzirea globală. Cu toate acestea, procesul de funcționare în siguranță a centralelor nucleare nu a fost încă rezolvat, iar problema eliminării deșeurilor radioactive, de exemplu, C 14 cu viață lungă (timp de înjumătățire este de 5.760 de ani și, prin urmare, se poate acumula în biosferă). ), nu a fost rezolvată. Carbonul este baza tuturor compușilor organici și face parte din moleculele de proteine ​​și ADN. Intrând în moleculele compuşilor organici, C 14 este un iradiator intern.

Pe de altă parte, înlocuirea majorității centralelor termice cu centrale nucleare pentru a elimina contribuția acestora la poluarea atmosferică la scară planetară nu este fezabilă din cauza costurilor economice enorme.

În timpul existenței energiei nucleare au avut loc trei accidente majore de radiații: în 1957 în Marea Britanie (Windscale), în 1979 în SUA (Three Mile Island) și în 1986 la centrala nucleară de la Cernobîl. În ceea ce privește zona de contaminare și cantitatea de activitate degajată, accidentul de la Cernobîl este cel mai grav. În urma accidentului, teritoriul nu numai al URSS, ci și al altor țări europene a fost expus unei contaminări radioactive, iar regiunile afectate au fost cauzate daune economice semnificative. Dezastrul de la Cernobîl a dus la o schimbare radicală a atitudinii populației față de centralele nucleare, în primul rând în regiunile în care se află stațiile sau unde ar putea fi construite. Într-un număr de țări, a apărut problema continuității sociale a energiei nucleare. Stresul psihologic asociat cu locuirea în zone contaminate și relocarea populației afectate va persista mult timp. Prin urmare, perspectivele de dezvoltare a energiei nucleare în următorii ani sunt neclare.

Capacitățile limitate ale energiei nucleare și hidroenergetice, rezervele limitate de combustibili fosili (și în viitor - epuizarea) necesare funcționării centralelor termice și impactul lor termic puternic asupra atmosferei ne obligă să aruncăm o privire mai atentă la non- surse tradiționale de energie.

Unele țări au obținut deja un succes semnificativ în utilizarea metodelor netradiționale de producere a energiei. De exemplu, India ocupă locul 3 în lume ca total

Ch. 21. Probleme de mediu ale energiei 493

Puterea centralelor eoliene. În regiunile Himalaya, construcția de centrale hidroelectrice mici este larg răspândită. a căror capacitate totală a depăşit deja 160 MW. În comunitățile rurale din India se construiesc centrale de biogaz și aragaz solar, a căror utilizare reduce semnificativ fluxul de produse de ardere în atmosferă. Turbinele eoliene de la trei treceri din California (Altamont, Tehachapi, San Gorgonio) au o capacitate totală de 1.500 MW. Centralele eoliene din Danemarca furnizează mai mult de 5% din toată energia generată în țară, iar costul energiei electrice obținute din centralele eoliene este deja mai mic decât costul energiei obținute din centralele nucleare și centralele termice.

Rusia implementează un program cuprinzător pentru dezvoltarea surselor de energie netradiționale. Programul a fost elaborat pentru anii 1991-2005, a prevăzut ca până în 2000, ponderea surselor de energie netradițională să fie de 0,8% din consumul intern de energie. Programul științific și tehnic de stat „Energie curată din punct de vedere ecologic” determină direcția și ritmul de dezvoltare a convertoarelor fotoelectrice. Probleme specifice de dezvoltare a unor tipuri de energie netradiționale sunt rezolvate în cadrul programului țintă federal „Combustibil și energie”, subprogramului „Aprovizionarea cu energie pentru regiunile din nordul îndepărtat și teritorii echivalente, precum și locurile de reședință ale popoarelor indigene din nord, Siberia și Orientul Îndepărtat prin utilizarea surselor de energie regenerabilă netradițională și a combustibililor locali.” În Rusia, aproximativ 45% din case sunt încălzite cu sobe. În prezent, în Federația Rusă, aproximativ 70% din teritoriul cu o populație de 10 milioane de oameni aparține zonei de alimentare descentralizată cu energie. Generarea de energie electrică în astfel de regiuni este realizată în principal de generatoare cu benzină și diesel de putere redusă. Creșterea bruscă a costului combustibilului organic importat face ca zonele îndepărtate din Nordul Îndepărtat și Orientul Îndepărtat ale Federației Ruse să fie promițătoare pentru dezvoltarea surselor de energie netradiționale.

Energie solara

Puterea radiației solare absorbită de atmosferă și de suprafața pământului este de 10 5 TW (10 17 W). Această valoare pare uriașă în comparație cu consumul global de energie actual de 10 TW. Există, de asemenea, alte fluxuri mari de energie lângă suprafața Pământului. Deci transferul de căldură prin atmosferă

Capitolul 21. Probleme de mediu ale energiei 495

Convertorul este o diodă semiconductoare cu suprafață mare. Eficiența absorbției luminii depinde de materialul și grosimea elementului. De exemplu, siliciul amorf absoarbe de 50 de ori mai eficient decât siliciul cristalin. Performanța convertoarelor semiconductoare depinde în mare măsură de puritatea materialului. Puritatea siliciului trebuie să fie de 99,99% pentru a realiza acest lucru necesită tehnologie complexă și costuri semnificative. Eficiența traductorului depinde și de sensibilitatea spectrală a materialului. Elementele bazate pe siliciu cristalin sunt sensibile în regiunile ultraviolete, vizibile și aproape de infraroșu ale spectrului solar. Teoretic, randamentul unui convertor de siliciu cristalin ajunge la 28%.

După cum sa menționat deja, densitatea scăzută a radiației solare este unul dintre obstacolele în calea utilizării sale pe scară largă. Pentru a elimina acest dezavantaj, la proiectarea convertoarelor fotoelectrice sunt utilizate diferite tipuri de concentratoare de radiații. Pentru a compensa periodicitatea energiei solare, este recomandabil să includeți sisteme fotovoltaice în stațiile hibride. La astfel de stații, în perioadele de condiții meteorologice nefavorabile, producția de energie poate fi realizată folosind sisteme tradiționale. Principalele avantaje ale instalațiilor fotovoltaice sunt următoarele. Nu au piese mobile, designul lor este foarte simplu, iar producția lor este avansată din punct de vedere tehnologic. Bateriile solare sunt asamblate din același tip de module. Un avantaj important al convertoarelor fotoelectrice este tendința constantă de reducere a costurilor acestora. La începutul anilor 90. Existau aproximativ 20 de centrale solare mari în lume, cu o capacitate de până la 7 MW, folosind conversia fotovoltaică a energiei solare.

Dezavantajele convertoarelor fotoelectrice includ distrugerea materialului semiconductor în timp, dependența eficienței sistemului de conținutul său de praf și nevoia de a dezvolta metode complexe de curățare a bateriilor de contaminare. Toate acestea limitează durata de viață a convertoarelor fotoelectrice.

Stațiile hibride formate din convertoare fotovoltaice și generatoare diesel sunt deja utilizate pe scară largă pentru furnizarea de energie electrică în zonele în care nu există rețele de distribuție electrică. De exemplu, acest tip de sistem furnizează energie electrică locuitorilor insulei Cocos, situată în strâmtoarea Torres.

Ch. 21. Probleme de mediu ale energiei 497

Acumulator termic care asigură înmuiere
în funcţie de variabilitatea zilnică şi condiţiile meteo
Viy;

Schimbătoare de căldură care formează încălzire și răcire
surse telny ale motorului termic.

Sistemele de captare a radiațiilor solare, în funcție de proiectare, asigură grade diferite de concentrare. Un grad scăzut de concentrare (până la 100) se obține utilizând, de exemplu, reflectoare parabolice, a căror axă este perpendiculară pe planul de mișcare al Soarelui. Un grad mediu de concentrare (până la 1000) poate fi atins prin utilizarea heliostatelor de focalizare controlate de două grade de libertate. Un exemplu de astfel de heliostat este o oglindă în formă de paraboloid de rotație, a cărei axă este orientată spre Soare. Grad înalt concentrația (mai mult de 1000) este realizată de un sistem optic format din heliostate plate și un reflector paraboloid. Sistemul de acumulare ajută la atenuarea efectelor variabilității vremii și variabilității diurne. Acumularea poate fi de scurtă durată pentru a preveni fluctuațiile încărcăturii termice din cauza înnorării, zilnică - pentru a genera electricitate pe timp de noapte și sezonieră - pentru a furniza energie consumatorilor în timpul anotimpurilor nefavorabile. Acumularea de energie se realizează de obicei prin acumularea de căldură. Sistemele de acumulare la temperaturi scăzute (până la 100°C), în special cele cu apă, sunt utilizate pe scară largă pentru încălzirea clădirilor și alimentarea cu apă caldă. Sistemele cu temperatură joasă folosesc, de asemenea, tranziții de fază și reacții reversibile de hidratare și solvatare a sărurilor și acizilor. Pentru acumularea la temperatură medie (de la 100 la 550 °C) se folosesc hidrați de oxizi de metale alcalino-pământoase. Acumularea la temperatură ridicată (temperaturi peste 550 °C) se realizează folosind reacții exo-endoterme reversibile.

Tipul de ciclu termodinamic și fluidul de lucru este determinat de intervalul de temperatură de funcționare a motorului termic.

În prezent, ideile de transformare termodinamică sunt implementate în două tipuri de scheme: heliostate tip turn și stații cu un receptor de energie distribuită.

Într-o stație solară de tip turn, energia din fiecare heliostat este transmisă optic. Heliostatele sunt controlate de un computer. Până la 80% din costul stației este costul heliostatelor. Sistem de colectare și transport de energie

Capitolul 21 Probleme de mediu ale energiei 499

Stații solare pe orbita joasă a Pământului. Designerii propun să plaseze baterii solare de mare putere pe orbită geosincronă. Plasarea unei stații pe o orbită geosincronă asigură că stația este situată deasupra unui anumit punct de pe Pământ. Energia este transmisă la suprafața pământului sub formă de radiații electromagnetice de înaltă frecvență. Densitatea radiației solare pe orbita geosincronă se dovedește a fi mai mare decât pe Pământ. O alegere adecvată a poziției planului orbital asigură o aprovizionare cu energie solară aproape pe tot parcursul anului pentru bateriile stației.

