Енергозабезпечення людства

Санкт-Петербурзький державний університет низькотемпературних і харчових технологій
Кафедра промислової екології
Реферат на тему:
"Проблеми енергозабезпечення"
Виконала: Малишева В.А.
Група: 525

Зміст
Вступ
1. Енергетичні ресурси
2. Енергозбереження
Висновок

Вступ

Однією з найбільш актуальних проблем соціально-економічного розвитку регіонів Російської Федерації є вироблення та реалізація органами державної влади суб'єктів Російської Федерації політики у сфері енергозабезпечення і енергозбереження. Прискорений розвиток економіки, економічне зростання і поліпшення якості життя населення вимагають все більш значних витрат паливно-енергетичних ресурсів. Зростання попиту на енергію та енергоносії всередині країни стикається з обмеженнями, пов'язаними з неможливістю адекватного зростання пропозиції і загрозою дефіциту енергії. Все більш актуальним стає питання про необхідність випереджаючого розвитку енергетичної інфраструктури. При цьому всі розуміють, що розвиток енергетики має відбуватися на новій, сучасної технічної, технологічної та організаційній основі.
У країні існує достатня кількість прикладів використання вітчизняних електроенергетичних установок середньої та малої потужності в основному військового призначення та створення на їх базі локальних систем енергопостачання закритих (ізольованих) з оборонних міркувань або природно-географічних умов територій або об'єктів. Але для нормального розвитку електроенергетики регіонального рівня, розвитку, що базується на дії ринкових механізмів, цього недостатньо. Відсутня відповідна нормативно-правова база, обмежені технічні та паливні можливості об'єктів середньої і малої електроенергетики, не опрацьовані механізми їх інтеграції в існуючу єдину енергосистему, інвестиційні схеми фінансування.
У регіонах - лідерах економічного розвитку країни, а це, перш за все Москва і Московська область, Санкт-Петербург, нафтогазовидобувні регіони, відзначається випереджаюче попит на електрику. У цих умовах виникає загроза дефіциту енергії, пропонованої на ринку за цінами, які здатні сплатити підприємства, розташовані в інших регіонах країни. У результаті, до моменту насичення ринку, тобто до появи на ньому достатньої кількості пропозиції енергії, багато регіонів країни можуть зіткнутися з дефіцитом електричної енергії. Особливістю галузі є те обставина, що насичення ринку відбудеться тільки після завершення будівництва і введення в експлуатацію нових енергетичних потужностей. Грядущий можливий дефіцит енергії робить все більш актуальним завдання забезпечення енергетичної безпеки [1] регіону. Ключовим питанням при цьому є питання про те, який вид палива може бути використаний для збільшення виробництва електричної та теплової енергії та вирішення проблеми енергетичної безпеки. Для вирішення питань енергозабезпечення необхідно робити кроки з використання місцевих та альтернативних видів паливно-енергетичних ресурсів. У більшості регіонів, це, перш за все, торф, відходи деревини, енергія вітру, тепла Землі, а також використання можливостей гідроенергетики.

