додати матеріал

приховати рекламу

Енергетичні проблеми людства

[ виправити ] текст може містити помилки, будь ласка перевіряйте перш ніж використовувати.

Міністерство сільського господарства і продовольства Російської Федерації
ФГТУ ВПО Уральська державна сільськогосподарська академія
Кафедра екології та зоогігієни
Реферат з екології:
Енергетичні проблеми людства
Виконавець: ANTONiO
студент ФТЖ 212Т
Керівник: Лопаева
Надія Леонідівна
Єкатеринбург 2007

Зміст
Введення. 3
Енергетика: прогноз з позиції сталого розвитку людства. 5
Нетрадиційні джерела енергії. 11
Енергія Сонця. 12
Вітрова енергія. 15
Термальна енергія землі. 18
Енергія внутрішніх вод. 19
Енергія біомаси .. 20
Висновок. 21
Література. 23

Введення
Зараз, як ніколи гостро постало питання, про те, яким буде майбутнє планети в енергетичному плані. Що чекає людство - енергетичний голод або енергетичний достаток? У газетах і різних журналах все частіше і частіше зустрічаються статті про енергетичну кризу. Із-за нафти виникають війни, розцвітають і бідніють держави, змінялися уряди. До розряду газетних сенсацій стали відносити повідомлення про запуск нових установок або про нові винаходи в області енергетики. Розробляються гігантські енергетичні програми, здійснення яких зажадає величезних зусиль і величезних матеріальних витрат.
Якщо в кінці XIX століття енергія грала, загалом, допоміжну і незначну у світовому балансі роль, то вже в 1930 році в світі було вироблено близько 300 мільярдів кіловат-годин електроенергії. З плином часу - гігантські цифри, величезні темпи зростання! І все одно енергії буде мало - потреби в ній ростуть ще швидше. Рівень матеріальної, а, в кінцевому рахунку, та духовної культури людей знаходиться в прямій залежності від кількості енергії, наявної в їх розпорядженні.
Щоб добути руду, виплавити з неї метал, побудувати будинок, зробити будь-яку річ, потрібно витратити енергію. А потреби людини весь час ростуть, та і людей стає все більше. Так за що ж зупинка? Учені і винахідники вже давно розробили численні способи виробництва енергії, в першу чергу електричної. Давайте тоді будувати все більше і більше електростанцій, і енергії буде стільки, скільки знадобиться! Таке, здавалося б, очевидне рішення складної задачі, виявляється, таїть у собі чимало підводних каменів. Невблаганні закони природи стверджують, що отримати енергію, придатну для використання, можна тільки за рахунок її перетворень з інших форм.
Вічні двигуни, нібито що проводять енергію і що нізвідки не її беруть, на жаль, неможливі. А структура світового енергогосподарства до сьогоднішнього дня склалася таким чином, що чотири з кожних п'яти проведених кіловат виходять в принципі тим же способом, яким користувалася первісна людина для зігрівання, тобто при спалюванні палива, або при використанні запасеної в нім хімічної енергії, перетворенні її в електричну на теплових електростанціях.
Правда, способи спалювання палива стали набагато складнішими і досконало. Зрослі вимоги до захисту навколишнього середовища зажадали нового підходу до енергетики. У розробці енергетичної програми взяли участь видні учені і фахівці різних сфер. За допомогою новітніх математичних моделей електронно-обчислювальні машини розрахували декілька сотень варіантів структури майбутнього енергетичного балансу. Були знайдені принципові рішення, що визначили стратегію розвитку енергетики на прийдешні десятиліття. Хоча в основі енергетики найближчого майбутнього як і раніше залишиться теплоенергетика на не поновлюваних ресурсах, структура її зміниться. Має скоротитися використання нафти. Істотно зросте виробництво електроенергії на атомних електростанціях.