Bioconversia energiei solare

Biomasa a fost folosită ca sursă de energie din cele mai vechi timpuri. În timpul fotosintezei, energia solară este stocată ca energie chimică în masa verde a plantelor. Energia stocată în biomasă poate fi folosită sub formă de hrană de către oameni sau animale sau pentru a produce energie în viața și producția de zi cu zi. În prezent, până la 15% din energia lumii este produsă din biomasă dintr-o tonă de rumeguș tehnologii moderne fac posibilă obținerea a 700 kg de combustibil lichid, iar Rusia deține 20% din resursele forestiere ale planetei.

Cea mai veche și încă folosită metodă de obținere a energiei din biomasă este arderea acesteia. În zonele rurale, până la 85% din energie se obține astfel. Ca combustibil, biomasa are mai multe avantaje față de combustibilii fosili. La arderea biomasei se eliberează de 10-20 de ori mai puțin sulf și de 3-5 ori mai puțină cenușă decât la arderea cărbunelui. Cantitatea de dioxid de carbon eliberată în timpul arderii biomasei este egală cu cantitatea de dioxid de carbon consumată în procesul de fotosinteză. Acest lucru asigură un echilibru zero al emisiilor de monoxid de carbon.

Energia din biomasă poate fi obținută din culturi speciale. De exemplu, în zona subtropicală a Rusiei se propune să crească rase pitice din speciile de papaya cu creștere rapidă. Dintr-un hectar în 6 luni pe parcele experimentale se obțin mai mult de 5 tone de biomasă în greutate uscată, care poate fi folosită la producerea biogazului. Biomasa poate fi folosită și pentru a obține aditivi biologic activi pentru alimente și furaje. Speciile promițătoare includ arbori cu creștere rapidă și plante bogate în carbohidrați, care sunt folosite pentru a produce alcool etilic.

Capitolul 21 Probleme de mediu ale energiei

Trestia de zahăr este cea mai utilizată pentru producerea alcoolului etilic. În Brazilia, etanol pur și amestecurile de etanol-benzină sunt combustibili utilizați pe scară largă. Un astfel de biocombustibil este ușor de depozitat și transportat, are o putere calorică mare și arde mai complet în motor. La arderea unui astfel de combustibil, atmosfera este poluată mult mai puțin decât la arderea combustibilului convențional. Brazilia, care a început să folosească etanol ca combustibil pentru vehicule în anii 70, are cea mai bună tehnologie de producție din lume. Metodele de bioconversie promițătoare includ o metodă de producere a combustibilului pentru motor (ester metilic) din semințe de rapiță. Combustibilul pe bază de rapiță, având caracteristici apropiate de motorina, practic nu produce emisii de substanțe nocive. Republica Cehă produce aproximativ 1 milion de tone de combustibil biodiesel pe an. În SUA, în Italia a fost dezvoltată o metodă de producere a alcoolului din porumb, se lucrează pentru dezvoltarea unei metode de producere rentabilă a alcoolului din sorg. Aproximativ 200 de autobuze din Stockholm circulă deja cu alcool.

O metodă răspândită de obținere a energiei din biomasă este producerea de biogaz prin digestie anaerobă. Acest gaz conține aproximativ 70% metan. Biometanogeneza a fost descoperită în 1776 de Volta, care a descoperit metanul în gazul de mlaștină. Biogazul permite utilizarea turbinelor cu gaz, care sunt cele mai moderne mijloace de inginerie termică. Deșeurile organice din agricultură și industrie sunt folosite pentru a produce biogaz. Această direcție este una dintre modalitățile promițătoare și promițătoare de a rezolva problema aprovizionării cu energie în zonele rurale. De exemplu, din 300 de tone de substanță uscată de gunoi de grajd transformate în biogaz, randamentul energetic este de aproximativ 30 de tone echivalent petrol. Mai promițătoare este conversia termochimică a biomasei, în care gazul sintetic este obținut prin arderea biomasei la o temperatură de 800-15.000 °C. Centralele cu turbine pe gaz cu unități de gazeificare au o eficiență de 40-45%.

În India și China, câteva zeci de milioane de instalații de producere a biogazului sunt operate în zonele rurale.

Biomasa pentru producția ulterioară de biogaz poate fi cultivată într-un mediu acvatic prin cultivarea algelor și microalgelor.

Capitolul 21 Probleme de mediu ale energiei 503

Densitate relativ scăzută, variabilitate puternică în timp și costuri ridicate ale centralelor de energie valurilor.

În prezent, a fost acumulată o cantitate semnificativă de măsurători instrumentale ale valurilor vântului în Oceanul Mondial. Pe baza acestor date, climatologia valurilor identifică zonele cu cele mai intense și persistente valuri. Pierderile de energie ale valurilor din cauza surfului pe glob sunt estimate la 2 ■ 10 9 kW. Lungimea totală a litoralului este de 200.000 km, adică în medie 10 kW pe metru de coastă. Cu toate acestea, există zone de coastă în care puterea medie a valurilor este semnificativ mai mare. Sunt expuși constant valurilor oceanice, lungi de 50-200 m și înălțimi mai mari de 2-5 m Formarea acestor valuri nu este neapărat legată de acțiunea vântului local. Valurile care provin dintr-o parte a oceanului sunt capabile să parcurgă distanțe mari de sute și mii de mile, deoarece sunt slab atenuate în oceanul adânc. Potrivit unor estimări, puterea medie anuală a valurilor pe metru a coastei de vest a Marii Britanii ajunge la 80 kW, iar puterea totală a valurilor a coastei este de 120 GW, ceea ce este de aproximativ 5 ori mai mare. nevoile moderne electricitate in tara. În multe zone din zona de raft din SUA și Japonia, densitatea energiei valurilor este de aproximativ 40 kW/m.

Majoritatea convertoarelor de energie valurilor folosesc o schemă de conversie în două etape în prima etapă, energia este transferată de la undă în corpul absorbant și se rezolvă problema concentrării energiei valurilor. În a doua etapă, energia absorbită este transformată într-o formă convenabilă pentru consum. Există trei tipuri principale de proiecte de recoltare a energiei valurilor. Primul folosește o metodă de creștere a concentrației de energie a valurilor și de transformare a acesteia în energie potențială apă. În al doilea, un corp cu mai multe grade de libertate este situat la suprafața apei. Forțele ondulatorii care acționează asupra unui corp îi transferă o parte din energia valurilor. Principalul dezavantaj al unui astfel de proiect este vulnerabilitatea corpului sub influența valurilor. În al treilea tip de proiect, sistemul care absoarbe energia valurilor este situat sub apă. Transferul energiei undei către dispozitivul receptor are loc sub influența presiunii sau vitezei undei. O clasificare mai generală a convertoarelor de unde este împărțirea lor în active și pasive. Tipurile active de convertoare de energie valurilor includ convertoare care au

Ch. 21 Probleme de mediu ale energiei

Numele inventatorului său. În Anglia, unde au fost propuse o serie de îmbunătățiri ale instalației, aceasta se numește coloană de apă oscilantă. Dispozitivele de acest tip sunt deja utilizate pe scară largă pentru a furniza energie stațiilor de geamanduri autonome.

Forța cu care acționează valurile asupra structurilor din zona de coastă ajunge la câteva tone pe metru pătrat. Această acțiune de forță poate fi folosită și pentru a converti energia valurilor. Să ne imaginăm o geamandură cu bază trapezoidală, ancorată în zona de coastă. Partea largă a trapezului este orientată spre ocean - acest lucru vă permite să concentrați energia valurilor. Această parte a geamandurii este deschisă valurilor. În interior, geamandura este împărțită în secțiuni care se termină în cilindri cu pistoane. Valurile, acționând asupra pistoanelor, pun în mișcare aerul, care la rândul său mișcă turbina de aer. Cu o dimensiune de bază de 350 m și o înălțime a geamandurii de 20 m, puterea va fi de aproximativ 100 MW.

Convertizoarele de energie valurilor, care au un număr semnificativ de părți mobile, sunt sensibile la apa de mare și la sarcinile neregulate de putere. Prin urmare, se acordă preferință sistemelor cu un număr minim de părți mobile.

Paralelismul crestelor valurilor din zona de coasta, datorita fenomenului de refractie, este utilizat in urmatorul tip de convertor de energie a valurilor. Cilindrul de flotabilitate pozitivă este complet scufundat în apă. Axa cilindrului este paralelă cu creasta undei incidente. La o adâncime dată, cilindrul este ținut de patru cabluri cu plutire neutră. La capetele cablurilor este atașată o sarcină cu arc. Acest sistem de prindere permite cilindrului să se deplaseze în plan orizontal și vertical. Dacă creasta undei incidente este paralelă cu axa cilindrului, atunci cilindrul va efectua o mișcare similară cu cea a particulelor de apă din val. Dispunerea cilindrilor suplimentari cu alți parametri face posibilă extinderea gamei de lungimi de undă în care energia valurilor este absorbită eficient. Cilindrii complet îngropați măresc fiabilitatea operațională a sistemului în comparație cu schemele în care părțile mobile sunt amplasate la suprafața apei.

Convertoarele de energie valurilor cu inducție-capacitive au fost considerate recent tipuri promițătoare de convertoare de energie valurilor. În convertoarele de acest tip, o placă a condensatorului este o undă

Capitolul 21 Probleme de mediu ale energiei

Problema energiei este problema furnizării fiabile a umanității cu combustibil și energie. La scară globală, această problemă s-a manifestat în anii 70 ai secolului XX, când a izbucnit criza energetică, marcând sfârșitul erei petrolului ieftin. Problema globală a furnizării de combustibil și energie rămâne importantă astăzi.

Cauzele problemei energetice sunt prezentate în Fig. 3

În lumea de la începutul până în anii 80 ai secolului XX, au fost folosiți mai mulți combustibili minerali decât în ​​întreaga istorie anterioară a omenirii. Inclusiv doar din 1960 până în 1980, 40% din cărbune, aproape 75% din petrol și aproximativ 80% din gazele naturale produse de la începutul secolului au fost extrase din măruntaiele Pământului.

Cantitatea de extracție de combustibil și resurse energetice a dus la o deteriorare a situației mediului. Și creșterea cererii pentru aceste resurse a crescut concurența între țările exportatoare de resurse de combustibil pentru Condiții mai bune vânzări și între țările importatoare pentru accesul la resursele energetice.

Munca de explorare geologică la scară largă s-a intensificat sub influența crizei energetice, ducând la descoperirea și dezvoltarea de noi zăcăminte de energie. Disponibilitatea celor mai importante tipuri de combustibili minerali a crescut direct. Potrivit calculelor, extragerea rezervelor dovedite de cărbune ar trebui să fie suficientă pentru 325 de ani, petrol timp de 37 de ani și gaze naturale timp de 62 de ani.

