Что относится к традиционным источникам энергии

Традиционные и нетрадиционные источники энергии

Традиционные и нетрадиционные источники электрической энергии

Широкое практическое использование электроэнергии в сравнении с другими видами энергии объясняется относительной легкостью ее получения и возможностью передачи на большие расстояния.

Тепловые электростанции (ТЭС) вырабатывают электроэнергию в результате преобразования тепловой энергии, которая выделяется при сжигании органического топлива (угля, нефти, газа). Невосполнимость этих природных ресурсов заставляет задуматься о рациональном их применении и замене более дешевыми способами получения электроэнергии.
Гидроэлектростанция (ГЭС) — комплекс сооружений и оборудования, посредством которых энергия потока воды преобразуется в электрическую энергию. При их сооружении также наносится вред окружающей среде: перегораживаются реки, меняется их русло, затопляются долины рек.
Важнейшая особенность гидротехнических ресурсов в сравнении с топливно-энергетическими — их непрерывная возобновляемость.
Атомная электростанция (АЭС) — электростанция, в которой атомная (ядерная) энергия используется для получения электрической. Генератором энергии здесь является атомный реактор. Тепло, выделяемое в нем в результате цепной реакции деления ядер некоторых тяжелых элементов, преобразуется в электроэнергию. АЭС работают на ядерном горючем (уран, плутоний и др.), мировые запасы которого значительно превышают запасы органического топлива.

Нетрадиционные источники электрической энергии, где невосполняемые энергоресурсы практически не тратятся:
ветроэнергетика,
приливная энергетика,
солнечная энергетика.

Ветроэнергетическая установка способна превращать энергию ветра в электроэнергию. Запасы ветровой энергии на территории нашей страны огромны, так как во многих районах среднегодовая скорость ветра составляет б м/с. Устройство ветроэнергетической установки достаточно простое: вал ветряного колеса, способного вращаться под действием ветра, передает вращение ротору генератора электрической энергии. Стоимость производства электроэнергии на ветровых электростанциях ниже, чем на любых других. Кроме того, ветроэнергетика экономит богатства недр. Недостатки ветроэнергетических установок — низкий коэффициент полезного действия, небольшая мощность. Они применяются там, где нет стабильного обеспечения электроэнергией — на нефтяных разработках, горных пастбищах, в пустынях и т. п.
Приливная энергетика использует для производства электроэнергии энергию прилива и отлива Мирового океана. Два раза в сутки уровень океана то поднимается, то опускается. Это происходит под действием гравитационных сил Солнца и Луны, которые притягивают к себе массы океанской воды. У берега моря разности уровней воды во время прилива и отлива могут достигать более 10 м. Если в заливе на берегу моря в устье реки сделать плотину, то в таком водохранилище во время прилива можно создать запас воды, которая при отливе будет спускаться в море и вращать гидротурбины. В нашей стране уже созданы и работают приливные электростанции. Основными недостатками такого способа производства электроэнергии являются неравномерность выработки электроэнергии
во времени и необходимость сооружения дорогостоящих плотин и резервуаров для воды.
Гелиоэнергетика (энергия Солнца). Во второй половине XX в. в связи с бурным развитием космонавтики начали разрабатывать проблему гелиоэнергетики — преобразование солнечного излучения в электрическую энергию. В настоящее время получение электроэнергии от гелиоустановок осуществляется с помощью солнечных батарей. Основу таких батарей составляют фотоэлементы — кристаллы кремния, покрытые тончайшим, прозрачным для света слоем металла. Поток фотонов — частиц света, проходя сквозь слой металла, выбивает электроны из кристалла. Электроны при этом начинают концентрироваться в слое металла, поэтому между слоем металла и кристаллом возникает разность потенциалов. Если тысячи таких фотоэлементов соединить параллельно, то получается солнечная батарея, способная питать электроэнергией электронную аппаратуру на космических кораблях, спутниках. В южных районах, где много солнечных дней в году, размещение на крышах домов солнечных батарей может частично обеспечить потребность в необходимой электроэнергии. Такие батареи используют и для питания электронных часов, калькуляторов и других устройств.
МГД-генераторы. Основу современной электроэнергетики, как было уже отмечено, составляют теплоэлектростанции и гидроэлектростанции, в которых очень велики потери при преобразовании тепловой энергии (от сжигания топлива на ТЭС) или механической энергии (на ГЭС) в электрическую. Техническим устройством, в котором таких потерь практически нет, является магнитогидродинамический генератор (МГД-генератор). Его действие основано на явлении электромагнитной индукции: в проводнике, движущемся в магнитном поле, возникает электрический ток. В МГД-генераторе происходит преобразование энергии, движущейся в магнитном поле плазмы, — раскаленного до очень высокой температуры газа — непосредственно в электроэнергию. Электрический ток, образованный свободными электронами и положительными ионами, возникает непосредственно в плазме и отдается во внешнюю цепь. Основная техническая проблема при создании МГД-генерато-ров — получение высоких температур (несколько тысяч градусов), необходимых для образования плазмы — газообразной смеси из свободных электронов, положительных ионов и нейтральных атомов.