Енергетика: прогноз з позиції сталого розвитку людства

Згідно з якими законами буде розвиватися енергетика світу в майбутньому, виходячи з ООНівський Концепції сталого розвитку людства? Результати досліджень іркутських вчених, зіставлення їх з роботами інших авторів дозволили встановити ряд загальних закономірностей і особливостей.
Концепція сталого розвитку людства, сформульована на Конференції ООН 1992 р . в Ріо-де-Жанейро, безсумнівно, зачіпає і енергетику. На Конференції показано, що людство не може продовжувати розвиватися традиційним шляхом, який характеризується нераціональним використанням природних ресурсів і прогресуючим негативним впливом на навколишнє середовище. Якщо країни, що розвиваються підуть тим самим шляхом, яким розвинені країни досягли свого благополуччя, то глобальна екологічна катастрофа буде неминучою.
В основі концепції сталого розвитку лежить об'єктивна необхідність (а також право і неминучість) соціально-економічного розвитку країн третього світу. Розвинені країни могли б, мабуть, "змиритися" (принаймні, на якийсь час) з досягнутим рівнем добробуту і споживання ресурсів планети. Однак мова йде не просто про збереження навколишнього середовища і умов існування людства, але і про одночасне підвищення соціально-економічного рівня країн, що розвиваються ("Півдня") і наближенні його до рівня розвинених країн ("Півночі").
Вимоги до енергетики сталого розвитку будуть, звичайно, ширше, ніж до екологічно чистій енергетиці. Вимоги невичерпності використовуваних енергетичних ресурсів та екологічної чистоти, закладені в концепції екологічно чистої енергетичної системи, задовольняють двом найважливішим принципам сталого розвитку - дотримання інтересів майбутніх поколінь і збереження навколишнього середовища. Аналізуючи інші принципи та особливості концепції сталого розвитку, можна зробити висновок, що до енергетики в даному випадку слід пред'явити, як мінімум, два додаткові вимоги:
- Забезпечення енергоспоживання (у тому числі, енергетичних послуг населенню) не нижче певного соціального мінімуму;
- Розвиток національної енергетики (так само, як і економіки) повинно бути взаємно скоординовано з розвитком її на регіональному і глобальному рівнях.
Перше випливає з принципів пріоритету соціальних чинників та забезпечення соціальної справедливості: для реалізації права людей на здорове і плідне життя, зменшення розриву в рівні життя народів світу, викорінення бідності та злиднів, необхідно забезпечити певний прожитковий мінімум, в тому числі, задоволення мінімально необхідних потреб у енергії населення та економіки.
Друге вимога пов'язана з глобальним характером екологічної катастрофи і необхідністю скоординованих дій усього світового співтовариства щодо усунення цієї загрози. Навіть країни, які мають достатні власні енергетичні ресурси, як, наприклад, Росія, не можуть ізольовано планувати розвиток своєї енергетики через необхідність враховувати глобальні та регіональні екологічні та економічні обмеження.
У 1998 - 2000 рр.. в ІСЕМ СО РАН проведені дослідження перспектив розвитку енергетики світу та її регіонів в XXI столітті, в яких поряд із звичним ставлять цілями визначення довгострокових тенденцій у розвитку енергетики, раціональних напрямів НТП і т.п. зроблена спроба перевірки одержуваних варіантів розвитку енергетики "на стійкість", тобто на відповідність умовам та вимогам сталого розвитку. При цьому на відміну від варіантів розвитку, що розроблялися раніше за принципом "що буде, якщо ...", автори спробували запропонувати по можливості правдоподібний прогноз розвитку енергетики світу та її регіонів в XXI столітті. При всій його умовності дається більш реалістичне уявлення про майбутнє енергетики, її можливий вплив на навколишнє середовище, необхідних економічних витратах і ін
Загальна схема цих досліджень значною мірою традиційна: використання математичних моделей, для яких готується інформація по енергетичним потребам, ресурсів, технологій, обмеженням. Для обліку невизначеності інформації, в першу чергу за потребами в енергії і обмеженням, формується набір сценаріїв майбутніх умов розвитку енергетики. Результати розрахунків на моделях потім аналізуються з відповідними висновками та рекомендаціями.
Основним інструментом досліджень була Глобальна енергетична модель GEM-10R. Ця модель - оптимізаційна, лінійна, статична, многорегіональная. Як правило, світ поділявся на 10 регіонів: Північна Америка, Європа, країни колишнього СРСР, Латинська Америка, Китай та ін Модель оптимізує структуру енергетики одночасно всіх регіонів з урахуванням експорту-імпорту палива і енергії по 25-річним інтервалам - 2025, 2050, 2075 і 2100 рр.. Оптимізується весь технологічний ланцюжок, починаючи з видобутку (або виробництва) первинних енергоресурсів, закінчуючи технологіями виробництва чотирьох видів кінцевої енергії (електричної, теплової, механічної і хімічної). У моделі представлено кілька сот технологій виробництва, переробки, транспорту та споживання первинних енергоресурсів та вторинних енергоносіїв. Передбачені екологічні регіональні та глобальні обмеження (на викиди СО 2, SO 2 і твердих частинок), обмеження на розвиток технологій, розрахунок витрат на розвиток і функціонування енергетики регіонів, визначення двоїстих оцінок і ін Первинні енергетичні ресурси (в тому числі, поновлювані) в регіонах задаються з поділом на 4-9 вартісних категорій.