Rezolvarea problemei energetice presupune o creștere suplimentară a producției de energie și o creștere a consumului de energie. Consumul mondial de energie în termeni absoluti din 1996 până în 2003 a crescut de la 12 miliarde la 15,2 miliarde de tone echivalent combustibil. Cu toate acestea, o serie de țări se confruntă cu atingerea limitei producție proprie resurse energetice (China) sau cu perspectiva reducerii acestei producţii (Marea Britanie). Această dezvoltare încurajează căutarea unor modalități de utilizare mai rațională a resurselor energetice.

Principalele modalități de rezolvare a problemei energetice globale sunt prezentate în Fig. 4.

Multe țări cu piețe emergente (Rusia, Ucraina, China, India) continuă să dezvolte industrii consumatoare de energie, precum și să utilizeze tehnologii învechite. În aceste țări, ar trebui să ne așteptăm la o creștere a consumului de energie din cauza creșterii standard de viațăși schimbări în stilul de viață al populației, precum și o lipsă de fonduri pentru reducerea intensității energetice a economiei. Prin urmare, consumul de resurse energetice este în creștere în țările cu piețe emergente, în timp ce în țările dezvoltate consumul rămâne la un nivel relativ stabil.

În perioada modernă și chiar în ani lungiÎn viitor, soluția la problema energetică globală va depinde de gradul de reducere a intensității energetice a economiei, adică de consumul de energie pe unitatea de PIB produsă.

Astfel, problema energetică globală în înțelegerea sa anterioară ca o amenințare a lipsei absolute de resurse în lume nu există. Cu toate acestea, problema furnizării resurselor energetice rămâne într-o formă modificată.

Problema materiilor prime

Problema materiilor prime este o problemă care a devenit urgentă datorită progresului tehnologic al omenirii și a utilizării mai multor combustibil și materii prime pentru viața sa.

Apariția unei probleme globale a resurselor și materiilor prime se explică, în mare măsură, prin creșterea foarte rapidă și explozivă a consumului de combustibili minerali și materii prime și, în consecință, de amploarea extracției acestora din intestinele Pământ.

Numai în perioada de la începutul până în anii 80 ai secolului al XX-lea, în lume s-au produs și consumat mai mult combustibil și materii prime decât în ​​întreaga istorie anterioară a omenirii. Din 1960 până în 1980, 40% cărbune, 50% cupru și zinc, 55% minereu de fier, 60% diamante, 65% nichel, săruri de potasiu și fosforiti, aproape 75% petrol și aproximativ 80% gaze naturale. și bauxita au fost extrase din intestinele Pământului, extrase de la începutul secolului.

Principalele modalități de rezolvare a problemei materiilor prime sunt prezentate în Fig. 5.

Omenirea devine din ce în ce mai mare în fiecare an. Acest lucru se datorează creșterii populației planetei și dezvoltării intensive a tehnologiei, ceea ce duce la un nivel din ce în ce mai mare al consumului de energie. În ciuda utilizării energiei nucleare, alternative și hidroenergetice, oamenii continuă să extragă cea mai mare parte a combustibilului din intestinele Pământului. Petrolul, gazele naturale și cărbunele sunt resurse naturale neregenerabile resurse energetice, până acum rezervele lor au scăzut la un nivel critic.

Începutul sfârșitului

Globalizarea problemei energetice a umanității a început în anii 70 ai secolului trecut, când s-a încheiat epoca petrolului ieftin. Lipsa și creșterea bruscă a prețului acestui tip de combustibil au provocat o criză gravă în economia globală. Și deși costul său a scăzut de-a lungul timpului, volumele sale sunt în scădere constantă, astfel încât problema energiei și materiilor prime a umanității devine din ce în ce mai acută.

De exemplu, numai în perioada anilor 60-80 ai secolului XX, volumul global al producției de cărbune a fost de 40%, petrol - 75%, gaze naturale - 80% din volumul total al acestor resurse utilizate de la început. a secolului.

În ciuda faptului că penuria de combustibil a început în anii 70 și s-a descoperit că problema energetică este o problemă globală pentru umanitate, prognozele nu prevedeau o creștere a consumului acesteia. S-a planificat ca volumul de extracție a mineralelor să crească de 3 ori până în 2000. Ulterior, desigur, aceste planuri au fost reduse, dar ca urmare a exploatării extrem de risipitoare a resurselor, care a durat zeci de ani, astăzi practic nu mai există astfel de planuri.

Principalele aspecte geografice ale problemei energetice a umanității

Unul dintre motivele penuriei tot mai mari de combustibil este condițiile din ce în ce mai dificile pentru extracția acestuia și, în consecință, creșterea costului acestui proces. Dacă în urmă cu doar câteva decenii resursele naturale se aflau la suprafață, astăzi trebuie să creștem constant adâncimea minelor, puțurilor de gaz și petrol. Condițiile miniere și geologice pentru apariția resurselor energetice în vechile zone industriale din America de Nord, Europa de Vest, Rusia și Ucraina s-au deteriorat în mod deosebit semnificativ.

Luând în considerare aspectele geografice ale problemelor energetice și materiilor prime ale umanității, trebuie spus că soluția lor constă în extinderea limitelor resurselor. Este necesară dezvoltarea unor noi zone cu condiții miniere și geologice mai ușoare. În acest fel, costul de producție a combustibilului poate fi redus. Ar trebui să se țină seama de faptul că intensitatea totală a capitalului extracției de resurse energetice în locații noi este de obicei mult mai mare.

Aspecte economice și geopolitice ale problemelor energetice și materiilor prime ale umanității

Epuizarea rezervelor de combustibil natural a provocat o concurență acerbă în sferele economice, politice și geopolitice. Corporațiile gigantice de combustibili sunt angajate în împărțirea resurselor de combustibil și energie și redistribuirea sferelor de influență în această industrie, ceea ce implică fluctuații constante ale prețurilor pe piața mondială la gaze, cărbune și petrol. Instabilitatea situației agravează serios problema energetică a umanității.

Securitatea energetică globală

Acest concept a intrat în uz la începutul secolului al XXI-lea. Principiile unei astfel de strategii de securitate asigură o aprovizionare cu energie fiabilă, pe termen lung și acceptabilă din punct de vedere ecologic, ale cărei prețuri vor fi justificate și acceptabile ambelor țări exportatoare și importatoare de combustibil.

Implementarea acestei strategii este posibilă numai dacă cauzele problemei energetice a umanității sunt eliminate și măsuri practice menite să asigure în continuare economiei mondiale atât tipurile tradiționale de combustibil, cât și energie din surse alternative. Mai mult, ar trebui să se acorde dezvoltarea energiei alternative Atentie speciala.

Politica de economisire a energiei

În vremuri de combustibil ieftin, multe țări din întreaga lume au dezvoltat economii foarte mari consumatoare de resurse. În primul rând, acest fenomen a fost observat în țările bogate în resurse minerale. Lista a fost în frunte cu Uniunea Sovietică, SUA, Canada, China și Australia. În același timp, în URSS volumul consumului de combustibil a fost de câteva ori mai mare decât în ​​America.

Această stare de fapt a necesitat introducerea urgentă a politicilor de economisire a energiei în utilitățile publice, industrial, transport și alte sectoare ale economiei. Luând în considerare toate aspectele problemelor energetice și materiilor prime ale umanității, au început să fie dezvoltate și implementate tehnologii menite să reducă intensitatea energetică specifică a PIB-ului acestor țări, iar întreaga structură economică a economiei mondiale a început să fie reconstruită.

Succese și eșecuri

Cele mai vizibile succese în domeniul economisirii energiei au fost obținute în țările occidentale dezvoltate economic. În primii 15 ani, ei au reușit să reducă intensitatea energetică a PIB-ului lor cu 1/3, ceea ce a dus la o reducere a ponderii lor din consumul global de energie de la 60 la 48 la sută. Astăzi, această tendință continuă, iar creșterea PIB-ului în Occident depășește volumele în creștere ale consumului de combustibil.

Situația este mult mai gravă în Europa Central-Est, China și țările CSI. Intensitatea energetică a economiei lor scade foarte lent. Dar liderii anti-rating-ului economic sunt țările în curs de dezvoltare. De exemplu, în majoritatea țărilor africane și asiatice, pierderile de combustibili asociați (gaze naturale și petrol) variază între 80 și 100%.

Realități și perspective

Problema energetică a umanității și modalitățile de rezolvare a acesteia sunt de îngrijorare pentru întreaga lume de astăzi. Pentru a îmbunătăți situația existentă, sunt introduse diverse inovații tehnice și tehnologice. Pentru a economisi energie, echipamentele industriale și utilitare sunt îmbunătățite, se produc mașini mai economice etc.

Măsurile macroeconomice prioritare includ o schimbare treptată a structurii însăși a consumului de gaze, cărbune și petrol cu ​​perspectiva creșterii ponderii resurselor de energie netradițională și regenerabilă.

Pentru a rezolva cu succes problema energetică a umanității, este necesar să se acorde o atenție deosebită dezvoltării și implementării unor tehnologii fundamental noi disponibile în mediul modern.

Energie nucleara

Unul dintre cele mai promițătoare domenii în domeniul aprovizionării cu energie este Reactoarele nucleare de nouă generație au fost deja puse în funcțiune în unele țări dezvoltate. Oamenii de știință nucleari discută din nou în mod activ subiectul reactoarelor alimentate de neuroni rapizi, care, așa cum era de așteptat cândva, ar deveni un val nou și mult mai eficient de energie nucleară. Cu toate acestea, dezvoltarea lor a fost oprită, dar acum această problemă a devenit din nou relevantă.

Folosind generatoare MHD

Conversia directă a energiei termice în energie electrică fără cazane și turbine cu abur face posibilă realizarea acestei direcții promițătoare, începută la începutul anilor 70 ai secolului trecut. În 1971, la Moscova a fost lansat primul MHD industrial pilot cu o capacitate de 25.000 kW.

Principalele avantaje ale generatoarelor magnetohidrodinamice sunt:

• Eficiență ridicată;
• ecologic (fără emisii nocive în atmosferă);
• lansare instantanee.

Turbogenerator criogenic

Principiul de funcționare al unui generator criogenic este că rotorul este răcit, rezultând efectul de supraconductivitate. Avantajele incontestabile ale acestei unități includ eficiență ridicată, greutate și dimensiuni reduse.