Традиционные источники энергии

Открытие в древности огня и появившаяся возможность сжигания древесины впервые сделали доступным использование для человечества большого количества энергии. Позже (4000 – 3500 лет до н.э.), с появлением первых парусных судов и ветряных мельниц, а также с началом использования энергии воды в водяных мельницах и для систем ирригации, культурное развитие человечества ускорилось. В течение нескольких тысяч лет потребности человечества в энергии удовлетворялись только за счет возобновляемых источников энергии – Солнца, биомассы, гидроэнергии и энергии ветра. Так продолжалось до начала индустриальной революции и возникновения возможности преобразовывать тепловую энергию в механическую, увеличившей потребление энергии и ускорившей индустриальное развитие.

Индустриальная революция была революцией энергетической технологии, основанной на использовании ископаемого топлива. Процесс был постепенным: от использования местных угольных месторождений к эксплуатации нефти и месторождений природного газа в глобальном масштабе. Использование ядерной энергии началось около 50 лет тому назад.

Энергию, которую мы используем сегодня, получают, в основном, из ископаемых видов топлива (газ, нефть, уголь, древесин, уран и т.д.).Все эти виды топлива созданы в течение миллионов лет в процессе распада растений и животных. Месторасположение этих ресурсов – недра Земли. Под воздействием высокой температуры и давления процесс образования ископаемых видов топлива продолжается и сегодня, однако их использование происходит намного быстрее, чем образование. По этой причине ископаемые виды топлива считаются не возобновляемыми, поскольку их ресурсы могут исчерпаться в недалеком будущем.

Уголь обеспечивает около 35% вырабатываемой в мире энергии. Он стал применяться раньше других видов ископаемого топлива. Большая часть залежей угля образовалась в каменноугольный период (286-360 млн. лет назад).

Важнейшим элементом в составе каменного угля является углерод. Древнейшие и самые твердые породы угля антрациты содержат около 98% углерода, лигниты (возраст которых не превышает 1 млн. лет) лишь 30%.

Мировые запасы каменного угля огромны. По последним оценкам, промышленные запасы составляют около 910 млрд. тонн, а если сюда добавить залежи угля, разработка которых экономически невыгодна, то эта цифра возрастет примерно до 1800 млрд. тонн. При нынешних темпах потребления этих запасов хватит на 200 с лишним лет. Применение угля в современном мире многообразно. По данным Международного института угля, его доля, как первичного энергоносителя, в мировой энергетике составляет 25% (это второе место после нефти). В недрах России сосредоточена треть мировых ресурсов угля(173 млрд. т). Около 85% залежей каменного угля сосредоточены в Китае, бывшем Советском Союзе и США. Причем в США находится 30-35% его мировых запасов.

Нефть обеспечивает около 40% вырабатываемой в мире энергии. Она образовалась много миллионов лет назад в результате разложения планктона крошечных морских животных и растений. Нефть и природный газ называют углеводородами, так как они состоят из двух элементов водорода и углерода. Нефть самый важный и наиболее удобный из современных видов топлива. Такие нефтепродукты, как бензин и дизельное топливо, используются для легковых и грузовых автомобилей и тепловозов. Это вещество широко применяется в промышленности, сельском хозяйстве, а также как важное сырье для производства красок, косметики, лекарств, красителей, удобрений, волокон, пластмасс и синтетического каучука. Многие жилые и промышленные здания обогреваются мазутными котлами. Запасы и добыча нефти измеряются в баррелях (1 баррель = 159 л).

В трех регионах мира на Ближнем Востоке, в Африке и Латинской Америке добыча нефти превышает ее потребление. Крупнейшими потребителями являются США, Канада, Япония и Европа.В 1990-е гг. суточный расход нефти в США и Канаде составлял около 13 млн. баррелей, а добыча примерно 8 млн. баррелей. Все европейские страны, включая бывший Советский Союз, потребляли еще 22 млн. баррелей в день. Мировая добыча нефти составляла около 61 млн. баррелей в сутки, из них 11 млн. баррелей добывали в бывшем СССР.

Такая разница между добычей и потреблением нефти чревата конфликтными политическими ситуациями. Когда в 1990 г. Ирак вторгся в Кувейт, угрожая при этом нефтяным месторождениям Саудовской Аравии, крупнейшие потребители нефти вмешались в конфликт, чтобы защитить свои собственные интересы, а также интересы Кувейта, Саудовской Аравии и других стран Персидского залива.