Аналіз результатів показав, що отримані варіанти розвитку енергетики світу і регіонів як і раніше важко реалізувати і не цілком відповідають вимогам і умовам сталого розвитку світу в соціально-економічних аспектах. Зокрема, брали до уваги рівень енергоспоживання представився, з одного боку, важко досяжним, а з іншого боку - не забезпечує бажаного наближення країн, що розвиваються до розвинених за рівнем душового енергоспоживання та економічного розвитку (питомій ВВП). У зв'язку з цим був виконаний новий прогноз енергоспоживання (зниженого) у припущенні більш високих темпів зниження енергоємності ВВП і надання економічної допомоги розвинених країн що розвиваються.
Високий рівень енергоспоживання визначений виходячи з питомих ВВП, в основному відповідних прогнозами Світового банку. При цьому в кінці XXI століття розвиваються країни досягнуть лише сучасного рівня ВВП розвинених країн, тобто відставання складе близько 100 років. У варіанті низького енергоспоживання розмір допомоги розвинених країн що розвиваються прийнятий виходячи з обговорюваних в Ріо-де-Жанейро показників: близько 0,7% ВВП розвинених країн, або 100-125 млрд дол. на рік. Зростання ВВП розвинених країн при цьому трохи зменшується, а, що розвиваються - збільшується. У середньому ж по світу душовий ВВП у цьому варіанті збільшується, що свідчить про доцільність надання такої допомоги з точки зору всього людства.
Подушне споживання енергії в низькому варіанті в промислово розвинених країнах стабілізується, в що розвиваються - зросте до кінця століття приблизно в 2,5 рази, а в середньому по світу - в 1,5 рази в порівнянні з 1990 р . Абсолютна світове споживання кінцевої енергії (з урахуванням зростання населення) збільшиться до кінця почався століття за високим прогнозом приблизно в 3,5 рази, по низькому - в 2,5 рази.
Використання окремих видів первинних енергоресурсів характеризується наступними особливостями. Нафта у всіх сценаріях витрачається приблизно однаково - у 2050 р . досягається пік її видобутку, а до 2100 р . дешеві ресурси (перших п'яти вартісних категорій) вичерпуються повністю або майже повністю. Така стійка тенденція пояснюється великою ефективністю нафти для виробництва механічної та хімічної енергії, а також тепла і пікової електроенергії. В кінці століття нафту заміщається синтетичним паливом (в першу чергу, з вугілля).
Видобуток природного газу безперервно збільшується протягом всього століття, досягаючи максимуму в його кінці. Дві найбільш дорогі категорії (нетрадиційний метан і метаногідрати) виявилися неконкурентоспроможними. Газ використовується для виробництва всіх видів кінцевої енергії, але найбільшою мірою - для виробництва тепла.
Вугілля і ядерна енергія найбільш суттєво відрізняються у залежності від обмежень, що вводяться. Будучи приблизно равноекономічнимі, вони заміщають один одного, особливо в "крайніх" сценаріїв. У найбільшій мірі вони використовуються на електростанціях. Значна частина вугілля в другій половині століття переробляється в синтетичне моторне паливо, а ядерна енергія в сценаріях з жорсткими обмеженнями на викиди СО 2 у великих масштабах використовується для отримання водню.
Використання поновлюваних джерел енергії істотно різниться у різних сценаріях. Стійко використовуються лише традиційні гідроенергія і біомаса, а також дешеві ресурси вітру. Інші види ВДЕ є найбільш дорогими ресурсами, замикають енергетичний баланс і розвиваються в міру необхідності.
Цікаво проаналізувати витрати на світову енергетику в різних сценаріях. Менше за все вони, природно, у двох останніх сценаріях зі зниженим енергоспоживанням і помірними обмеженнями. До кінця століття вони зростають приблизно в 4 рази в порівнянні з 1990 р . Найбільші витрати вийшли в сценарії з підвищеним енергоспоживанням і жорсткими обмеженнями. В кінці століття вони в 10 разів перевищують витрати 1990 р . і в 2,5 рази - витрати в останніх сценаріях.
Слід зазначити, що введення мораторію на ядерну енергетику при відсутності обмежень на викиди СО 2 збільшує витрати всього на 2%, що пояснюється примірної равноекономічностью АЕС та електростанцій на вугіллі. Однак, якщо при мораторій на ядерну енергетику ввести жорсткі обмеження на викиди СО 2, то витрати на енергетику зростають майже в 2 рази.
Отже, "ціни" ядерного мораторію і обмежень на викиди СО 2 дуже великі. Аналіз показав, що витрати на зниження викидів СО 2 можуть скласти 1-2% від світового ВВП, тобто вони виявляються зіставними з очікуваним збитком від зміни клімату планети (при потеплінні на кілька градусів). Це дає підстави говорити про допустимість (або навіть необхідності) пом'якшення обмежень на викиди СО 2. Фактично потрібно мінімізувати суму витрат на зниження викидів СО 2 і збитків від зміни клімату (що, звичайно, представляє виключно складну задачу).
Дуже важливо, що додаткові витрати на зменшення викидів СО 2 повинні нести, головним чином, країни, що розвиваються. Між тим, ці країни, з одного боку, не винні в создавшемся з тепличним ефектом положенні, а з іншого - просто не мають таких коштів. Отримання ж цих коштів від розвинених країн, безсумнівно, викличе великі труднощі і це - одна з найсерйозніших проблем досягнення сталого розвитку.