Un prototip industrial pilot al unui turbogenerator criogenic a fost creat în epoca sovietică, iar acum dezvoltări similare sunt în curs de desfășurare în Japonia, SUA și alte țări dezvoltate.

Hidrogen

Utilizarea hidrogenului ca combustibil are perspective enorme. Potrivit multor experți, această tehnologie va ajuta la rezolvarea celor mai importante probleme globale ale umanității - problema energiei și a materiilor prime. În primul rând, combustibilul cu hidrogen va deveni o alternativă la resursele naturale de energie în inginerie mecanică. Primul a fost creat de compania japoneză Mazda la începutul anilor 90 și a fost dezvoltat un nou motor pentru el. Experimentul s-a dovedit a fi destul de reușit, ceea ce confirmă promisiunea acestei direcții.

Generatoare electrochimice

Acestea sunt pile de combustibil care funcționează și pe hidrogen. Combustibilul este trecut prin membrane polimerice cu o substanță specială - un catalizator. Ca rezultat al unei reacții chimice cu oxigenul, hidrogenul însuși este transformat în apă, eliberând energie chimică la ardere, care este transformată în energie electrică.

Motoarele cu celule de combustibil se caracterizează prin cea mai mare eficiență (peste 70%), care este de două ori mai mare decât cea a centralelor electrice convenționale. În plus, sunt ușor de utilizat, silențios în timpul funcționării și nu necesită reparații.

Până de curând, celulele de combustie aveau un domeniu de aplicare restrâns, de exemplu în cercetarea spațială. Dar acum se lucrează la introducerea generatoarelor electrochimice în curs de desfășurare în majoritatea țărilor dezvoltate economic, printre care Japonia ocupă primul loc. Puterea totală a acestor unități în lume este măsurată în milioane de kW. De exemplu, centralele electrice care folosesc astfel de elemente funcționează deja în New York și Tokyo, iar producătorul auto german Daimler-Benz a fost primul care a creat un prototip funcțional al unei mașini cu un motor care funcționează pe acest principiu.

Fuziune termonucleară controlată

Cercetările în domeniul energiei termonucleare sunt în desfășurare de câteva decenii. Energia atomică se bazează pe reacția de fisiune nucleară, iar energia termonucleară se bazează pe procesul invers - nucleele izotopilor de hidrogen (deuteriu, tritiu) se contopesc. În procesul de ardere nucleară a 1 kg de deuteriu, cantitatea de energie eliberată este de 10 milioane de ori mai mare decât cea obținută din cărbune. Rezultatul este cu adevărat impresionant! De aceea, energia termonucleară este considerată una dintre cele mai promițătoare domenii în rezolvarea problemelor penuriei globale de energie.

Prognoze

Astăzi, există diferite scenarii pentru dezvoltarea situației energetice globale în viitor. Potrivit unora dintre ei, până în 2060 consumul global de energie în echivalent petrol va crește la 20 de miliarde de tone. În același timp, în ceea ce privește volumele de consum, țările în curs de dezvoltare le vor depăși pe cele dezvoltate.

Până la mijlocul secolului al XXI-lea, volumul resurselor de energie fosilă ar trebui să scadă semnificativ, dar ponderea surselor de energie regenerabilă, în special a surselor de energie eoliană, solară, geotermală și mareelor, ar trebui să crească.

Trimiteți-vă munca bună în baza de cunoștințe este simplu. Utilizați formularul de mai jos

Studenții, studenții absolvenți, tinerii oameni de știință care folosesc baza de cunoștințe în studiile și munca lor vă vor fi foarte recunoscători.

Postat pe http://www.allbest.ru/

ABSTRACT

pe tema: „Problema energetică globală”

Problema energetică globală este problema furnizării omenirii de combustibil și energie acum și în viitorul apropiat. Principalul motiv al problemei energetice globale ar trebui luat în considerare creșterea rapidă a consumului de combustibili minerali în secolul al XX-lea. Pe partea ofertei, este cauzată de descoperirea și exploatarea uriașelor zăcăminte de petrol și gaze din Siberia de Vest, Alaska și pe platforma Mării Nordului, iar pe partea cererii, de o creștere a parcului de vehicule și o creștere a producerea de materiale polimerice. Principalele probleme de mediu sunt problema epuizării rapide a combustibililor fosili neregenerabili cu o rată în creștere a consumului - problema aprovizionării cu petrol, cărbune, gaze naturale, creșterea consumului de energie electrică, depășind de multe ori producția acestuia. Se crede că, la nivelul actual de minerit, rezervele dovedite de cărbune ar trebui să dureze 325 de ani. gaze naturale - timp de 62 de ani, iar petrol - timp de 37 de ani. Astăzi, consumul total de energie termică în lume este o cantitate colosală - mai mult de 1013 W pe an (echivalentul a 36 de miliarde de tone de combustibil standard).

În ceea ce privește perspectivele energiei nucleare, toate rezervele industriale cunoscute de uraniu vor fi epuizate în primul deceniu al secolului XXI. Luând în considerare costurile de extracție a combustibilului, neutralizare, reciclare și eliminare a deșeurilor, conservarea reactoarelor uzate (și resursa acestora nu depășește 30 de ani), costurile pentru nevoile sociale și de mediu, costul energiei centralei nucleare va fi de multe ori depășește orice nivel acceptabil din punct de vedere economic. Potrivit experților, numai costurile pentru îndepărtarea, eliminarea și neutralizarea deșeurilor nucleare acumulate la întreprinderile rusești se vor ridica la aproximativ 400 de miliarde de dolari și pentru a asigura nivelul necesar de siguranță tehnologică - 25 de miliarde de dolari Pe măsură ce numărul de reactoare crește, probabilitatea a accidentelor lor crește. Astfel, energia nucleară nu are perspective pe termen lung.

Principalele moduri de rezolvare a problemei energetice globale:

O modalitate extinsă de a rezolva problema energetică presupune o creștere suplimentară a producției de energie și creștere absolută Consumul de energie. Această cale rămâne relevantă pentru economia mondială modernă. Consumul mondial de energie în termeni absoluti din 1996 până în 2003 a crescut de la 12 miliarde la 15,2 miliarde de tone echivalent combustibil. În același timp, o serie de țări se confruntă cu atingerea limitei producției proprii de energie (China) sau cu perspectiva reducerii acestei producții (Marea Britanie). Această dezvoltare a evenimentelor încurajează căutarea unor modalități de utilizare mai rațională a resurselor energetice și tranziția către surse alternative de energie (AES) netradiționale. Sunt prietenoase cu mediul, regenerabile și se bazează pe energia Soarelui și a Pământului. Energia solară se bazează pe utilizarea directă a radiației solare pentru a produce energie într-o anumită formă. Energia solară folosește o sursă inepuizabilă de energie și este prietenoasă cu mediul, adică nu produce deșeuri dăunătoare. Avantaje: Disponibilitatea publicului și inepuizabilitatea sursei și siguranță totală pentru mediu. Dezavantaje: dependență de vreme și de ora zilei, în consecință, nevoia de acumulare de energie,

Cost ridicat de construcție, Necesitatea curățării periodice a suprafeței reflectorizante de praf, Încălzirea atmosferei deasupra centralei electrice.

În 2010, 2,7% din energia electrică a Spaniei provenea din energia solară, iar 2% din energia electrică a Germaniei provenea din energie fotovoltaică. În decembrie 2011, construcția ultimei, a cincea etapă de 20 de megawați a parcului solar din Perovo a fost finalizată în Ucraina, în urma căreia capacitatea totală instalată a crescut la 100 MW. Este urmată de centrala electrică canadiană Sarnia (97 MW), italianul Montalto di Castro (84,2 MW) și germanul Finsterwalde (80,7 MW). Completand primele cinci cele mai mari parcuri fotovoltaice din lume se află un alt proiect din Ucraina - centrala electrică Okhotnikov de 80 de megawați din regiunea Saki din Crimeea. Prima centrală solară din Rusia cu o capacitate de 100 kW a fost lansată în septembrie 2010 în regiunea Belgorod. Energia generată din radiația solară va putea, ipotetic, să asigure 20-25% din necesarul de electricitate al umanității până în 2050 și să reducă emisiile de dioxid de carbon. Potrivit experților de la Agenția Internațională pentru Energie (IEA), energia solară în 40 de ani cu un nivel adecvat de diseminare a tehnologiilor avansate va genera aproximativ 9 mii terawatt-oră - sau 20-25% din toată energia electrică necesară, iar acest lucru va reduce carbonul. emisii de dioxid cu 6 miliarde de tone anual.

Energie eoliana. Turbinele eoliene sunt o modalitate destul de promițătoare de a obține energie dintr-o sursă prietenoasă cu mediul. Mai ales în condițiile creșterii prețurilor la petrol, gaze și cărbune. Energia eoliană este competitivă în regiunile cu viteze moderate până la mari ale vântului. Având în vedere faptul că procesul de producere a energiei eoliene nu necesită altceva decât turbine eoliene. Nu există costuri pentru achiziționarea și livrarea materiilor prime sau pentru reducerea poluării mediului. Spre deosebire de centralele moderne, o centrală eoliană poate funcționa neîntrerupt chiar dacă una dintre turbinele eoliene se defectează - pentru că restul instalațiilor vor continua să funcționeze. Un parc eolian poate funcționa la capacitate maximă doar 10% din timp, în ciuda faptului că sunt construite în zone în care în general bate vânt. Cu toate acestea, turbinele eoliene produc energie electrică de cele mai multe ori funcționează (65-80%), deși cantitatea de energie produsă poate varia. O instalație tipică de doi megawați produce energie electrică pentru 600-800 de locuințe. Și odată cu utilizarea noilor tehnologii, această cifră poate crește.