Природный газ — смесь газов, образовавшаяся в недрах земли при анаэробном разложении органических веществ. Природный газ обеспечивает около 20% вырабатываемой в мире энергии. Он образовался так же, как и нефть, и обычно его добыча ведется параллельно с добычей нефти с одного и того же месторождения. Природный газ состоит в основном из метана. Считается, что мировые запасы природного газа примерно такие же, как и нефти, но измеряются они в других единицах кубических метрах, а не баррелях. Природный газ относится к полезным ископаемым.

Огромными запасами природного газа обладает Россия (Уренгойское месторождение), США, Канада. Из других европейских стран стоит отметить Норвегию, но её запасы невелики. Среди бывших республик Советского Союза большими запасами газа владеет Туркмения, а также Казахстан. На территории России расположено 24 хранилища природного газа. Протяжённость магистральных газопроводов России составляет 155 тыс. км. Газ обеспечивает выработку 50% электроэнергии в стране. В настоящее время 70%-75% газа используется на внутреннем рынке.

Там, где испытывается недостаток природного газа, используется искусственный газ. Основным сырьем для его получения служит каменный уголь, при обжиге которого образуется газ и кокс.

С момента создания атомной бомбы в 1945 г. большие надежды связывали с использованием атомных электростанций (АЭС) для обеспечения основной доли мировых потребностей в энергии. На начало 1990-х гг. 435 действующих АЭС вырабатывали около 1% производимой в мире энергии.

В ядерном реакторе тепло получают при расщеплении атома радиоактивного элемента, известного как уран-235. Выделяемое в ходе ядерной реакции тепло используется для производства пара, вращающего турбины для выработки электроэнергии.

Изотоп U-235 составляет лишь 0,7% всех запасов урана. Более 99% это уран-238. Запасы U-235, как и ископаемого топлива, не беспредельны. Однако с помощью так называемого реактора-размножителя из U-238 можно получать другой радиоактивный элемент плутоний-239. Если реакторы-размножители получат распространение, мировых запасов урана хватит на тысячи лет.

Атомная энергия имеет ряд преимуществ. Она обеспечивает экономный расход топлива: одна тонна U-235 дает больше энергии, чем 12 млн. баррелей нефти. Это чистый, не загрязняющий атмосферу вид энергии.

Но есть и недостатки. Строительство АЭС обходится дорого. При их эксплуатации образуются опасные радиоактивные отходы. А в результате ядерной аварии, подобной той, что произошла на Чернобыльской АЭС в Украине в 1986 г., могут быть заражены огромные территории, что вызовет серьезные заболевания и даже смерть людей. После чернобыльской катастрофы некоторые страны решили закрыть свои АЭС.

Проблемы использования традиционного ископаемого топлива в энергетике

Ископаемые виды топлива – это ценные естественные источники энергии, для создания которых потребовались миллионы лет и запасы которых в настоящее время близки к исчерпанию. Кроме того, эти виды топлива еще социально и экологически опасны.

Беспокойство обо всем этом было высказано еще 30 лет назад в, оказавшей огромное влияние, книге “Пределы роста” (“Limits to Growth”) под руководством Денниса Медоуза.

Проблемы развития традиционных источников Энергии:

  • * Масштаб добычи и расходования энергоресурсов, металлов, воды и воздуха для производства необходимого человечеству количества энергии огромен, а запасы ресурсов стремительно сокращаются.
  • * Особенно остро стоит проблема быстрого исчерпания запасов органических природных энергоресурсов.
  • * Другая важная проблема современного индустриального общества – обеспечение сохранности природы, чистоты воды и воздуха.

Традиционные виды энергии

К традиционным видам энергии относят невозобновляемые источники энергии, которые использовались преимущественно в прошлом. Эти источники энергии со временем были заменены более выгодными и возобновляемыми и на данный момент, используются как второстепенные. Традиционные виды энергии сыграли важную роль в истории становления энергоресурсов и топливо, но отживают свое.

1. Сено, как традиционный вид топлива

1. Дрова

Дрова – это древесина в необработанном виде, используемая в качестве топлива.

Учет древесины как топлива ведут с учетом данных о производстве включая ту часть древесины, которая идет на производство древесного угля, причем для пересчета используют коэффициент 6 при переходе от весовой основы к объемному эквиваленту (от метрических тонн к кубическим метрам) древесного угля.

Рис. 2. Фото необработанной древесины

Объем тепла, выделяемый при сгорании дров, зависит от породы дерева и влажности древесины. Влажность снижает теплотворность дров, так как испаряемая вода уносит часть тепловой энергии. Потери от влажности незначительно зависят от начальной температуры дров (точнее, воды в них) и принимаются равными 0,63 кВт*ч на килограмм воды.