Нетрадиційні джерела енергії

У XXI столітті ми тверезо усвідомлюємо реальностях третього тисячоліття. На жаль, запаси нафти, газу, вугілля зовсім не нескінченні. Природі, щоб створити ці запаси, потрібні були мільйони, витрачені вони будуть за сотні. Сьогодні у світі стали серйозно замислюватися над тим, як не допустити хижацького розграбування земних багатств. Адже лише за цієї умови запасів палива може вистачити на століття. На жаль, багато нафтовидобувних країн живуть сьогоднішнім днем. Вони нещадно витрачають подаровані їм природою нафтові запаси. Що ж станеться тоді, а це рано чи пізно станеться, коли родовища нафти і газу будуть вичерпані? Можливість швидкого виснаження світових запасів палива, а також погіршення екологічної ситуації в світі, (переробка нафти і досить часті аварії під час її представляють реальну загрозу для навколишнього середовища) змусили задуматися про інші види палива, здатних замінити нафту і газ.
Зараз у світі все більше вчених інженерів займаються пошуками нових, нетрадиційних джерел які могли б взяти на себе хоча б частину турбот по постачанню людства енергією. Нетрадиційні поновлювані джерела енергії включають сонячну, вітрову, геотермальну енергію, біомасу і енергію Світового океану.