Energia termică a pământului. Unele țări ale lumii (nu toate) sunt bogate în izvoare termale și faimoase gheizere-fântâni de apă caldă, care ies din pământ cu precizie de cronometru. De exemplu, Islanda. Locuitorii acestei mici țări nordice operează centrala subterană foarte intens. Capitala, Reykjavik, unde trăiește jumătate din populația țării, este încălzită doar de surse subterane. Există chiar și centrale electrice care folosesc izvoare subterane fierbinți. Islanda este pe deplin autosuficientă în roșii, mere și chiar banane! Numeroase sere islandeze își primesc energia din căldura pământului - practic nu există alte surse locale de energie în Islanda. combustibil problema energie bioenergie

Energie din biomasă. Termenul „biomasă” se referă la materia organică care a reținut energia soarelui prin procesul de fotosinteză. În forma sa originală, există sub formă de plante. Mai departe de-a lungul lanțului trofic poate fi transmis la ierbivore, iar dacă sunt consumate, atunci la carnivore. Când biomasa (lemn, vegetație uscată) este arsă, se eliberează energia stocată și dioxidul de carbon. Astăzi, această industrie ocupă locul al doilea după hidroenergie pe lista surselor alternative datorită ieftinității și disponibilității sale. Reprezintă 15% din aprovizionarea cu energie a lumii și până la 35% în țările în curs de dezvoltare. Folosit în principal pentru gătit și încălzire Partea pozitivă este că va fi emis mai puțin dioxid de carbon pur, ceea ce duce la efectul de seră. Dar, pe de altă parte, defrișările vor crește. Și astăzi aceasta este una dintre problemele globale. Deșerturile câștigă din ce în ce mai mult spațiu. Odată terenul fertil, rămas fără acoperire de vegetație, va fi supus eroziunii și va pierde materie organică.

Astfel, problema energetică globală în înțelegerea sa anterioară ca o amenințare a lipsei absolute de resurse în lume nu există. Problema furnizării resurselor energetice rămâne însă într-o formă modificată.

Postat pe Allbest.ru

Documente similare

Problemele industriei electrice din lume. Impactul energiei asupra mediului. Bilanțul de combustibil și energie al Rusiei. Modalități de rezolvare a problemelor energetice. Consumul specific de energie pe cap de locuitor în lume. Surse alternative energie regenerabila.

prezentare, adaugat 12.12.2010


Rolul navelor în procesul de transport. Nivelul tehnic al echipamentelor centralei navelor, analiza măsurilor care vizează creșterea eficienței energetice a acesteia. Modernizarea centralelor electrice principale și auxiliare.

teză, adăugată 09.11.2011


Complexul de combustibil și energie al Republicii Belarus: sistem de extracție, transport, depozitare, producție și distribuție a tuturor tipurilor de resurse energetice. Probleme de securitate energetică a republicii, deficit de resurse financiare în industria energetică.

rezumat, adăugat 16.06.2009


Analiza problemelor primare ale energiei globale și problema furnizării umanității cu aprovizionare durabilă cu energie electrică. Securitatea energetică a populației Pământului. Politica de eficienta energetica. Politica de înlocuire. Noi tehnologii în energie.

rezumat, adăugat 13.01.2017


Problema energetică în lumea modernă. Conceptul de bioenergie, realizări în acest domeniu. Combustibil biologic ca produs bioenergetic, avantajele utilizării acestuia. Mecanisme de conversie a energiei în timpul vieții organismelor.

rezumat, adăugat 19.10.2012


Ecuații ale bilanțurilor materiale și termice pentru schimbătoarele de căldură și punctele de amestecare a mediilor din circuitul de funcționare al unei centrale nucleare. Determinarea debitului de abur per turbină, a ieșirii de abur a generatorului de abur și a puterii reactorului nuclear.

test, adaugat 18.04.2015


Probleme contemporane complex de combustibil și energie. Energie alternativă: eoliană, solară, bioenergie. Caracteristici și metode de utilizare, geografia aplicării, cerințele privind capacitatea combustibilului apă-cărbune, perspectivele dezvoltării acestuia.

lucrare curs, adaugat 12.04.2011


Structura și compoziția unei centrale nucleare. Circuite de comutare și distribuție în zonele active. Cerințe de fiabilitate. Tipuri și criterii de defecțiuni ale unei centrale nucleare și ale componentelor acesteia. Model de simulare a funcționării centralei nucleare-25.

raport de practică, adăugat la 22.01.2013


Caracteristicile structurii sistemului energetic unificat al Rusiei. Legături cu sistemele energetice ale țărilor străine. Optimizarea fiabilității sursei de alimentare și a calității energiei. Îmbunătățirea instrumentelor de expediere și control automat.

rezumat, adăugat 11.09.2013


Elaborarea unui proiect de modernizare a centralei electrice a unui remorcher de nava pentru a-si creste efortul de tractiune, inlocuind motoarele cu altele mai economice. Selectia instalatii electrice si cazane, echipamente centrale electrice: generatoare diesel, compresoare.

Ministerul Agriculturii și Alimentației al Federației Ruse

Instituția de învățământ de stat federal de învățământ profesional superior Academia de agricultură de stat din Ural

Departamentul de Ecologie și Igienă Animală

Rezumat despre ecologie:

Problemele energetice ale umanității

Artist: ANTONiO

student FTJ 212T

Cap: Lopaeva

Nadejda Leonidovna

Ekaterinburg 2007

Introducere. 3

Energie: prognoză din perspectiva dezvoltării durabile a umanității. 5

Surse de energie netradiționale. unsprezece

Energia soarelui. 12

Energie eoliana. 15

Energia termică a pământului. 18

Energia apelor interioare. 19

Energie din biomasă.. 20

Concluzie. 21

Literatură. 23

Introducere

Acum, mai mult ca oricând, a apărut întrebarea care va fi viitorul planetei din punct de vedere energetic. Ce așteaptă umanitatea - foamea de energie sau abundența de energie? În ziare și diverse reviste, articolele despre criza energetică devin din ce în ce mai frecvente. Din cauza petrolului, apar războaie, statele prosperă și devin mai sărace, iar guvernele se schimbă. Senzațiile din ziar au început să includă reportaje despre lansarea de noi instalații sau noi invenții în domeniul energiei. Se dezvoltă programe energetice gigantice, a căror implementare va necesita eforturi enorme și costuri materiale enorme.

Dacă la sfârșitul secolului al XIX-lea energia a jucat, în general, un rol auxiliar și nesemnificativ în balanța globală, atunci deja în 1930 lumea producea aproximativ 300 de miliarde de kilowați-oră de electricitate. De-a lungul timpului - cifre gigantice, rate de creștere enorme! Și totuși va fi puțină energie - nevoia de ea crește și mai repede. Nivelul de cultură materială și, în cele din urmă, spirituală a oamenilor este direct dependent de cantitatea de energie de care dispun.

Pentru a extrage minereu, a topi metal din el, a construi o casă, a face orice, trebuie să cheltuiești energie. Dar nevoile umane cresc tot timpul și sunt tot mai mulți oameni. Deci de ce să te oprești? Oamenii de știință și inventatorii au dezvoltat de mult timp numeroase moduri de a produce energie, în primul rând energie electrică. Să construim apoi din ce în ce mai multe centrale electrice, și va fi atâta energie cât este nevoie! Această soluție aparent evidentă la o problemă complexă se dovedește a fi plină de multe capcane. Legile inexorabile ale naturii afirmă că este posibil să se obțină energie adecvată utilizării numai prin transformarea ei din alte forme.

Mașinile cu mișcare perpetuă, care se presupune că produc energie și nu o iau de nicăieri, sunt, din păcate, imposibile. Și structura economiei energetice mondiale de astăzi s-a dezvoltat în așa fel încât patru din fiecare cinci kilowați produși sunt obținuți în principiu în același mod în care omul primitiv obișnuia să se încălzească, adică prin arderea combustibilului sau prin utilizarea energia chimică stocată în el, transformând-o în electrică la centralele termice.

Adevărat, metodele de ardere a combustibilului au devenit mult mai complexe și mai avansate. Cererile crescute pentru protecția mediului au necesitat o nouă abordare a energiei. La dezvoltarea Programului Energetic au participat cei mai importanți oameni de știință și specialiști din diverse domenii. Folosind cele mai recente modele matematice, calculatoarele electronice au calculat câteva sute de opțiuni pentru structura viitorului bilanţ energetic. Au fost găsite soluții fundamentale care au determinat strategia de dezvoltare energetică pentru următoarele decenii. Deși sectorul energetic al viitorului apropiat se va baza în continuare pe generarea de energie termică bazată pe resurse neregenerabile, structura sa se va schimba. Utilizarea uleiului trebuie redusă. Producția de energie electrică la centralele nucleare va crește semnificativ.

Energie: prognoză din perspectiva dezvoltării durabile a umanității

Conform ce legi se va dezvolta sectorul energetic mondial în viitor, pe baza Conceptului ONU de Dezvoltare Durabilă a Umanității? Rezultatele cercetărilor efectuate de oamenii de știință din Irkutsk și compararea lor cu lucrările altor autori au făcut posibilă stabilirea unui număr de modele și caracteristici generale.

Conceptul de dezvoltare durabilă a umanității, formulat la Conferința ONU din 1992 de la Rio de Janeiro, afectează fără îndoială energia. Conferința arată că umanitatea nu poate continua să se dezvolte în mod tradițional, care se caracterizează prin utilizarea irațională a resurselor naturale și impacturi negative progresive asupra mediului. Dacă țările în curs de dezvoltare urmează aceeași cale în care țările dezvoltate și-au atins prosperitatea, atunci o catastrofă de mediu globală va fi inevitabilă.

Conceptul de dezvoltare durabilă se bazează pe necesitatea obiectivă (precum și dreptul și inevitabilitatea) dezvoltării socio-economice a țărilor lumii a treia. Țările dezvoltate ar putea, aparent, „să se împace” (cel puțin pentru o perioadă de timp) cu nivelul atins de bunăstare și de consum al resurselor planetei. Totuși, nu vorbim doar de conservarea mediului și a condițiilor de existență umană, ci și de creșterea simultană a nivelului socio-economic al țărilor în curs de dezvoltare („Sudul”) și de apropierea acestuia de nivelul țărilor dezvoltate („ Nord").

Cerințele pentru energie durabilă vor fi, desigur, mai largi decât pentru energia curată. Cerințele de inepuizare a resurselor energetice utilizate și curățenia mediului, încorporate în conceptul de sistem energetic prietenos cu mediul, satisfac două cele mai importante principii dezvoltare durabilă - respectarea intereselor generațiilor viitoare și conservarea mediului. Analizând principiile și caracteristicile rămase ale conceptului de dezvoltare durabilă, putem concluziona că în acest caz ar trebui prezentate cel puțin două cerințe suplimentare sectorului energetic:

Asigurarea consumului de energie (inclusiv servicii energetice pentru populație) nu este mai mic decât un anumit minim social;

Dezvoltarea energiei naționale (precum și a economiei) trebuie să fie coordonată reciproc cu dezvoltarea acesteia la nivel regional și global.

Primul decurge din principiile de prioritate factori socialiși asigurarea justiției sociale: pentru a realiza dreptul oamenilor la o viață sănătoasă și fructuoasă, pentru a reduce decalajul dintre nivelul de trai al popoarelor lumii, a eradica sărăcia și mizeria, este necesar să se asigure un anumit salariu de trai, inclusiv satisfacerea necesarului energetic minim necesar al populaţiei şi economiei.