Рис. 3. Горящая древесина

Абсолютно сухие дрова лиственных пород выдают около 5 кВт·ч тепла на килограмм дров. Абсолютно сухие дрова хвойных пород дают около 5,2 кВт·ч тепла на килограмм дров, в связи с химическим отличием их древесины. В реальных условиях добиться идеальной сухости невозможно.

Одной из примечательных особенностей древесины является удивительная стабильность ее элементарного состава горючей массы. Поэтому удельная теплота сгорания различных пород древесины практически не отличается. Элементарный состав горючей массы стволовой древесины практически одинаков для всех пород. Как правило, варьирование содержания отдельных компонентов горючей массы стволовой древесины находится в пределах погрешности технических измерений.

Теплотой сгорания биомассы называется количество тепла, выделяемое при сгорании 1 кг вещества. Различают высшую и низшую теплоту сгорания.

Высшая теплота сгорания – это количество тепла, выделившееся при сгорании 1 кг биомассы при полной конденсации всех паров воды, образовавшихся при горении, с отдачей ими тепла, израсходованного на их испарение (так называемой скрытой теплоты парообразования).

Низшая теплота сгорания (НТС) – количество тепла, выделившееся при сгорании 1 кг биомассы, без учета тепла, израсходованного на испарение влаги, образовавшейся при сгорании этого топлива.

Как известно одним из основных показателей топлив является их сернистость. Дрова отличаются тем, что имеют очень малые концентрации серы и фосфора, и можно говорить о том, что ими пренебрегают. Как известно, основные потери тепла в любом котлоагрегате является потери тепла с уходящими газами q2. Величина этих потерь определяется температурой отходящих газов. Для избегания серно-кислотной коррозии хвостовых поверхностей нагрева эту температуру при сжигании топлив, содержащих серу, поддерживают не ниже 200-250 °С. При сжигании же древесных отходов, не содержащих серу, эта температура может быть понижена до 100-120 °С, что существенно повышает КПД котлоагрегатов.

2. Древесный уголь

Древесный уголь – это микропористый высокоуглеродистый продукт, образующийся при пиролизе древесины без доступа воздуха. Применяется в производстве кристаллического кремния, сероуглерода, черных и цветных металлов, активированного угля и т. д., а также как бытовое топливо (удельная теплота сгорания 31,5-34 МДж/кг). Древесный уголь классифицирован в системе стандартов – ГОСТ 7657-84 «Уголь древесный».

Рис. 4. Древесный уголь

В России древесный уголь производили издревле. Родиной промышленного производства древесного угля следует считать Урал. Демидовское чугунно-литейное производство поднялось именно на древесном угле. Все знаменитые решетки и другие виды чугунного литья, украшавшие Петербург, были сделаны на Урале. Возврат к кучному углежжению имел место в первые годы Советской власти на фоне развала промышленности. Затем были построены крупные углевыжигательные заводы (Аша, Сява, Амзя, Молома, Верхняя Синячиха), которые обеспечивали относительно экологически чистое производство угля.

Одновременно, особенно на Северном Урале, продолжали работать разные модификации простейших кирпичных печей.

Рис. 5. Древесный уголь (частично тлеющий)

Новый виток с появлением многочисленных вариантов экологически грязных металлических печей пришелся на постперестроечный период. Ослабление санитарного контроля, хищнические бесконтрольные вырубки стали основой развития кустарного углежжения в железных «бочках» с пристроенными топками разной конфигурации. В условиях бесконтрольности это дело стало привлекательным, и им занялось множество предприимчивых, но безграмотных людей. Некачественный уголь производился с низким выходом, но пользовался спросом.

В первом десятилетии XXI века наступил новый этап. Были построены несколько крупных предприятий по производству кристаллического кремния. Каждому из них нужно на несколько порядков больше угля, чем производят кустарные установки. Их требования к качеству угля высоки и определяются регламентами их производства. Потребности таких производств могут быть удовлетворены только за счет грамотно организованного, достаточно крупного и экологически чистого производства. Такие углевыжигательные производства уже работают в ряде регионов России, и строятся новые.