1. Енергетичні ресурси

Росія володіє потужною енергетичною системою та багатими енергетичними ресурсами. До них відносяться:
паливні ресурси
енергія річок
ядерна енергія
Викопне паливо - це нафта, вугілля, горючий сланець, природний газ і його гідрати, торф і інші горючі мінерали та речовини, що видобуваються під землею або відкритим способом. Вугілля і торф - паливо, що утворюються в міру накопичення і розкладання тварин і рослин. Викопні види палива є вичерпним невідновних природним ресурсом, так як накопичувалися мільйони років.
На частку підприємств паливно-енергетичного комплексу Росії припадає половина викидів шкідливих речовин в атмосферне повітря, більше третини забруднених стічних вод, третину твердих відходів від всієї національної економіки. Особливої ​​актуальності набуває планування екологічних заходів у районах піонерного освоєння ресурсів нафти і газу.
Спалювання викопних видів палива призводить до викидів двоокису вуглецю (CO2) - парникового газу, який приносить найбільший внесок в глобальне потепління. Природний газ, основну частину якого становить метан, також є парниковим газом. Парниковий ефект однієї молекули метану приблизно в 20 разів сильніше, ніж у молекули CO2, тому з кліматичної точки зору спалювання природного газу краще його потрапляння в атмосферу.
Енергія річок використовується за допомогою гідроелектростанцій (ГЕС) - електростанцій, в якості джерела енергії використовують енергію водного потоку. Гідроелектростанції зазвичай будують на річках, споруджуючи греблі та водосховища. Для ефективного виробництва електроенергії на ГЕС необхідні два основних фактори: гарантована забезпеченість водою круглий рік і можливо великі ухили річки, сприяють гідробудівництва каньонообразниє види рельєфу. Енергія річок (гідроенергія) використовуються меншою мірою, ніж паливна.
Особливості:
собівартість електроенергії на російських ГЕС більш ніж у два рази нижче, ніж на теплових електростанціях.
генератори ГЕС можна досить швидко вмикати і вимикати в залежності від споживання енергії - поновлюване джерело енергії - значно менший вплив на повітряне середовище, ніж іншими видами електростанцій - будівництво ГЕС зазвичай більш капіталомістке - часто ефективні ГЕС більш віддалені від споживачів - водосховища часто займають значні території - греблі часто змінюють характер рибного господарства, оскільки перекривають шлях до нерестовищ прохідним рибам, проте часто сприяють збільшенню запасів риби в самому водосховищі та здійснення рибництва.
Ядерна енергетика - це галузь енергетики, що займається отриманням і використанням ядерної енергії (раніше використовувався термін Атомна енергетика). Зазвичай для отримання ядерної енергії використовують ланцюгову ядерну реакцію поділу ядер урану-235 або плутонію. Хоча в будь-якій області енергетики первинним джерелом є ядерна енергія (наприклад, енергія сонячних ядерних реакцій в гідроелектростанціях і електростанціях, що працюють на органічному паливі, енергія радіоактивного розпаду в геотермальних електростанціях), до ядерної енергетики відноситься лише використання керованих реакцій в ядерних реакторах.
Ядерна енергія виробляється в атомних електричних станціях, використовується на атомних криголамах, атомних підводних човнах. Але вона залишається предметом гострих дебатів. Прихильники і противники ядерної енергетики різко розходяться в оцінках її безпеки, надійності та економічної ефективності. Широко поширена думка про можливий витік ядерного палива зі сфери виробництва електроенергії і його використанні для виробництва ядерної зброї.
Крім основних джерел енергії існують також альтернативні. Ці джерела поширені не так широко, як традиційні, проте представляють інтерес з-за вигідності їх використання при низькому ризику заподіяння шкоди екології району. До них відносяться:
сонячна енергія,
енергія вітру,
біопаливо,
енергія геотермальних вод,
енергія припливів і відливів.
Сонячна енергетика - безпосереднє використання сонячної енергії для отримання енергії в будь-якому вигляді. Сонячна енергетика використовує поновлюване джерело енергії і є екологічно чистою, тобто не виробляє шкідливих відходів. Виробництво енергії за допомогою сонячних електростанцій добре узгоджується з концепцією розподіленого виробництва енергії.
Способи отримання електрики і тепла з сонячного випромінювання:
отримання електроенергії за допомогою фотоелементів.
перетворення сонячної енергії в електрику з допомогою теплових машин - парові машини (поршневі або турбінні), які використовують водяний пар, вуглекислий газ, пропан-бутан, фреони.
геліотермальних енергетика - нагрівання поверхні, що поглинає сонячні промені і подальший розподіл і використання тепла (фокусування сонячного випромінювання на судині з водою для подальшого використання нагрітої води в опалюванні або в парових електрогенераторах).
Термоповітряні електростанції (перетворення сонячної енергії в енергію повітряного потоку, що направляється на турбогенератор) - сонячні аеростатні електростанції (генерація водяної пари усередині балона аеростата за рахунок нагрівання сонячним випромінюванням поверхні аеростата, покритої селективно-поглинаючим покриттям).
Сонячна енергія широко використовується як для нагрівання води, так і для виробництва електроенергії. Фотоелектричні елементи можуть встановлюватися на різних транспортних засобах: човнах, електромобілях і гібридних автомобілях, літаках, дирижаблях і т.д.