A doua cerință este legată de natura globală a dezastrului ecologic iminent și de nevoia de acțiuni coordonate de către întreaga comunitate mondială pentru a elimina această amenințare. Chiar și țările care au suficiente resurse energetice proprii, cum ar fi Rusia, nu își pot planifica dezvoltarea energetică în mod izolat din cauza necesității de a ține cont de constrângerile economice și de mediu globale și regionale.

În 1998--2000 ISEM SB RAS a efectuat cercetări privind perspectivele de dezvoltare a energiei în lume și regiunile sale în secolul XXI, în care, alături de obiectivele stabilite de obicei de a determina tendințele pe termen lung în dezvoltarea energiei, direcțiile raționale ale progresului științific și tehnic , etc. S-a încercat testarea opțiunilor de dezvoltare energetică rezultate „pentru durabilitate”, adică. pentru respectarea condițiilor și cerințelor dezvoltării durabile. Mai mult, spre deosebire de opțiunile de dezvoltare care au fost dezvoltate anterior pe principiul „ce se va întâmpla dacă...”, autorii au încercat să ofere o prognoză cât mai plauzibilă pentru dezvoltarea sectorului energetic al lumii și a regiunilor sale în secolul 21. În ciuda tuturor convenționalității sale, oferă o idee mai realistă a viitorului energiei, a posibilului său impact asupra mediului, a costurilor economice necesare etc.

Schema generală a acestor studii este în mare măsură tradițională: utilizarea modelelor matematice pentru care se pregătesc informații despre nevoile energetice, resurse, tehnologii și limitări. Pentru a ține cont de incertitudinea informațiilor, în primul rând privind nevoile și limitările energetice, se generează un set de scenarii pentru condițiile viitoare de dezvoltare a energiei. Rezultatele calculelor modelului sunt apoi analizate cu concluzii și recomandări adecvate.

Principalul instrument de cercetare a fost Modelul Energetic Global GEM-10R. Acest model este de optimizare, liniar, static, multi-regional. De regulă, lumea a fost împărțită în 10 regiuni: America de Nord, Europa, țările fostei URSS, America Latină, China etc. Modelul optimizează structura energetică a tuturor regiunilor simultan, ținând cont de exportul-importul de combustibil și energie la intervale de 25 de ani - 2025, 2050, 2075 și 2100 Întregul lanț tehnologic este optimizat, începând cu extracția (sau producerea) resurselor energetice primare, terminând cu tehnologiile de producere a patru tipuri de energie finală (electrică, termică, mecanică și chimică). Modelul prezintă câteva sute de tehnologii pentru producerea, prelucrarea, transportul și consumul resurselor de energie primară și purtătorilor de energie secundară. Sunt prevăzute restricții de mediu regionale și globale (cu privire la emisiile de CO 2 , SO 2 și particule în suspensie), restricții privind dezvoltarea tehnologiilor, calculul costurilor pentru dezvoltarea și funcționarea sectorului energetic regional, determinarea evaluărilor duale etc. resursele energetice (inclusiv cele regenerabile) din regiuni sunt împărțite în 4-9 categorii de costuri.

Analiza rezultatelor a arătat că opțiunile obținute pentru dezvoltarea sectorului energetic mondial și regional sunt încă greu de implementat și nu îndeplinesc pe deplin cerințele și condițiile pentru dezvoltarea durabilă a lumii în aspecte socio-economice. În special, nivelul consumului de energie luat în considerare părea, pe de o parte, dificil de atins și, pe de altă parte, neasigurând apropierea dorită a țărilor în curs de dezvoltare de țările dezvoltate în ceea ce privește consumul de energie pe cap de locuitor și dezvoltarea economică (specific PIB). În acest sens, a fost realizată o nouă prognoză a consumului de energie (redus), presupunând o rată mai mare de reducere a intensității energetice a PIB-ului și acordarea de asistență economică din partea țărilor dezvoltate către țările în curs de dezvoltare.

Nivelul ridicat al consumului de energie este determinat pe baza PIB-ului specific, în mare măsură în concordanță cu previziunile Băncii Mondiale. În același timp, la sfârșitul secolului XXI, țările în curs de dezvoltare nu vor atinge decât nivelul actual al PIB-ului țărilor dezvoltate, adică. decalajul va fi de aproximativ 100 de ani. În varianta cu consum redus de energie, valoarea asistenței din partea țărilor dezvoltate către țările în curs de dezvoltare se bazează pe indicatorii discutați la Rio de Janeiro: aproximativ 0,7% din PIB-ul țărilor dezvoltate, sau 100-125 de miliarde de dolari. in an. În același timp, creșterea PIB-ului țărilor dezvoltate scade oarecum, în timp ce cea a țărilor în curs de dezvoltare crește. În medie, PIB-ul mondial pe cap de locuitor în acest scenariu crește, ceea ce indică fezabilitatea acordării unei astfel de asistențe din punctul de vedere al întregii umanități.

Consumul de energie pe cap de locuitor în varianta scăzută în țările industrializate se va stabiliza, în țările în curs de dezvoltare va crește până la sfârșitul secolului de aproximativ 2,5 ori, iar în medie în întreaga lume - de 1,5 ori față de 1990. Consumul mondial absolut de final energia (din luarea în considerare a creșterii populației) va crește până la sfârșitul noului secol, conform unei prognoze ridicate, de aproximativ 3,5 ori, iar conform unei prognoze scăzute, de 2,5 ori.

Utilizarea anumitor tipuri de resurse energetice primare se caracterizează prin următoarele caracteristici. Petrolul în toate scenariile se consumă aproximativ la fel - în 2050 se atinge vârful producției sale, iar până în 2100 resursele ieftine (din primele cinci categorii de costuri) sunt complet sau aproape complet epuizate. Această tendință constantă se explică prin eficiența ridicată a petrolului pentru producerea de energie mecanică și chimică, precum și căldură și energie electrică de vârf. La sfârșitul secolului, petrolul este înlocuit cu combustibil sintetic (în primul rând din cărbune).

Producția de gaze naturale crește continuu de-a lungul secolului, atingând apogeul la sfârșitul acestuia. Cele mai scumpe două categorii (metan neconvențional și hidrați de metan) s-au dovedit a fi necompetitive. Gazul este folosit pentru a produce toate tipurile de energie finală, dar cel mai important pentru producerea de căldură.

Cărbunele și energia nucleară sunt supuse celor mai mari modificări în funcție de restricțiile impuse. Fiind aproximativ la fel de economice, se înlocuiesc între ele, mai ales în scenariile „extreme”. Ele sunt utilizate mai ales în centralele electrice. O mare parte din cărbunele din a doua jumătate a secolului este procesată în combustibili sintetici pentru motoare, iar energia nucleară este utilizată pe scară largă pentru a produce hidrogen în scenarii cu restricții stricte de emisii de CO 2 .

Utilizarea energiei regenerabile variază semnificativ în diferite scenarii. Numai hidroenergia tradițională și biomasa, precum și resursele eoliene cu costuri reduse, sunt utilizate în mod durabil. Tipurile rămase de surse regenerabile de energie sunt cele mai scumpe resurse, ele închid balanța energetică și sunt dezvoltate la nevoie.

Este interesant să analizăm costurile globale ale energiei în diferite scenarii. Sunt cel mai puțin probabil, desigur, în doi ultimele scenarii cu consum redus de energie și restricții moderate. Până la sfârșitul secolului, acestea vor crește de aproximativ 4 ori față de 1990. Cele mai mari costuri au fost suportate în scenariul cu consum de energie crescut și restricții stricte. La sfârșitul secolului, acestea sunt de 10 ori mai mari decât costurile din 1990 și de 2,5 ori mai mari decât costurile din ultimele scenarii.

De menționat că introducerea unui moratoriu asupra energiei nucleare în absența restricțiilor privind emisiile de CO 2 crește costurile cu doar 2%, ceea ce se explică prin eficiența economică aproximativ egală a centralelor nucleare și a centralelor pe cărbune. Cu toate acestea, dacă, în timpul unui moratoriu asupra energiei nucleare, se introduc restricții stricte asupra emisiilor de CO 2 , atunci costurile energetice se vor dubla aproape.

În consecință, „prețurile” unui moratoriu nuclear și restricțiile asupra emisiilor de CO 2 sunt foarte mari. Analiza a arătat că costul reducerii emisiilor de CO 2 s-ar putea ridica la 1-2% din PIB-ul global, adică. se dovedesc a fi comparabile cu daunele așteptate de la schimbările climatice de pe planetă (cu încălzire de câteva grade). Acest lucru dă motive să vorbim despre admisibilitatea (sau chiar necesitatea) relaxării restricțiilor privind emisiile de CO 2 . De fapt, este necesar să se minimizeze cantitatea de costuri pentru reducerea emisiilor de CO 2 și a daunelor cauzate de schimbările climatice (care, desigur, reprezintă o sarcină extrem de dificilă).

Este foarte important ca costurile suplimentare ale reducerii emisiilor de CO 2 să fie suportate în principal de țările în curs de dezvoltare. Între timp, aceste țări, pe de o parte, nu sunt de vină pentru situația creată de efectul de seră și, pe de altă parte, pur și simplu nu au astfel de fonduri. Obținerea acestor fonduri din țările dezvoltate va crea fără îndoială mari dificultăți și aceasta este una dintre cele mai grave probleme în realizarea dezvoltării durabile.

În secolul al XXI-lea, suntem conștienți cu atenție de realitățile mileniului trei. Din păcate, rezervele de petrol, gaze și cărbune nu sunt în niciun caz nesfârșite. Natura a avut nevoie de milioane de ani pentru a crea aceste rezerve, acestea vor fi epuizate în sute. Astăzi, lumea a început să se gândească serios la modul de a preveni jefuirea prădătoare a bogăției pământești. La urma urmei, doar în această condiție rezervele de combustibil pot dura secole. Din păcate, multe țări producătoare de petrol trăiesc astăzi. Ei consumă fără milă rezervele de petrol pe care le-a dat natură. Ce se va întâmpla atunci și asta se va întâmpla mai devreme sau mai târziu, când zăcămintele de petrol și gaze se vor epuiza? Probabilitatea unei epuizări rapide a rezervelor globale de combustibil, precum și deteriorarea situației mediului în lume (rafinarea petrolului și accidentele destul de frecvente în timpul transportului acestuia reprezintă o amenințare reală pentru mediu) ne-au forțat să ne gândim la alte tipuri de combustibil care poate înlocui petrolul și gazul.