Существует несколько серьезных направлений промышленного потребления древесного угля. Быстро растет производство кремния. Особо чистый кремний для электроники можно сделать, только используя в качестве восстановителя древесный уголь. Так что в перспективе спрос на активированный уголь будет только расти. Он необходим для очистки ряда пищевых продуктов и алкогольных напитков, но наибольший рост спроса можно ожидать в направлении подготовки питьевой воды. Некогда в России большое количество древесного угля расходовалось для варки высококачественного ковкого чугуна. На древесном угле работали все Демидовские заводы Урала. Благодаря его пластичности, он применялся там, где необходимо было точное литье. На Всемирной выставке в Париже в 1900 году в центре всеобщего внимания был русский павильон из ажурного чугуна, отлитый на заводе в Касли. Из такого же чугуна отлиты все знаменитые решетки Петербурга и других городов. В 18-19 веках Россия поставляла высококачественный чугун в другие страны. До сих пор заводы в Касли и Кусе воспроизводят изящные художественные изделия, отливаемые по моделям конца 19, начала 20 века.

Сегодня в роли главного производителя серого чугуна, выплавляемого на древесном угле выступает Бразилия, экспортирующая большое количество такого чугуна по всему миру. В СССР промышленность с древесного угля перешла на более дешевый и доступный каменноугольный кокс.

В Японии древесный уголь далеко не только топливо. С учетом способности угля поглощать вредные положительные ионы (образующиеся при жизнедеятельности и при работе некоторых видов аппаратуры) и выделять полезные отрицательные ионы, создана большая коллекция разнообразных товаров, прочно вошедших в быт японцев, но незнакомых нам. Это и шампуни и разновидности мыла, и специальная бумага с закрепленной на ней угольной пылью для заворачивания продуктов, и экраны между рабочими столами, защищающие в офисах соседей от взаимных вредных излучений, и многое другое. Особую роль играют японские печи «хибаци». Это горшок из керамики или другого материала с небольшим поддувалом сбоку и вкладываемым колосником. Используется свойство древесного угля – отсутствие в дыме при горении и тлении вредных выбросов, в частности угарного газа. Потому, такой горшок можно внести без опаски в помещение для приготовления или подогрева пищи. Небольшое помещение, например, палатку, им удобно обогреть летний домик.

3. Жом сахарного тростника

Жом сахарного тростника – это целлюлозный остаток, остающийся после извлечения сахара из сахарного тростника. Он часто используется в качестве топлива в сахарной промышленности.

Рис. 6. Резервуары с жомом сахарного тростника

4. Отходы растительного происхождения

Отходы растительного происхождения – это в основном пожнивные остатки (солома зерновых культур, таких как кукуруза, рис, пшеница–сырец и т.д.) и отходы переработки сельскохозяйственной продукции (скорлупа кокосовых орехов, рисовая шелуха, арахисовая шелуха и т.д.), используемые в качестве топлива. Жом сахарного тростника не входит в эту категорию.

Рис. 7. Солома зерновых культур

Рис. 8. Скорлупа кокосовых орехов

Рис. 9. Рисовая шелуха

5. Отходы животного происхождения

К отходам животного происхождения относятся навоз и другие несушеные выделения крупного рогатого скота, лошадей, свиней, домашней птицы и т. д. Они могут быть высушены и использованы непосредственно в качестве топлива илипереработаны в метан с использованием методов ферментации и разложения.

Рис. 10. Пластиковые бутылки из отходов животного происхождения

Виды источников энергии и их использование

Люди используют различные виды энергии для всего, от собственных движений до отправки космонавтов в космос.

Существует два типа энергии:

  • способность совершить (потенциальная)
  • собственно работа (кинетическая)

Поставляется в различных формах:

  • тепла (тепловая)
  • свет (лучистая)
  • движение (кинетическая)
  • электрическая
  • химическая
  • ядерная энергия
  • гравитационная

Например пища, которую человек ест содержит химическую и тело человека хранит её пока он или она израсходует как кинетическую во время работы или жизни.

Классификация видов энергии

Люди используют ресурсы разных видов: электричество в своих домах, добываемое путем сжигания угля, ядерной реакции или ГЭС на реке. Таким образом, уголь, ядерная и гидро называются источником. Когда люди заполняют топливный бак бензином источником может быть нефть или даже выращивание и переработка зерна.

Источники энергии делятся на две группы:

  • Возобновляемые
  • Невозобновляемые

Возобновляемые и невозобновляемые источники можно использовать в качестве первичных для получения пользы, такого как тепло или использовать для производства вторичных энергетических источников, таких, как электричество.

Возобновляемые

Есть пять основных возобновляемых источников энергии:

  • Солнечная
  • Геотермальное тепло внутри Земли
  • Энергия ветра
  • Биомасса из растений
  • Гидроэнергетика из проточной воды

Биомасса, которая включает древесину, биотопливо и отходы биомассы, является крупнейшим источником возобновляемой энергии, на которую приходится около половины всех возобновляемых и около 5% от общего объема потребления.

Невозобновляемые

Большая часть ресурсов, потребляемых в настоящее время из невозобновляемых источников:

  • Нефтепродукты
  • Углеводородный сжиженный газ
  • Природный газ
  • Уголь
  • Ядерная энергия

На невозобновляемые виды энергии приходится около 90% всех используемых ресурсов.