Вітроенергетика - галузь енергетики, що спеціалізується на використанні енергії вітру - кінетичної енергії повітряних мас в атмосфері. Енергію вітру відносять до поновлюваних видів енергії, так як вона є наслідком діяльності сонця. Вітроенергетика є бурхливо розвивається галуззю. Вітроенергетика є нерегульованим джерелом енергії. Вироблення вітроелектростанції залежить від сили вітру - фактора, що відрізняється великим непостійністю. Відповідно, видача електроенергії з вітрогенератора в енергосистему відрізняється великою нерівномірністю як в добовому, так і в тижневому, місячному, річному і багаторічному розрізі. Враховуючи, що енергосистема сама має неоднорідності навантаження (піки і провали енергоспоживання), регулювати які вітроенергетика, природно, не може, введення значної частки вітроенергетики в енергосистему сприяє її дестабілізації. Зрозуміло, що вітроенергетика вимагає резерву потужності в енергосистемі (наприклад, у вигляді газотурбінних електростанцій), а також механізмів згладжування неоднорідності їх вироблення (у вигляді ГЕС або ГАЕС). Дана особливість вітроенергетики істотно здорожує одержувану від них електроенергію. Енергосистеми з великим небажанням підключають вітрогенератори до енергомереж, що призвело до появи законодавчих актів, зобов'язуючих їх це робити.
У вересні 2007 року в Якутії була запущена вітрова електроустановка потужністю в 250 кВт.
Біопаливо - це паливо з біологічної сировини, одержуване, як правило, в результаті переробки стебел цукрової тростини або насіння ріпаку, кукурудзи, сої. Існують також проекти різного ступеня опрацьованості, спрямовані на отримання біопалива із целюлози і різного типу органічних відходів, але ці технології перебувають на ранній стадії розробки або комерціалізації. Різниться рідке біопаливо (для двигунів внутрішнього згоряння, наприклад, етанол, метанол, біодизель), тверде біопаливо (дрова, солома) і газоподібне (біогаз, водень).
Критики розвитку біопаливної індустрії заявляють, що зростаючий попит на біопаливо вимушує сільгоспвиробників скорочувати посівні площі під продовольчими культурами і перерозподіляти їх на користь паливних. Прихильники кажуть, що біопалива менше забруднюють атмосферу, а супротивники заперечують, що при згоранні біопалив виділяються ті ж продукти, що і при спалюванні викопних палив.
Геотермальна енергетика - виробництво електроенергії, а також теплової енергії за рахунок теплової енергії, що міститься в надрах землі. Звичайно стосується альтернативних джерел енергії, поновлюваних енергетичних ресурсів.
У вулканічних районах циркулює вода перегрівається вище температур кипіння на відносно невеликих глибинах і по тріщинах піднімається до поверхні, інколи проявляючи себе у вигляді гейзерів. Доступ до підземних теплим водам можливий за допомогою глибинного буріння свердловин. Більш ніж паротерми поширені сухі високотемпературні породи, енергія яких доступна за допомогою закачування і подальшого відбору з них перегрітої води. Високі горизонти порід з температурою менше 100 ° C поширені і на безлічі геологічно малоактивних територій, тому найбільш перспективним вважається використання Геотерм в якості джерела тепла.
Основними достоїнствами геотермальної енергії можна вважати практичну невичерпність ресурсів, незалежність від зовнішніх умов, часу доби і року, можливість комплексного використання термальних вод для потреб теплоелектроенергетики та медицини. Недоліками її є висока мінералізація термальних вод більшості родовищ та наявність токсичних сполук і металів, що виключає в більшості випадків скидання термальних вод у природні водойми.
Як приклад - на Камчатці успішно працюють дві геотермальні електростанції. Їх будівництво було обумовлено тим, що Камчатка - вулканічна зона. У таких зонах циркулює вода перегрівається вище температур кипіння на відносно невеликих глибинах і по тріщинах піднімається до поверхні, часто виходячи на поверхню у вигляді гейзерів. Геотермальними називаються води, що виділяються з надр Землі з температурою вище 20 ° C. З-за активної вулканічної діяльності будувати атомні електростанції на Камчатці небезпечно. А річки півострова не володіють великим енергопотенціалом. Будівництво геотермальних електростанцій дозволило вирішити енергетичну проблему півострова і знизити витрати на електроенергію.
Використання енергії припливів і відливів реалізується за допомогою припливних електростанцій (ПЕС). Приливна електростанція - особливий вид гідроелектростанції, що використовує енергію припливів, а фактично кінетичну енергію обертання Землі. Припливні електростанції будують на берегах морів, де гравітаційні сили Місяця і Сонця двічі на добу змінюють рівень води. Електростанціями цього типу є особливим видом гідроелектростанції. Для отримання енергії затоку або гирлі річки перекривають греблею, в якій встановлені гідроагрегати, які можуть працювати як в режимі генератора, так і в режимі насоса (для перекачування води у водосховищі для подальшої роботи в відсутність припливів і відливів). В останньому випадку вони називаються гідроакумулююча електростанція.
Перевагами ПЕМ є екологічність і низька собівартість виробництва енергії. Недоліками - висока вартість будівництва і змінюється протягом доби потужність, через що ПЕМ може працювати тільки в складі енергосистеми, яка має достатню потужність електростанцій інших типів.
Перша приливна електростанція в Росії почала працювати в 1968 р. в Кислої губі на Білому морі. Потужність електростанції 400кВт. Зараз розробляються проекти будівництва приливних електростанцій у Білому і Охотському морях.