În zilele noastre, din ce în ce mai mulți ingineri științifici din lume caută surse noi, neconvenționale, care ar putea prelua cel puțin o parte din povara aprovizionării cu energie a umanității. Sursele de energie regenerabilă netradițională includ energia solară, eoliană, geotermală, biomasă și oceanică.

Energia soarelui

Recent, interesul pentru problema folosirii energiei solare a crescut brusc și, deși această sursă este și o sursă regenerabilă, atenția acordată acesteia în întreaga lume ne obligă să luăm în considerare posibilitățile ei separat. Potențialul de energie bazat pe utilizarea radiației solare directe este extrem de mare. Rețineți că utilizarea a doar 0,0125% din această cantitate de energie solară ar putea satisface toate nevoile de energie ale lumii de astăzi, iar utilizarea a 0,5% ar putea acoperi complet nevoile viitoare. Din păcate, este puțin probabil ca aceste resurse potențiale enorme să fie vreodată realizate la scară largă. Unul dintre cele mai serioase obstacole în calea unei astfel de implementări este intensitatea scăzută a radiației solare.

Chiar și în cele mai bune condiții atmosferice (latitudini sudice, cer senin), densitatea fluxului de radiație solară nu depășește 250 W/m2. Prin urmare, pentru ca colectorii de radiații solare să „colecteze” într-un an energia necesară pentru a satisface toate nevoile umanității, ei trebuie să fie amplasați pe o suprafață de 130.000 km 2! Necesitatea folosirii colectoarelor de mari dimensiuni implică, de asemenea, costuri semnificative de materiale. Cel mai simplu colector de radiație solară este o foaie de metal înnegrită, în interiorul căreia există țevi cu un lichid care circulă în ea. Încălzit cu energia solară absorbită de colector, lichidul este furnizat pentru utilizare directă. Conform calculelor, producția de colectoare de radiații solare cu o suprafață de 1 km 2 necesită aproximativ 104 tone de aluminiu. Rezervele mondiale dovedite ale acestui metal astăzi sunt estimate la 1,17 * 10 9 tone.

Este clar că există diverși factori care limitează puterea energiei solare. Să presupunem că în viitor va deveni posibilă utilizarea nu numai a aluminiului, ci și a altor materiale pentru fabricarea colectoarelor. Se va schimba situația în acest caz? Vom pleca de la faptul că într-o fază separată de dezvoltare a energiei (după 2100) toate nevoile energetice ale lumii vor fi satisfăcute de energia solară. În cadrul acestui model, se poate estima că în acest caz va fi necesară „colectarea” energiei solare pe o suprafață de la 1*106 până la 3*106 km2. În același timp, suprafața totală a pământului arabil din lume este astăzi de 13 * 10 6 km 2. Energia solară este unul dintre tipurile de producție de energie cu cea mai mare intensitate de materiale. Utilizarea pe scară largă a energiei solare presupune o creștere gigantică a necesarului de materiale și, în consecință, a resurselor de muncă pentru extracția materiilor prime, îmbogățirea acestora, obținerea materialelor, fabricarea heliostatelor, colectoarelor, altor echipamente și transportul acestora. Calculele arată că pentru a produce 1 MW de energie electrică pe an folosind energia solară, va fi nevoie de 10.000 până la 40.000 de ore-om.

În producția tradițională de energie folosind combustibili fosili, această cifră este de 200-500 de ore-om. Energia electrică generată de razele solare este încă mult mai scumpă decât cea obținută moduri traditionale. Oamenii de știință speră că experimentele pe care le vor desfășura la instalațiile și stațiile pilot vor ajuta la rezolvarea problemelor nu numai tehnice, ci și economice.

Primele încercări de a utiliza energia solară pe bază comercială datează din anii 80 ai secolului trecut. Cele mai mari succese în acest domeniu au fost obținute de Loose Industries (SUA). În decembrie 1989 a pus în funcțiune o stație solar-benzinărie cu o capacitate de 80 MW. Aici, în California, în 1994, s-au introdus încă 480 MW de putere electrică, iar costul pentru 1 kW/h de energie a fost de 7-8 cenți. Aceasta este mai mică decât la stațiile tradiționale. Noaptea și iarna, energia este furnizată în principal de gaze, iar vara și în timpul zilei - de soare. O centrală electrică din California a demonstrat că gazul și energia solară, ca principale surse de energie ale viitorului apropiat, se pot completa în mod eficient. Prin urmare, nu este întâmplător ca partenerul energiei solare să fie tipuri diferite combustibil lichid sau gazos. Cel mai probabil „candidat” este hidrogenul.

Producția sa folosind energia solară, de exemplu, prin electroliza apei, poate fi destul de ieftină, iar gazul în sine, care are o putere calorică ridicată, poate fi ușor transportat și depozitat pentru o perioadă lungă de timp. De aici concluzia: cea mai economică posibilitate de utilizare a energiei solare, care este vizibilă astăzi, este direcționarea acesteia spre obținerea unor tipuri secundare de energie în regiunile însorite ale globului. Combustibilul lichid sau gazos rezultat poate fi pompat prin conducte sau transportat cu o cisternă în alte zone. Dezvoltare rapidă energia solară a devenit posibilă datorită unei reduceri a costului convertoarelor fotovoltaice pe 1 W de putere instalată de la 1000 USD în 1970 la 3-5 USD în 1997 și unei creșteri a eficienței acestora de la 5 la 18%. Reducerea costului unui watt solar la 50 de cenți va permite centralelor solare să concureze cu alte surse de energie autonome, cum ar fi centralele pe motorină.

Energie eoliana

Energia maselor de aer în mișcare este enormă. Rezervele de energie eoliană sunt de peste o sută de ori mai mari decât rezervele de hidroenergie ale tuturor râurilor de pe planetă. Vânturile care bat pe întinderile vaste ale țării noastre ar putea satisface cu ușurință toate nevoile sale de energie electrică! Condițiile climatice permit dezvoltarea energiei eoliene pe un teritoriu vast de la granițele noastre de vest până la malurile Yenisei. Regiunile de nord ale țării de-a lungul coastei Oceanului Arctic sunt bogate în energie eoliană, unde este nevoie în special de oamenii curajoși care trăiesc pe aceste meleaguri bogate. De ce o sursă de energie atât de abundentă, accesibilă și prietenoasă cu mediul este atât de puțin folosită? Astăzi, motoarele eoliene furnizează doar o miime din necesarul de energie al lumii. Tehnologia secolului al XX-lea a deschis oportunități complet noi pentru energia eoliană, a cărei sarcină a devenit diferită - generarea de energie electrică. La începutul secolului N.E. Jukovski a dezvoltat teoria unui motor eolian, pe baza căruia ar putea fi create instalații de înaltă performanță care ar putea primi energie de la cea mai slabă briză. Au apărut multe modele de turbine eoliene care sunt incomparabil mai avansate decât vechile mori de vânt. Noile proiecte folosesc realizările multor ramuri de cunoaștere. În zilele noastre, specialiștii aeronavelor care știu să selecteze cel mai potrivit profil al palei și să îl studieze într-un tunel de vânt sunt implicați în crearea modelelor de roți eoliene - inima oricărei centrale eoliene. Prin eforturile oamenilor de știință și inginerilor, au fost create o mare varietate de modele de turbine eoliene moderne.

Prima mașină cu lame care a folosit energia eoliană a fost o velă. În afară de o sursă de energie, o velă și o turbină eoliană împărtășesc același principiu. Cercetările lui Yu S. Kryuchkov au arătat că o vela poate fi reprezentată sub forma unui motor eolian cu un diametru infinit al roții. Vela este cea mai avansată mașină cu lame, cu cea mai mare eficiență, care utilizează direct energia eoliană pentru propulsie.

Energia eoliană, folosind roțile eoliene și carusele eoliene, este acum reînviată, în primul rând în instalațiile de la sol. Instalații comerciale au fost deja construite și funcționează în Statele Unite. Proiectele sunt finanțate pe jumătate de la bugetul de stat. A doua jumătate este investită de viitorii consumatori de energie curată.

Primele dezvoltări ale teoriei unui motor eolian datează din 1918. V. Zalewski a devenit interesat de turbinele eoliene și de aviație în același timp. El a început să creeze o teorie completă a morii de vânt și a derivat câteva principii teoretice pe care trebuie să le îndeplinească o turbină eoliană.

La începutul secolului al XX-lea, interesul pentru elice și roțile eoliene nu era izolat de tendințele generale ale vremii - de a folosi vântul oriunde este posibil. Inițial, turbinele eoliene erau cele mai răspândite în agricultură. Elicea a fost folosită pentru a conduce mecanismele navei. Pe celebrul „Fram” a rotit dinamul. Pe bărcile cu pânze, morile de vânt conduceau pompe și mecanisme de ancorare.

În Rusia, până la începutul secolului trecut, se învârteau aproximativ 2.500 de mii de turbine eoliene cu o capacitate totală de un milion de kilowați. După 1917, morile au rămas fără proprietari și s-au prăbușit treptat. Adevărat, s-au făcut încercări de utilizare a energiei eoliene pe baze științifice și guvernamentale. În 1931, lângă Yalta, a fost construită cea mai mare centrală eoliană la acea vreme, cu o capacitate de 100 kW, iar ulterior a fost dezvoltat un proiect pentru o unitate de 5000 kW. Dar nu a fost posibilă implementarea acestuia, deoarece Institutul de Energie Eoliană, care s-a ocupat de această problemă, a fost închis.

În SUA, până în 1940, a fost construită o turbină eoliană cu o capacitate de 1250 kW. Spre sfârșitul războiului, una dintre lamele sale a fost avariată. Nici măcar nu s-au obosit să-l repare - economiștii au calculat că ar fi mai profitabil să folosești o centrală diesel convențională. Cercetările ulterioare asupra acestei instalații au fost oprite.

Încercările eșuate de a utiliza energia eoliană în producția de energie pe scară largă în anii patruzeci ai secolului XX nu au fost întâmplătoare. Petrolul a rămas relativ ieftin, investițiile de capital specifice la marile termocentrale au scăzut brusc, iar dezvoltarea hidroenergiei, așa cum părea atunci, va garanta atât prețuri scăzute, cât și o curățenie satisfăcătoare a mediului.