Сырая нефть, природный газ и уголь представляют ископаемые виды топлива, поскольку они были сформированы в течение миллионов лет под действием Солнца, тепла от ядра земли и давления почвы на остатки (или окаменелости) из отмерших растений и существ как микроскопическая диатомия. Большинство нефтяных продуктов, потребляемых в мире изготовлены из сырой нефти, но нефтяные жидкости также могут быть сделаны из природного газа и угля.

Ядерная энергетика работает больше на уране, источнике невозобновляемого топлива, чьи атомы делятся (с помощью процесса, называемого ядерным делением) для создания тепла и, в конечном счете, электричества.

Основными пользователями этих запасов являются жилые и коммерческие здания, промышленность, транспорт и электроэнергетика. Характер использования топлива широко варьируется в зависимости от системы применения. Например, нефть обеспечивает 92% топлива, используемого для транспортировки, но обеспечивает лишь около 1% ресурсов, используемых для выработки электроэнергии. Понимание взаимосвязей между различными видами энергии и её использование дает представление о многих важных вопросах энергетики.

Первичная энергия

Первичная энергия как вид включает в себя нефть, природный газ, уголь, ядерная энергия и возобновляемые источники энергии.

Электричество является вторичным источником, который создается с помощью этих первичных форм. Например, уголь является первичным источником, который сжигается на электростанциях для выработки электроэнергии, которая является вторичным источником.

Первичные виды энергии обычно измеряются в различных единицах, например, баррелях нефти, кубометрах газа, тоннах угля. Также используется общая единица измерения британская тепловая единица, или БТЕ, для измерения содержания для каждого типа.

  • Измерение

1 Вт = 859.8 кал/час

1 Вт = 3.412 BTU/час

BTU – британская тепловая единица (БТЕ) Россия потребляет квадриллионы БТЕ.

В терминах физических величин, один квадриллион составляет примерно 172 миллиона баррелей нефти, 51 млн. тонн угля или 1 трлн. куб. м газа.

На нефть приходится наибольшая доля в потреблении первичной энергии, затем природный газ, уголь, атомные электростанции и возобновляемые источники энергии (включая гидроэнергию, ветра, биомассы, геотермальные, солнечные).

Как распределяются виды энергии в каждой системе

Различные виды энергии используются в жилых и коммерческих зданиях, на транспорте, в промышленности и электроэнергетике. Электроэнергетическая система является крупнейшим потребителем первичной и используется для выработки электроэнергии. Почти вся электроэнергия используется в зданиях и промышленности. Общее количество электроэнергетической системы, используемой в жилых и коммерческих зданиях, промышленности и транспорте огромное.

Смесь первичных источников широко варьируется в различных системах спроса. Энергетическая политика, призванная повлиять на использование конкретного основного источника с целью повлиять на окружающую среду, экономическую или энергетическую безопасность сосредоточивается на системах, которые являются основными пользователями этого типа энергии. Например, 71% нефти используется в транспортной системе, где она потребляет 92% от общего объема первичного энергопотребления.

Политика по сокращению потребления нефти чаще всего относится к транспортной системе. Эта политика обычно стремится увеличить эффективность автомобильного топлива или поощрять развитие альтернативных видов топлива.

Около 91% угля и только 1% из нефти, используется для выработки электроэнергии, что выявляет стратегию, влияющую на выработку электроэнергии, и имеет гораздо большее значение на использование угля, чем использование нефти.

Некоторые первичные виды энергии, такие как ядерная и угольная, полностью или преимущественно используются для добычи электричества. Другие, такие как природный газ и возобновляемые источники, более равномерно распределены по системам. Аналогичным образом сейчас транспорт почти полностью зависит от одного вида топлива (нефтяного).

Однако электроэнергетика с внедрением новых технологий больше использует различные источники энергии для выработки электричества. Например, идут практические реализации для получения электричества из биомассы.

Изменяется ли потребление топлива с течением времени

Источники потребляемой энергии с течением времени меняются, но изменения происходят медленно. Например, уголь когда-то широко использовался в качестве топлива для отопления домов и коммерческих зданий, однако конкретное использование угля для этих целей сократилось за последние полвека.

Хотя доля возобновляемого топлива от общего потребления первичной энергии еще относительно невелика, его использование растет во всех отраслях. Кроме того, использование природного газа в электроэнергетике возросло в последние годы из-за низких цен на природный газ, в то время как использование угля в этой системе сократилось.