2. Енергозбереження

Енергозбереження - реалізація правових, організаційних, наукових, виробничих, технічних та економічних заходів, спрямованих на ефективне (раціональне) використання (і економне витрачання) паливно-енергетичних ресурсів і на залучення в господарський оборот поновлюваних джерел енергії (джерело визначення (з невеликими змінами). Енергозбереження - важливе завдання зі збереження природних ресурсів.
В даний час найбільш нагальним є побутове енергозбереження (енергозбереження в побуті), а також енергозбереження в сфері ЖКГ. Перешкодою до його здійснення є стримування зростання тарифів для населення на окремі види ресурсів (електроенергія, газ), відсутність коштів у підприємств ЖКГ на реалізацію енергозберігаючих програм, а також відсутність масової побутової культури енергозбереження. Актуальним також є забезпечення енергозбереження в АПК.
Ефекти від заходів енергозбереження можна розділити на кілька груп:
економічні ефекти у споживачів (зниження вартості придбаних енергоресурсів);
ефекти підвищення конкурентоспроможності (зниження споживання енергоресурсів на одиницю виробленої продукції, енергоефективність виробленої продукції при її використанні);
ефекти для електричної, теплової, газової мережі (зниження пікових навантажень, мінімізація інвестицій в розширення мережі);
екологічні ефекти;
пов'язані ефекти (увага до проблем енергозбереження призводить до підвищення заклопотаності проблемами загальної ефективності системи - технології, організації, логістики на виробництві, системи взаємин, платежів і відповідальності в ЖКГ, ставлення до домашнього бюджету у громадян).
У результаті проведених досліджень з'ясувалося, що тільки за рахунок економії кількість споживаної енергії можна скоротити на 40%, тобто в Росії даремно витрачається майже половина споживаної енергії. Потенціал енергозбереження в нашій країні можна порівняти за масштабами з об'ємом всіх експортованих нафтопродуктів.
Через низьку енергоефективності, низького ККД установок, витоку відбуваються в самому паливно-енергетичному комплексі, через знос устаткування - у промисловості, у ЖКГ. На сектор ЖКГ припадає майже одна третина всіх втрат (110 млн. т палива). Також дуже значна кількість втрат енергії в ЖКГ відбувається через зневажливого ставлення до енергії споживачів. Через вікна і двері будинків відбувається до 70% тепловтрат. Також тепло втрачається і через неутеплені вікна. У результаті енергоефективність ЖКГ у Росії в 5 разів нижче, ніж у Швеції. Часто ми самі не вимикаємо світло, через що в містах залишаються працювати сотні тисяч світлових приладів. Всього лише за один день набігає десятки і сотні тонн марно витраченого палива. Така ж ситуація утворюється і через незакритих кранів в системі водопостачання.
Одним із дієвих способів зменшити вплив людини на природу є збільшення ефективності використання енергії. Справді, сучасна енергетика, заснована в першу чергу на використанні викопних видів палива (нафта, газ, вугілля), надає найбільш масивне вплив на навколишнє середовище. Починаючи від видобутку, переробки і транспортування енергоресурсів і закінчуючи їх спалюванням для отримання тепла та електроенергії - все це дуже згубно відбивається на екологічному балансі планети. Нарешті, саме "викопна" енергетика відповідальна за проблему зміни клімату, пов'язану зі збільшенням концентрації парникових газів. Тобто питання підвищення енергоефективності економіки зараз є одним із найбільш наболілих для всіх країн без винятку, навіть для багатої природними ресурсами Росії.
Основна роль у збільшенні ефективності використання енергії належить сучасним енергозберігаючим технологіям. Після енергетичної кризи 70-х років XX століття саме вони стали пріоритетними у розвитку економіки Західної Європи, а після початку ринкових реформ - і в нашій країні. При цьому їх впровадження, крім очевидних екологічних плюсів, несе цілком реальні вигоди - зменшення витрат, пов'язаних з енергетичними затратами.