Енергія Сонця

Останнім часом інтерес до проблеми використання сонячної енергії різко зріс, і хоча це джерело також відноситься до поновлюваних, увага, що приділяється йому в усьому світі, змушує нас розглянути його можливості окремо. Потенційні можливості енергетики, заснованої на використанні безпосередньо сонячного випромінювання, надзвичайно великі. Зауважимо, що використання всього лише 0,0125% цієї кількості енергії Сонця міг би забезпечити всі сьогоднішні потреби світової енергетики, а використання 0.5% - повністю покрити потреби на перспективу. На жаль, навряд чи коли-небудь ці величезні потенційні ресурси вдасться реалізувати у великих масштабах. Одним з найбільш серйозних перешкод такої реалізації є низька інтенсивність сонячного випромінювання.
Навіть при найкращих атмосферних умовах (південні широти, чисте небо) щільність потоку сонячного випромінювання складає не більше 250 Вт/м2. Тому, щоб колектори сонячного випромінювання "збирали" за рік енергію, необхідну для задоволення всіх потреб людства потрібно розмістити їх на території 130 000 км 2! Необхідність використовувати колектори величезних розмірів, крім того, тягне за собою значні матеріальні витрати. Найпростіший колектор сонячного випромінювання є зачернений металевий лист, у якому розташовуються труби з циркулюючої в ній рідиною. Нагріта за рахунок сонячної енергії, поглиненої колектором, рідина поступає для безпосереднього використання. За розрахунками виготовлення колекторів сонячного випромінювання площею 1 км 2, вимагає приблизно 10 4 тонн алюмінію. Доведені на сьогодні світові запаси цього металу оцінюються в 1.17 * 10 9 тонн.
Ясно, що існують різні фактори, що обмежують потужність сонячної енергетики. Припустимо, що в майбутньому для виготовлення колекторів стане можливим застосовувати не тільки алюміній, але і інші матеріали. Чи зміниться ситуація в цьому випадку? Будемо виходити з того, що на окремій фазі розвитку енергетики (після 2100 року) всі світові потреби в енергії будуть задовольнятися за рахунок сонячної енергії. У рамках цієї моделі можна оцінити, що в цьому випадку буде потрібно "збирати" сонячну енергію на площі від 1 * 10 6 до 3 * 10 6 км 2. У той же час загальна площа орних земель у світі становить сьогодні 13 * 10 6 км 2. Сонячна енергетика належить до найбільш матеріаломістким видів виробництва енергії. Великомасштабне використання сонячної енергії тягне за собою гігантське збільшення потреби в матеріалах, а отже, і в трудових ресурсах для видобутку сировини, її збагачення, отримання матеріалів, виготовлення геліостатів, колекторів, іншої апаратури, їх перевезення. Підрахунки показують, що для виробництва 1 МВт на рік електричної енергії за допомогою сонячної енергетики буде потрібно затратити від 10 000 до 40 000 людино-годин.
У традиційній енергетиці на органічному паливі цей показник становить 200-500 людино-годин. Поки що електрична енергія, породжена сонячним промінням, набагато дорожче, ніж отримувана традиційними способами. Вчені сподіваються, що експерименти, які вони проведуть на досвідчених установках і станціях, допоможуть вирішити не тільки технічні, але й економічні проблеми.
Перші спроби використання сонячної енергії на комерційній основі відносяться до 80-х років минулого сторіччя. Найбільших успіхів у цій області домоглася фірма Loose Industries (США). Нею в грудні 1989 року введено в експлуатацію сонячно-газова станція потужністю 80 МВт. Тут же, в Каліфорнії, в 1994 році було введено ще 480 МВт електричної потужності, причому, вартість 1 кВт / год енергії - 7-8 центів. Це нижче, ніж на традиційних станціях. У нічні години і взимку енергію дає, в основному, газ, а літом і в денні години - сонце. Електростанція в Каліфорнії продемонструвала, що газ і сонце, як основні джерела енергії найближчого майбутнього, здатні ефективно доповнювати один одного. Тому не випадковий висновок, що в якості партнера сонячної енергії повинні виступати різні види рідкого або газоподібного палива. Найбільш вірогідною "кандидатурою" є водень.
Його отримання з використанням сонячної енергії, наприклад, шляхом електролізу води може бути досить дешевим, а сам газ, що володіє високою теплотворною здатністю, легко транспортувати і довго зберігати. Звідси висновок: найбільш економічна можливість використання сонячної енергії, яка проглядається сьогодні - спрямовувати її для отримання вторинних видів енергії в сонячних районах земної кулі. Отримане рідке або газоподібне паливо можна буде перекачувати по трубопроводах або перевозити танкерами в інші райони. Швидкий розвиток геліоенергетики стало можливим завдяки зниженню вартості фотоелектричних перетворювачів у розрахунку на 1 Вт встановленої потужності з 1000 доларів у 1970 році до 3-5 доларів в 1997 році та підвищення їх ККД з 5 до 18%. Зменшення вартості сонячного вата до 50 центів дозволить гелиоустановкам конкурувати з іншими автономними джерелами енергії, наприклад, з дізельелектростанціі.

