Енергетика. Сучасні проблеми
Відомо, що енергія може бути перетворена з однієї форми в іншу. Перетворення енергії присутній в самих різних процесах, що відбуваються у всесвіті, будь то процес газового обміну й росту рослин, промислове виробництво або вибухи зірок. Енергія може існувати в декількох формах. Так, рухомі об’єкти, наприклад автомобіль, володіють кінетичної енергією, величина якої залежить від швидкості і маси об’єкта. Енергія може бути також термальної чи теплової; основою для визначення величини цього типу енергії є температура теплонесущего тіла. Енергія може зберігатися протягом нескінченно довгого проміжку часу, т. Е. Вона може “запасатися”. Їжа, деревина і нафту є прикладами матерії, здатної зберігати енергію протягом довгого часу до того моменту, коли відбудеться її перетворення, наприклад, в тепло. Інший приклад запасів енергії – вода у водосховищах при гідроелектростанціях. Деякі з таких форм запасів енергії називаються джерелами енергії.
Природні джерела енергії поділені на дві групи: відносно невичерпні і вичерпні. У першу включені: ядерна реакція, сонячна енергія, енергія вітру і річок, морських припливів. Запаси їх практично невичерпні. Другу групу складають: мінеральні паливні ресурси (вугілля, нафта, газ, сланці, торф, уран). Світовий енергетичний баланс складається головним чином з джерел енергії другої групи. Загальні запаси мінеральних (горючих) джерел енергії у міру використання зменшуються, а створення їх в надрах Землі відбувається надзвичайно повільно, незрівнянно з темпами видобутку і тривалістю людського життя.
Сучасні енергосистеми є невід’ємним компонентом інфраструктури суспільства, особливо в промислово-розвинених країнах. Класифікація використання енергії споживачами має загальний характер. Традиційно розглядається використання енергії в окремих економічних секторах суспільства: в промисловості, на транспорті, в сільському господарстві, в приватному, комерційному та інших секторах (банках, офісах, лікарнях, навчальних та культурних закладах). У розвинених країнах співвідношення між різними споживачами енергії становить: на транспорті і в промисловості приблизно по 32%. Частка інших споживачів енергії дорівнює близько 35%. У країнах, що розвиваються співвідношення має інший вигляд. Протягом десятків років спостерігається зростання споживання електроенергії. Причини цього різноманітні: у зв’язку із зростанням промисловості, сільськогосподарського виробництва, розвитком транспорту. Деякі інші причини були викладені в лекції академіка П. Л. Капіци “Глобальні проблеми і енергія”, прочитаної в 1976 р в Стокгольмському університеті. Їм зазначено, що зростання споживання енергії пов’язаний із зростанням матеріального рівня життя людей в розвинених країнах, а також завдяки необхідності підняти рівень життя в країнах, що розвиваються. Виснаження запасів мінеральної сировини, необхідного для промисловості, головним чином металів, таких, як срібло, олово, мідь, призводить до необхідності їх вилучення з бідніших за змістом руд. Вже зараз виявляється необхідним добувати деякі метали (як, наприклад магній), розчинені в морській воді. Це вимагає на одиницю ваги великих енерговитрат. Споживання енергії зростає при боротьбі із забрудненням навколишнього середовища, яке відбувається в глобальному масштабі і набуває загрозливих розмірів. Відомо, що технологічні процеси, при яких відсутні шкідливі викиди (в таких виробничих процесах, як, наприклад, паперове), ведуть до збільшення споживання енергії. Подальше підвищення ефективності сільського господарства вимагає виробництва мінеральних добрив, що також призводить до зростання енергетичних витрат. Загалом, велика роль енергетики в розвитку матеріальної культури людства і пояснює, чому світове споживання енергії зростає.