Енергозбереження зараз стає одним із пріоритетів політики будь-якої компанії, що працює у сфері виробництва чи сервісу. За даними фахівців, частка енерговитрат у собівартості продукції в Росії сягає 30-40%, що значно вище, ніж, наприклад, у західноєвропейських країнах. Однією з основних причин такого стану є застарілі енергорасточітельние технології, обладнання та прилади. Очевидно, що зниження таких витрат дозволяє підвищити конкурентоспроможність бізнесу.
У Росії до 75% всієї споживаної електроенергії на виробництвах використовується для приведення в дію всіляких електроприводів. Як правило, на більшості вітчизняних підприємств встановлені електродвигуни з великим запасом по потужності в розрахунку на максимальну продуктивність обладнання, незважаючи на те, що години пікового навантаження складають всього 15-20% загального часу його роботи. У результаті електродвигунів з постійною швидкістю обертання потрібно значно більше енергії, ніж це необхідно.
За даними європейських експертів, вартість електроенергії, споживаної щорічно середнім двигуном у промисловості, майже у 5 разів перевищує його власну вартість. У зв'язку з цим очевидна необхідність оптимізації обладнання з використанням електроприводів. Режим енергозбереження особливо актуальне для механізмів, які частину часу працюють зі зниженою навантаженням, - конвеєри, насоси, вентилятори і т.п. Окрім зниження витрати електроенергії, економічний ефект від застосування частотно-регульованих електроприводів досягається шляхом збільшення ресурсу роботи електротехнічного і механічного устаткування, що стає додатковим плюсом. Такі енергозберігаючі електроприводи і засоби автоматизації можуть бути впроваджені на більшості промислових підприємств і в сфері ЖКГ: від ліфтів і вентиляційних установок до автоматизації підприємств, де нераціональна витрата електроенергії пов'язаний з наявністю морально і фізично застарілого обладнання
Існують і інші шляхи раціональніше використовувати електроенергію, причому не тільки на виробництві, а й у побуті. Енергозберігаючий ефект заснований на тому, що світло включається автоматично, саме коли він потрібен. Вдень, при високому рівні освітленості, освітлення відключено. При настанні сутінків відбувається активація мікрофона. Якщо в радіусі до 5 м виникає шум (наприклад, кроки чи звук дверей), світло автоматично включається і горить, поки людина знаходиться в приміщенні. Зрозуміло, такі системи освітлення були б не повними без використання енергозберігаючих ламп. Їх можна розділити на дві групи по сферах використання: потужні енергозберігаючі лампи великих розмірів, призначені для освітлення офісів, торгових майданчиків, кафе, і компактні лампи зі стандартними цоколями для використання в квартирах. Економія електроенергії із застосуванням таких ламп досягає 80%.
Таким чином, енергозберігаючі технології дозволяють вирішити відразу кілька завдань: зекономити значну частину енергоресурсів, вирішити проблеми вітчизняного ЖКГ, підвищити ефективність виробництва, і з чого ми починали нашу статтю, зменшити навантаження на навколишнє середовище. Тому не доводиться сумніватися, що їх широке впровадження - це тільки питання часу: настав момент, коли ми повинні розплатитися з природою по кредиту.

Висновок

Проблема енергозабезпечення з кожним роком стає все гострішою. Потреби людини постійно ростуть, а так само збільшується саме населення. Вичерпні ресурси рано чи пізно закінчаться, а використання альтернативних джерел і застосування енергозберігаючих технологій ще недостатньо добре налагоджено. У таких умовах перед людством постало завдання справді історичного значення - перейти до використання надійних, повністю безпечних для життя людини і навколишнього його природи джерел енергії, її розумному витрачанню, сталого, економічно ефективного енергозабезпечення.
Серед шляхів вирішення проблеми енергозабезпечення можна назвати наступні:
розвиток самої системи енергозабезпечення, зниження енергоємності виробництва (це спостерігається в ряді розвинених країн, особливо в США);
інтернаціоналізація світової енергетики;
перехід на відновлювальні джерела енергії - сонячної, вітру, океанічної, гідроенергії (на відміну від невідновлювані джерел, які будуть вичерпані в доступному для огляду майбутньому, вони нешкідливі і безмежні).
Вирішення цього ряду проблем може бути тільки комплексним і інтернаціональним.