Вітрова енергія

Величезна енергія рухомих повітряних мас. Запаси енергії вітру більш ніж в сто разів перевищують запаси гідроенергії усіх річок планети. Вітри, що дмуть на просторах нашої країни, могли б легко задовольнити всі її потреби в електроенергії! Кліматичні умови дозволяють розвивати вітроенергетику на величезній території від наших західних кордонів до берегів Єнісею. Багаті енергією вітру північні райони країни уздовж узбережжя Північного Льодовитого океану, де вона особливо необхідна мужнім людям, обживающим ці багатющі краю. Чому ж настільки багатий, доступний та і екологічно чисте джерело енергії так слабо використовується? У наші дні двигуни, що використовують вітер, покривають всього одну тисячну світових потреб в енергії. Техніка XX століття відкрила зовсім нові можливості для вітроенергетики, завдання якої стала іншою - отримання електроенергії. На початку століття Н.Є. Жуковський розробив теорію вітродвигуна, на основі якої могли бути створені високопродуктивні установки, здатні отримувати енергію від самого слабкого вітерцю. З'явилося безліч проектів вітроагрегатів, незрівнянно більш досконалих, ніж старі вітряні млини. У нових проектах використовуються досягнення багатьох галузей знання. У наші дні до створення конструкцій вітроколеса - серця будь вітроенергетичної установки залучаються спеціалісти-літакобудівники, вміють вибрати найбільш доцільний профіль лопаті, досліджувати його в аеродинамічній трубі. Зусиллями вчених і інженерів створені найрізноманітніші конструкції сучасних вітрових установок.
Першою лопатевої машиною, яка використала енергію вітру, був вітрило. Парус і вітродвигун крім одного джерела енергії об'єднує один і той же використовується принцип. Дослідження Ю. С. Крючкова показали, що вітрило можна представити у вигляді вітродвигуна з нескінченним діаметром колеса. Вітрило є найбільш досконалою лопатевої машиною, з найвищим коефіцієнтом корисної дії, що безпосередньо використовує енергію вітру для руху.
Вітроенергетика, яка використовує вітроколеса і ветрокарусели, відроджується зараз, перш за все, в наземних установках. У США вже побудовані і експлуатуються комерційні установки. Проекти наполовину фінансуються з державного бюджету. Другу половину інвестують майбутні споживачі екологічно чистої енергії.
Перші розробки теорії вітродвигуна відносяться до 1918 р . В. Залевський зацікавився вітряками і авіацією одночасно. Він почав створювати повну теорію вітряка і кілька теоретичних положень, яким повинна відповідати вітроустановка.
На початку ХХ століття інтерес до повітряних гвинтів та ветроколесам не був відокремлений від загальних тенденцій часу - використовувати вітер, де це тільки можливо. Спочатку найбільшого поширення вітроустановки отримали в сільському господарстві. Повітряний гвинт використовували для приводу суднових механізмів. На всесвітньо відомому "Фрам" він крутив динамо-машину. На вітрильниках вітряки приводили в рух насоси і якірні механізми.
У Росії до початку минулого століття оберталося близько 2500 тисяч вітряків загальною потужністю мільйон кіловат. Після 1917 року млини залишилися без господарів і поступово руйнувалися. Правда, робилися спроби використовувати енергію вітру вже на науковій і державній основі. У 1931 році поблизу Ялти була побудована найбільша на той час вітроенергетична установка потужністю 100 кВт, а пізніше розроблений проект агрегату на 5000 кВт. Але реалізувати його не вдалося, так як Інститут вітроенергетики, який займався цією проблемою, був закритий.
У США до 1940 року побудували вітроагрегат потужністю 1250 кВт. До кінця війни одна з його лопатей отримала ушкодження. Її навіть не почали ремонтувати - економісти підрахували, що вигідніше використовувати звичайну дизельну електростанцію. Подальші дослідження цієї установки припинилися.
Невдалі спроби використовувати енергію вітру у великомасштабній енергетиці сорокових років XX століття не були випадковими. Нафта залишалася порівняно дешевої, різко знизилися питомі капітальні вкладення на великих теплових електростанціях, освоєння гідроенергії, як тоді здавалося, гарантує і низькі ціни і задовільну екологічну чистоту.
Істотним недоліком енергії вітру є його мінливість в часі, але його можна компенсувати за рахунок розташування вітроагрегатів. Якщо в умовах повної автономії об'єднати кілька десятків великих вітроагрегатів, то середня їх потужність буде постійною. При наявності інших джерел енергії вітрогенератор може доповнювати існуючі. І, нарешті, від вітродвигуна можна безпосередньо одержувати механічну енергію.