Виды источников энергии и их влияние на окружающую среду

Энергия – это то, без чего невозможно существование не только человека, но и всего живого на земле. Поэтому вопросы, связанные с использованием различных источников энергии и их воздействия на окружающую среду будут стоять перед человечеством всегда. И если вопрос возобновляемости таких источников рано или поздно будет решен, то проблемы влияния на экологию планеты создаваемых людьми энергетических систем, будь то гидроэлектростанции, атомная энергетика или солнечные батареи вряд ли когда-нибудь потеряют свою актуальность.

Основные виды энергии, необходимой для жизни на планете и деятельности человека

Существуют разные классификации видов энергии. Одна из них – по форме, в которой она поступает на службу человеку. При этом количество энергии – величина постоянная. Происходит лишь перетекание её из одной формы в другую при помощи разного типа энергоносителей в ходе различных химических и физических процессов. Основными видами энергии на земле являются:

  • химическая;
  • лучистая (энергия света);
  • тепловая;
  • гравитационная;
  • кинетическая;
  • электрическая;
  • ядерная.

Каждый из известных источников энергии даёт возможность получать как один, так и несколько её видов одновременно. Например, солнце – источник тепла, света и целого спектра других видов излучения. При этом солнечная батарея производит электрическую энергию, которая затем снова трансформируется в свет и тепло. Все виды энергии тесно связаны между собой.

Типы энергии ещё принято делить на:

  • потенциальную (например, любое тело на земле, даже находясь в покое, обладает потенциальной энергией, источником которой является земная гравитация);
  • кинетическую (то есть, связанную с любым видом движения).

Энергия также может являться:

  • первичной (непосредственно исходящей от источника, например, солнечный свет, тепло);
  • вторичной (возникающей в процессе преобразования первичной энергии, например, электрическая).

Следует заметить, что преобразование одного вида энергии в другой не является изобретением человека. Такие процессы присутствовали в природе всегда, они лежат в основе существования всего живого и самой планеты. Человек лишь сумел изучить законы, по которым они развиваются, и попытался поставить их себе на службу.

Так, например, химическая энергия, возникающая в процессе потребления людьми растительной или животной пищи, в процессе обмена веществ преобразуется в тепловую, поддерживающую температуру его организма, и кинетическую, дающую возможность работать его органам, а телу двигаться, снова отдавая энергию природе в виде тепла и химических процессов.

Такое перетекание энергии происходит постоянно, и до определённой поры человек не имел возможности вмешаться в этот процесс. Всё изменилось, когда он научился сознательно использовать её источники. Например, использование энергии пара стало величайшим открытием человечества перед изобретением электричества и совершило техническую революцию в XIX веке. Тепловая энергия горящего дерева, угля или нефтепродуктов, нагревая котёл с водой, преобразовывалась в кинетическую энергию пара, приводящего в движение промышленные станки, двигатели паровозов и пароходов. Началась эра активного воздействия человека на окружающую среду, но к чему это может привести, стало понятно далеко не сразу.

Основные виды источников энергии

Таких видов существует несколько и, возможно, в ходе технического прогресса к ним добавятся новые. Их классификации могут иметь в своей основе разные принципы. Наиболее глобальным из таких принципов является конечность источника либо способность его к возобновлению. На этой основе все они делятся на две большие группы:

  • возобновляемые;
  • невозобновляемые.

К возобновляемым источникам принято относить:

  • Солнце;
  • воздух (ветер);
  • воду;
  • гравитацию;
  • геотермальные источники (вулканы, гейзеры и другие, основанные на термических процессах внутри Земли);
  • биосфера планеты (как источник биологической массы растений).

Строго говоря, практически все перечисленные источники правильнее было бы назвать условно-возобновляемыми, так как не существует ничего вечного. Ядерные процессы, идущие на Солнце и в недрах Земли, которые сегодня являются мощнейшим источником энергии, безусловно конечны. Движение воды и воздуха возможно лишь при наличии таковых. О возобновляемости биомассы растений и говорить не приходится. Однако в обозримом будущем при отсутствии глобальных катастроф данные источники действительно представляются неистощимыми. По крайней мере, в результате деятельности человека.

С невозобновляемыми источниками дело обстоит совсем иначе. Их истощение в процессе эксплуатации людьми происходит на наших глазах. Основные их виды:

  • дерево;
  • уголь;
  • нефть;
  • газ;
  • химические элементы, являющиеся источником радиоактивного излучения.

Использование дерева давно перестало быть актуальным ввиду катастрофического оскудения его запасов. Уничтожение лесов, наверное, самый первый значимый ущерб, который был нанесён природе энергетической деятельностью человека. Ещё в XX веке стало понятно, что истощение запасов нефти, газа и угля – перспектива не только реальная, но и достаточно близкая. Некоторые учёные уже пытаются точно рассчитать, когда это произойдёт. В качестве реального источника энергии в обозримом будущем остаются процессы ядерного распада, лежащие в основе атомной энергетики, где источникам в ближайшее время истощение не грозит. К сожалению, современный уровень развития технологий и достижения ядерной физики пока не могут гарантировать полную безопасность подобных процессов.