Un dezavantaj semnificativ al energiei eoliene este variabilitatea acesteia în timp, dar aceasta poate fi compensată prin amplasarea turbinelor eoliene. Dacă, în condiții de autonomie completă, sunt combinate câteva zeci de turbine eoliene mari, atunci puterea lor medie va fi constantă. Dacă sunt disponibile alte surse de energie, un generator eolian le poate completa pe cele existente. Și, în sfârșit, energia mecanică poate fi obținută direct dintr-o turbină eoliană.

Energia termică a pământului

Oamenii știu de mult despre manifestările spontane ale energiei gigantice ascunse în adâncurile globului. Puterea erupției este de multe ori mai mare decât puterea celor mai mari centrale electrice create de mâinile omului. Adevărat, nu este nevoie să vorbim despre utilizarea directă a energiei erupțiilor vulcanice - oamenii nu au încă capacitatea de a reduce acest element rebel și, din fericire, aceste erupții sunt evenimente destul de rare. Dar acestea sunt manifestări ale energiei ascunse în măruntaiele pământului, când doar o mică parte din această energie inepuizabilă găsește eliberare prin orificiile de evacuare a focului ale vulcanilor. Mica țară europeană Islanda este complet autosuficientă în roșii, mere și chiar banane! Numeroase sere islandeze își primesc energia din căldura pământului - practic nu există alte surse locale de energie în Islanda. Dar această țară este foarte bogată în izvoare termale și faimoase gheizere-fântâni de apă caldă, care izbucnesc din pământ cu precizie de cronometru. Și deși nu islandezii au prioritate în utilizarea căldurii din surse subterane, locuitorii acestei mici țări nordice operează foarte intens cazanul subteran.

Reykjavik, care găzduiește jumătate din populația țării, este încălzită doar din surse subterane. Dar oamenii atrag energie din adâncurile pământului nu numai pentru încălzire. Centralele electrice care utilizează izvoare subterane calde funcționează de mult timp. Prima astfel de centrală, încă de o putere foarte mică, a fost construită în 1904 în micul oraș italian Larderello. Treptat, puterea centralei a crescut, au fost puse în funcțiune din ce în ce mai multe unități noi, au fost folosite noi surse de apă caldă, iar astăzi puterea stației a atins deja o valoare impresionantă - 360 de mii de kilowați. În Noua Zeelandă, există o astfel de centrală electrică în zona Wairakei, capacitatea sa este de 160 de mii de kilowați. La 120 de kilometri de San Francisco din Statele Unite, o stație geotermală cu o capacitate de 500 de mii de kilowați produce energie electrică.

Energia apelor interioare

În primul rând, oamenii au învățat să folosească energia râurilor. Dar în timpul epocii de aur a electricității, roata de apă a renascut sub forma turbinei cu apă. Generatoarele electrice care produceau energie trebuiau rotite, iar apa putea face acest lucru cu destul de mult succes. Hidroenergia modernă poate fi considerată a fi născut în 1891. Avantajele centralelor hidroelectrice sunt evidente - o aprovizionare cu energie reînnoită constant de natură însăși, ușurință în exploatare și lipsa poluării mediului. Iar experiența de construire și operare a roților de apă ar putea oferi asistență considerabilă inginerilor hidroenergetici.

Cu toate acestea, pentru a învârti turbine hidraulice puternice, este necesar să acumulați o cantitate imensă de apă în spatele barajului. Pentru a construi un baraj, este necesar să așezați atât de mult material încât volumul piramidelor egiptene gigantice să pară nesemnificativ în comparație. În 1926 a intrat în funcțiune hidrocentrala Volhov, iar în anul următor a început construcția celebrei hidrocentrale Nipru. Politica energetică a țării noastre a dus la dezvoltarea unui sistem de hidrocentrale puternice. Niciun stat nu se poate lăuda cu asemenea giganți energetici precum centralele hidroelectrice Volga, Krasnoyarsk și Bratsk, Sayano-Shushenskaya. Centrala electrică de pe râul Rance, constând din 24 de turbine generatoare reversibile și având o putere de ieșire de 240 de megawați, este una dintre cele mai puternice centrale hidroelectrice din Franța. Centralele hidroelectrice sunt cea mai rentabilă sursă de energie. Dar au dezavantaje - la transportul energiei electrice prin liniile electrice apar pierderi de până la 30% și se creează radiații electromagnetice periculoase pentru mediu. Până acum, doar o mică parte din potențialul hidroelectric al Pământului servește oamenilor. În fiecare an, fluxuri uriașe de apă generate de ploaie și topirea zăpezii curg în mări nefolosite. Dacă ar fi posibil să le întârziem cu ajutorul barajelor, omenirea ar primi o cantitate colosală suplimentară de energie.

Energie din biomasă

În Statele Unite, la mijlocul anilor '70, un grup de specialiști în cercetarea oceanelor, ingineri marini și scafandri au creat prima fermă de energie oceanică din lume la o adâncime de 12 metri sub suprafața udă de soare a Oceanului Pacific, lângă orașul San. Clemente. Ferma a crescut alge gigantice din California. Potrivit directorului de proiect, dr. Howard A. Wilcox de la Centrul de Cercetare a Sistemelor Marine și Oceanice din San Diego, California, „până la 50% din energia din aceste alge ar putea fi transformată în combustibil - metanul din gazul natural. Fermele oceanice de Viitoarele alge brune în creștere „pe o suprafață de aproximativ 100.000 de acri (40.000 de hectare), vor putea furniza suficientă energie pentru a satisface complet nevoile unui oraș american cu o populație de 50.000 de oameni”.

Pe lângă alge, biomasa poate include și deșeuri ale animalelor domestice. Astfel, la 16 ianuarie 1998, ziarul „Sf. Petersburg Vedomosti” a publicat un articol intitulat „Electricitate... din excremente de pui”, în care se afirma că o filială a concernului internațional norvegian de construcții navale Kvaerner, situată în orașul finlandez Tampere. , căuta sprijin UE pentru construcția unei centrale electrice în Northampton, Marea Britanie, care funcționează... cu gunoi de grajd de pui. Proiectul face parte din programul Thermie al UE, care prevede dezvoltarea de noi surse de energie netradiționale și metode de economisire a resurselor energetice. Comisia UE a distribuit 140 de milioane de ECU către 134 de proiecte la 13 ianuarie.

Centrala electrică proiectată de compania finlandeză va arde 120 de mii de tone de gunoi de grajd de pui pe an în cuptoare, generând 75 de milioane de kilowați-oră de energie.

Concluzie

Putem identifica o serie de tendințe și caracteristici generale în dezvoltarea energiei mondiale la începutul secolului.

1. În secolul XXI. O creștere semnificativă a consumului global de energie este inevitabilă, în primul rând în țările în curs de dezvoltare. În țările industrializate, consumul de energie se poate stabiliza în jurul nivelurilor actuale sau chiar poate scădea până la sfârșitul secolului. Conform unei prognoze scăzute făcute de autori, consumul global de energie finală ar putea ajunge la 350 milioane TJ/an în 2050, iar 450 milioane TJ/an în 2100 (cu un consum curent de aproximativ 200 milioane TJ/an).

2. Omenirea este asigurată suficient cu resurse energetice pentru secolul 21, dar creșterea prețurilor la energie este inevitabilă. Costurile anuale pentru energia globală vor crește de 2,5-3 ori până la mijlocul secolului și de 4-6 ori până la sfârșitul acestuia față de 1990. Costul mediu al unei unități de energie finală va crește în aceste perioade cu 20-30 și de 40 de ori, respectiv 80% (creșterile de preț la combustibil și energie ar putea fi și mai mari).

3. Introducerea unor restricții globale privind emisiile de CO 2 (cel mai important gaz cu efect de seră) va afecta foarte mult structura energetică a regiunilor și a lumii în ansamblu. Încercările de menținere a emisiilor globale la nivelurile actuale ar trebui considerate nerealiste din cauza unei contradicții dificile: costuri suplimentare pentru limitarea emisiilor de CO 2 (aproximativ 2 trilioane de dolari/an la mijlocul secolului și mai mult de 5 trilioane de dolari/an la sfârșitul anului). secolul) vor trebui suportate de țările preponderent în curs de dezvoltare, care, între timp, „nu sunt de vină” pentru problema apărută și nu dispun de fondurile necesare; Este puțin probabil ca țările dezvoltate să fie dispuse sau capabile să plătească astfel de costuri. Poate fi considerat realist din punctul de vedere al asigurării unor structuri energetice satisfăcătoare pentru regiunile lumii (și costurile dezvoltării acesteia) limitarea emisiilor globale de CO 2 la 12-14 Gt C/an în a doua jumătate a secolului. , adică la un nivel aproximativ de două ori mai mare decât era în 1990. În același timp, rămâne problema repartizării cotelor și a costurilor suplimentare pentru limitarea emisiilor între țări și regiuni.

4. Dezvoltarea energiei nucleare reprezintă cel mai mult remediu eficient reducerea emisiilor de CO 2 . În scenariile în care au fost introduse restricții stricte sau moderate asupra emisiilor de CO 2 și nu au existat restricții privind energia nucleară, scara optimă a dezvoltării acesteia s-a dovedit a fi extrem de mare. Un alt indicator al eficacității sale a fost „prețul” moratoriului nuclear, care, cu restricții stricte asupra emisiilor de CO 2 , are ca rezultat o creștere cu 80% a costurilor globale ale energiei (mai mult de 8 trilioane de dolari/an la sfârșitul secolului al XXI-lea) . În acest sens, au fost luate în considerare scenarii cu restricții „moderate” privind dezvoltarea energiei nucleare pentru a căuta alternative realiste posibile.

5. O condiție indispensabilă pentru tranziția către dezvoltarea durabilă este asistența (financiară, tehnică) către cele mai înapoiate țări din țările dezvoltate. Pentru a obține rezultate reale, o astfel de asistență trebuie acordată chiar în următoarele decenii, pe de o parte, pentru a accelera procesul de apropiere a nivelului de trai al țărilor în curs de dezvoltare de nivelul țărilor dezvoltate și, pe de altă parte, pentru ca o astfel de asistență poate încă reprezenta o pondere semnificativă în PIB-ul total în creștere rapidă al țărilor în curs de dezvoltare.

Literatură

1. Ziarul săptămânal al filialei din Siberia a Academiei Ruse de Științe N 3 (2289) 19 ianuarie 2001

2. Antropov P.Ya. Potențialul de combustibil și energie al Pământului. M., 1994

3. Odum G., Odum E. Baza energetică a omului și a naturii. M., 1998