Термальна енергія землі

Здавна люди знають про стихійні прояви гігантської енергії, що таїться в надрах земної кулі. Потужність виверження багаторазово перевищує потужність найбільших енергетичних установок, створених руками людини. Правда, про безпосереднє використання енергії вулканічних вивержень говорити не доводиться - немає поки в людей можливостей приборкати цю непокірну стихію, та й, на щастя, виверження ці досить рідкісні події. Але це прояви енергії, що таїться в земних надрах, коли лише крихітна частка цієї невичерпної енергії знаходить вихід через вогнедишні жерла вулканів. Маленька європейська країна Ісландія повністю забезпечує себе помідорами, яблуками і навіть бананами! Численні ісландські теплиці одержують енергію від тепла землі - інших місцевих джерел енергії в Ісландії практично немає. Зате дуже багата ця країна гарячими джерелами і знаменитими гейзерами-фонтанами гарячої води, з точністю хронометра виривалося з-під землі. І хоча не ісландцям належить пріоритет у використанні тепла підземних джерел, жителі цієї маленької північної країни експлуатують підземну котельню дуже інтенсивно.
Рейк'явік, в якій проживає половина населення країни, опалюється тільки за рахунок підземних джерел. Але не тільки для опалення черпають енергію з глибин землі. Вже давно працюють електростанції, що використовують гарячі підземні джерела. Перша така електростанція, зовсім ще малопотужна, була побудована в 1904 році в невеликому італійському містечку Лардерелло. Поступово потужність електростанції росла, в дію вступали все нові агрегати, використовувалися нові джерела гарячої води, і в наші дні потужність станції досягла вже значної величини - 360 тисяч кіловат. У Новій Зеландії існує така електростанція в районі Вайракеи, її потужність 160 тисяч кіловат. У 120 кілометрах від Сан-Франциско в США виробляє електроенергію геотермальна станція потужністю 500 тисяч кіловат.

Енергія внутрішніх вод

Раніше за все люди навчилися використовувати енергію річок. Але в золоте століття електрики, відбулося відродження водяного колеса у вигляді водяної турбіни. Електричні генератори, що виробляють енергію, потрібно було крутити, а це цілком успішно могла робити вода. Можна вважати, що сучасна гідроенергетика народилася в 1891 році. Переваги гідроелектростанцій очевидні - постійно поновлюваний самою природою запас енергії, простота експлуатації, відсутність забруднення навколишнього середовища. Та й досвід будівництва та експлуатації водяних коліс міг би надати чималу допомогу гідроенергетика.
Однак, щоб привести в обертання могутні гідротурбіни, потрібно накопичити за дамбою величезний запас води. Для побудови греблі потрібно укласти таку кількість матеріалів, що обсяг гігантських єгипетських пірамід в порівнянні з ним покажеться нікчемним. У 1926 році в лад увійшла Волховська ГЕС, наступного почалося будівництво знаменитої Дніпровської. Енергетична політика нашої країни, привела до того, що у нас розвинена система потужних гідроелектричних станцій. Жодна держава не може похвалитися такими енергетичними гігантами, як Волзькі, Красноярська та Братська, Саяно-Шушенська ГЕС. Енергоустановка річці Ранс, що складається з 24 реверсивних турбогенераторів, і має вихідну потужність 240 мегават - одна з найбільш потужних гідроелектростанцій у Франції. Гідроелектростанції є економічно вигідним джерелом енергії. Але мають недоліки - при транспортуванні електроенергії по лініях електропередач відбуваються втрати до 30% і створюється екологічно небезпечне електромагнітне випромінювання. Поки людям служить лише невелика частина гідроенергетичного потенціалу землі. Щорічно величезні потоки води, що утворилися від дощів і танення снігів, стікають в моря невикористаними. Якщо б вдалося затримати їх за допомогою гребель, людство отримало б додатково колосальну кількість енергії.

Енергія біомаси

У США в середині 70-х років група фахівців у галузі дослідження океану, морських інженерів і водолазів створила першу в світі океанську енергетичну ферму на глибині 12 метрів під сонячної гладдю Тихого океану поблизу міста Сан-Клемент. На фермі вирощувалися гігантські каліфорнійські бурі водорості. На думку директора проекту доктора Говарда А. Уїлкокса, співробітника Центру дослідження морських і океанських систем у Сан-Дієго (Каліфорнія), "до 50% енергії цих водоростей може бути перетворено на паливо - в природний газ метан. Океанські ферми майбутнього, вирощують бурі водорості на площі приблизно 100 000 акрів ( 40 000 га ), Зможуть давати енергію, якої вистачить, щоб повністю задовольнити потреби американського міста з населенням в 50 000 чоловік ".
До біомасу, крім водоростей, можна також віднести і продукти життєдіяльності домашніх тварин. Так, 16 січня 1998 року в газеті "Санкт Петербурзькі Відомості" була надрукована стаття, під назвою "Електрика ... з курячого посліду "в якій говорилося про те, що перебуває у фінському місті Тампере дочірня фірма міжнародного норвезького суднобудівного концерну Kvaerner прагне отримати підтримку ЄС для спорудження у британському Нортхемптон електростанції, що діє ... на курячому посліді. Проект входить в програму ЄС Thermie, яка передбачає розвиток нових, нетрадиційних, джерел енергії і методів заощадження енергетичних ресурсів. Комісія ЄС розподілила 13 січня 140 млн ЕКЮ серед 134 проектів.
Спроектована фінською фірмою силова установка буде спалювати в топках 120 тисяч тонн курячого посліду на рік, виробляючи 75 млн кіловат-годин енергії.