Зростання споживання енергії пов’язаний з необхідністю вирішення ряду виникають глобальних проблем. Процеси перетворення енергії, що мають місце в суспільстві, пов’язані не тільки з втратами у вигляді непридатною до використання енергії, але також і з емісією речовин, шкідливих для навколишнього середовища. Для більшості операцій, здійснюваних за допомогою енергетики, використовують енергію невідновних джерел, як викопне паливо. Так як основним джерелом енергії є головним чином нафту і вугілля, то сьогодні продовжує залишатися актуальним забруднення середовища. При згорянні палива в атмосферу викидаються такі шкідливі речовини, як оксиди азоту, сірки, улеводороди і тверді частинки (сажа). Ці речовини є причиною таких процесів, як закислення грунту і води, евтрофірованіе. Збільшення вмісту в атмосфері окремих речовин, наприклад, діоксиду вуглецю, служить однією з причин виникнення парникового ефекту – екологічної проблеми глобального характеру. Більше того, використання в якості джерел енергії насамперед невідновних джерел, темпи відновлення яких у багато разів нижче темпів їх видобутку, показує на незбалансованість сучасних енергетичних систем. Необхідно докорінне перетворення енергосистем.
Суттєве значення у вирішенні енергетичних проблем має використання відновлюваних джерел енергії. Ними є: енергія вітру, гідроенергія, сонячна, термальна, фотоелектрична енергія (остання використовується в електронних приладах, наручних годинниках, калькуляторах, на маяках, в гірських регіонах). Деякі технології використання нетрадиційних видів енергії вже є конкурентно-здатними. Так, загальна стійка потужність вітрових установок за період 1994-1995 рр. збільшилася вдвічі (з 2000 до 4000 МВТ). Особливо широко вони застосовуються в Каліфорнії, Данії, Нідерландах, Індії, Німеччини. Етанол, що виробляється з цукрової тростини, з успіхом використовується в якості моторного палива в Бразилії.
Перспективною технологією є пряме перетворення сонячної енергії в теплову або електричну. При збільшенні віддачі та зменшенні витрат використання сонячної енергії істотно зростає. Основними факторами, які повинні враховуватися при використанні різних джерел енергії, і які в кінцевому підсумку визначають майбутній розвиток енергетики, є наступні: це потреби в тому чи іншому вигляді енергії (механічна, електрична, теплова, хімічна і т. Д.); енергетичні ресурси, їх ступінь універсальності для використання, вплив на навколишнє середовище; річна потужність джерел енергії та щільність потоку, ними створювана; енерговіддача, т. е. ставлення кількості енергії, отриманого від перетворювача за термін служби, до кількості енергії, витраченої на створення даного перетворювача і його експлуатацію. Цілком очевидно, що дана величина повинна бути більше одиниці і вона є найважливішим економічним параметром.
Різноманітність умов, що впливають на розвиток енергетики, нерівномірність їх розподілу по земній кулі, показує складність проблеми прогнозування потреб в енергетичних ресурсах на далеку перспективу. Перерахуємо фактори, які покладені в основу прогнозів, зроблених в кінці 70-х років. Вони найбільш чітко викладені в геометричній прогресії і за останнє п’ятнадцятиріччя приріст становить 5% на рік. Це найбільш високий показник зростання в світовому народному господарстві, і всюди капіталовкладення в енергетику є домінуючими. Однак наступні роки привели до зміни цієї точки зору. Основний урок, який може бути зроблений з аналізу процесів, характерних для попередніх десятиліть, – це марнотратство, з якою веде людство своє енергетичне господарство, і йому слід з великою повагою ставитися до “еволюційному досвіду” природи.
Таким чином, енергосистеми асоціюються з цілою низкою проблем, такими як зменшення запасів ресурсів, забруднення навколишнього середовища. Для того, щоб виконати міжнародні угоди зі сталого розвитку (Повістка на XXI століття) і охорони навколишнього середовища, необхідно, щоб енергетичні проблеми стали більш збалансованими. Головною умовою цього є збільшення ефективності використання енергії у всіх секторах суспільства. Сьогодні існує багато технічних і організаційних можливостей, реалізувавши які, можна забезпечити основні і неосновні потреби, використовуючи значно менший, порівняно зі справжнім кількість енергії. Необхідно використовувати нетрадиційні джерела енергії.
Проблеми енергетики служать предметом обговорень на міжнародному рівні. Є міжнародні організації: МАЕ – Міжнародне агентство з енергії, ВСЕ – Всесвітня рада по енергії.
(1 votes, average: 5.00 out of 5)