Именно системный кризис энергетики, а также сложная экологическая обстановка заставляют сегодня человечество всё чаще задумываться о возвращении к возобновляемым природным источникам.

Влияние на окружающую среду

Вторжение человека в природную энергетическую и экологическую системы планеты не может не отражаться на состоянии окружающей среды. Где-то такое воздействие почти незаметно, но где-то оно носит катастрофический характер. Принято считать, что практически все возобновляемые источники энергии являются экологически безопасными. Это не совсем верно. Да, большинство из них действительно не наносят вреда окружающей среде, и в этом их огромное преимущество. Многие учёные считают, что само выживание человечества будет зависеть от того, сумеет ли оно полностью заменить ими виды, наносящие вред экологии.

Солнце, воздух, гравитация и тепловая энергия Земли действительно являются «чистыми» источниками энергии, использование которых абсолютно безопасно для окружающей среды. Однако практически все они в настоящее время имеют слишком низкий КПД для того, чтобы полностью заменить собой экологически «вредные» источники. Большое будущее пророчат солнечным электростанциям после того как люди научатся более эффективно преобразовывать энергию звезды в электрическую на любых широтах и при любой погоде. Надо отметить, что положительные сдвиги в этом направлении наблюдаются уже сейчас. Солнечные панели, бывшие очень дорогими эксклюзивными установками для научных и государственных нужд, уже стали доступны для рядового потребителя, всё чаще выбирающего данный вариант электроснабжения для своего дома.

К сожалению, всё сказанное о возобновляемых источниках не относится к гидроэлектростанциям и установкам, работающим на биологическом топливе. Влияние последних пока недостаточно изучено, однако не вызывает сомнений, что любое вторжение человека в структуру биосферы, нарушающее биобаланс в природе, может иметь самые печальные последствия. С последствиями же использования рек для строительства гидроэлектростанций человечество знакомо достаточно хорошо.

Всплеск популярности данного вида электростанций относится к первой половине XX века. Тогда казалось, что вращающая турбины вода из естественного источника (перекрытой шлюзами и, как правило, сильно изменившей русло реки) является оптимальным вариантом экологически чистого и практически вечного источника энергии. То, что при таком вольном обращении с реками разрушается экосистема целых регионов, лежащих вверх и вниз по течению, люди заметили не сразу. Тревогу забили, когда в результате обезвоживания или, наоборот, заболачивания огромных территорий началась массовая гибель сначала рыбы, затем – животных и птиц, выветривание почв из-за потери лесов, истощение сельскохозяйственных земель из-за недостатка воды в засушливых районах и многое другое. Сегодня к строительству гидросооружений подходят с гораздо большей осторожностью, стараясь грубо не нарушать сложившуюся экосистему рек. Однако полностью избежать неблагоприятных воздействий очень трудно.

Но все остальные опасности блекнут на фоне того, что происходит с окружающей средой в результате эксплуатации тепловых электростанций. Основанные на энергии, получаемой в результате сжигания того или иного вида топлива, они по сей день представляют собой главный источник электроэнергии на планете. Они действительно эффективны и неприхотливы в использовании, могут работать на нефтепродуктах, газе, угле и любых других горючих материалах, что позволяет вырабатывать максимально дешевое электричество. Однако вред, наносимый теплоэлектростанциями окружающей среде, не сопоставим с причиняемым всеми остальными их видами вместе взятыми.

Безусловно, свою долю в загрязнение вносит также применение перечисленных энергоносителей и продуктов их переработки в других областях, прежде всего на транспорте и в промышленности. Сжигание угля, нефти, газа и других видов топлива, независимо от сферы их применения, кроме прямого загрязнения атмосферы, почвы и воды, приводит к колоссальным выбросам углекислого газа, которые, по мнению специалистов, являются главной причиной так называемого парникового эффекта. В более долгосрочной перспективе запускаемые ими процессы ведут к катастрофическим изменениям климата на планете со всеми вытекающими из этого последствиями.

На атомные электростанции многие сегодня возлагают большие надежды. При правильной работе они эффективны, безопасны для людей и окружающей среды, дают относительно недорогую электроэнергию. Если учёным удастся полностью взять под контроль процесс распада атомного ядра и поставить его на службу людям, человечество будет обеспечено чистым, доступным и дешевым источником энергии на много веков вперёд. К сожалению, пока огромным минусом данного вида электростанций являются катастрофические неподвластные человеку последствия, которые может повлечь за собой любая их авария.

Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Добавить комментарий