Висновок

Можна виділити ряд загальних тенденцій та особливостей у розвитку енергетики світу в почався столітті.
1. У XXI ст. неминучий значне зростання світового споживання енергії, в першу чергу, в развіваюшіхся країнах. У промислово розвинених країнах енергоспоживання може стабілізуватися приблизно на сучасному рівні або навіть знизитися до кінця століття. За низьким прогнозом, зробленим авторами, світове споживання кінцевої енергії може скласти в 2050 р . 350 млн Тдж / рік, в 2100 р . - 450 млн Тдж / рік (при сучасному споживанні близько 200 млн Тдж / рік).
2. Людство в достатній мірі забезпечене енергетичними ресурсами на XXI століття, але подорожчання енергії неминуче. Щорічні витрати на світову енергетику зростуть в 2,5-3 рази до середини століття і в 4-6 разів до кінця його в порівнянні з 1990 р . Середня вартість одиниці кінцевої енергії збільшиться в ці терміни, відповідно, на 20-30 і 40-80% (збільшення цін на паливо і енергію може бути ще більшим).
3. Введення глобальних обмежень на викиди СО 2 (найбільш важливого тепличного газу) дуже сильно вплине на структуру енергетики регіонів і світу в цілому. Спроби збереження глобальних викидів на сучасному рівні слід визнати нереальними через важко вирішуваною протиріччя: додаткові витрати на обмеження викидів СО 2 (близько 2 трлн дол / рік у середині століття і більше 5 трлн дол / рік наприкінці століття) повинні будуть нести переважно країни, що розвиваються, які, між тим, "не винні" у створилася проблеми і не мають необхідних коштів; розвинені ж країни навряд чи захочуть і зможуть оплатити такі витрати. Реалістичним з точки зору забезпечення задовільних структур енергетики регіонів світу (і витрат на її розвиток) можна вважати обмеження у другій половині століття глобальних викидів СО 2 до 12-14 Гт С / рік, тобто до рівня приблизно в два рази вище, ніж було в 1990 р . При цьому зберігається проблема розподілу квот та додаткових витрат на обмеження викидів між країнами і регіонами.
4. Розвиток ядерної енергетики представляє найбільш ефективний засіб зниження викидів СО 2. У сценаріях, де вводилися жорсткі або помірні обмеження на викиди СО 2 і були відсутні обмеження на ядерну енергетику, оптимальні масштаби її розвитку вийшли надзвичайно великими. Іншим показником її ефективності з'явилася "ціна" ядерного мораторію, яка при жорстких обмеженнях на викиди СО 2 виливається в 80-відсоткове збільшення витрат на світову енергетику (більше 8 трлн дол / рік наприкінці XXI ст.). У зв'язку з цим були розглянуті сценарії з "поміркованими" обмеженнями на розвиток ядерної енергетики для пошуку реально можливих альтернатив.
5. Неодмінна умова переходу до сталого розвитку - допомога (фінансова, технічна) найбільш відсталим країнам з боку розвинених країн. Для отримання реальних результатів така допомога має бути надана в найближчі десятиліття, з одного боку, для прискорення процесу наближення рівня життя країн, що розвиваються до рівня розвинених, а з іншого - щоб така допомога ще могла скласти помітну частку у швидко зростаючому сумарному ВВП країн, що розвиваються.

Література

1. Щотижнева газета сибірського відділення Російської академії наук N 3 (2289) 19 січня 2001 р
2. Антропов П.Я. Паливно-енергетичний потенціал Землі. М., 1994
3. Одум Г., Одум Є. Енергетичний базис людини і природи. М., 1998
Додати в блог або на сайт

Цей текст може містити помилки.

Фізика та енергетика | Реферат | 73,3кб. | скачати

Схожі роботи:
Глобальні проблеми людства Міжнародні соціальні проблеми
Демографічні проблеми людства
Глобальні проблеми людства 2
Глобальні проблеми людства
Глобальні проблеми людства
Глобальні проблеми людства 3
Екологічні проблеми людства
Екологічні проблеми людства
Демографічні проблеми людства на планеті 2
© Усі права захищені
написати до нас
Рейтинг@Mail.ru