resurse energetice

Resursele de energie. De-a lungul mileniilor, principalele tipuri de energie utilizate de om au fost energia chimică a lemnului, energia potențială a apei în barajele, energia cinetică a vântului și energia radiantă a soarelui. Dar, în secolul al 19-lea. Principalele surse de energie au devenit combustibili fosili: cărbune, petrol și gaze naturale.

Datorită creșterii rapide a consumului de energie sunt cu multe probleme și a ridicat problema surselor de energie viitoare. Au fost înregistrate progrese în domeniul eficienței energetice. Recent, căutate la forme mai curate de energie, cum ar fi energia solară, geotermală, energia eoliană și energia de fuziune nucleară.

Consumul de energie a fost întotdeauna direct legate de starea economiei. Creșterea în produsul național brut (PNB) a fost însoțită de o creștere a consumului de energie. Totuși intensitatea energetică PNB (raportul dintre energia utilizată la PNB) în țările industrializate, este în continuă scădere, și în curs de dezvoltare # 150; crește.

Există trei tipuri principale de combustibili fosili: cărbune, petrol și gaze naturale. Valorile exemplare ale valorii calorice a combustibililor, precum și explorate și industriale (de exemplu, permițând dezvoltarea viabilă economic, atunci când arta) ulei sunt prezentate în Tabelul. 1 și 2.

Tabel 1. COMBUSTIBILI FOSILI caloricitatea

rezervele de cărbune. rezervele de cărbune estimează mai ușor (vezi. Tabelul. 3). Trei sferturi din depozitele din lume, componente ale unei evaluări aproximativă de 10 trilioane de dolari. T cad în fosta Uniune Sovietică, SUA și China.

Tabelul rezervele de cărbune 3. MEDII
(Pentru referință)

Asia (excluzând țările CSI și China)

reactor Breeder. reactor nuclear ameliorator are o abilitate minunată de a furniza energie, în același timp, produce combustibil nuclear nou și mai mult. În plus, el lucrează la un izotop de uraniu mai răspândite 238 U (transformând-o într-un material fisionabil plutoniu). Se crede că atunci când se utilizează reactoare de ameliorator, rezervele de uraniu va dura timp de cel puțin 6000 de ani. Aparent, aceasta este o alternativă valoroasă la reactoarele nucleare ale generației actuale.

Siguranța reactoarelor nucleare. Chiar și cei mai severi critici ai puterii nucleare nu poate să nu recunoască faptul că, în reactoare nucleare cu apă ușoară, explozie nucleară nu este posibilă. Cu toate acestea, există alte patru probleme: posibilitatea (sau lider exploziv la scurgeri) distrugerea anvelopei reactorului, emisii radioactive (nivel scăzut) în atmosferă, transportul materialelor radioactive și depozitarea pe termen lung a deșeurilor radioactive. Dacă miezul reactorului să plece fără apă de răcire, se topește repede. Acest lucru poate duce la abur și expunerea la atmosferă de „fragmente“ ale emisiilor radioactive de fisiune nucleară. Cu toate acestea, sistemul dezvoltat de răcire de urgență a miezului reactorului, care împiedică topitura, turnarea apei de bază în caz de eșec în primul reactor buclă.

Cu toate acestea, efectul unui astfel de sistem a fost studiat în principal, prin simularea pe calculator. verificare amănunțită a unor rezultate de simulare efectuate pe reactoare mici experimentale în Japonia, Germania și Statele Unite ale Americii. Punctul cel mai slab utilizate programe de calculator sunt, aparent, ipoteza este că a deșeurilor nu poate fi mai mult de un nod dintr-o dată și că situația nu complica eroare de operare. Ambele ipoteze s-au dovedit a fi greșit în cele mai grave accidente care au avut loc în centralele nucleare din SUA.

fisiunea nucleară # 150; nu este o soluție perfectă a problemelor energetice. Mai promițătoare pare energia de fuziune ecologic.

energia de fuziune. Această energie poate fi obținută prin formarea nucleelor ​​grele de mai ușoare. Acest proces se numește o reacție de fuziune nucleară. Ca și în fisiune nucleară, o mică fracțiune din masa este transformată într-o cantitate mare de energie. Energia emisă de soare, este rezultatul formării fuzionează nucleelor ​​de heliu de nuclee de hidrogen. Pe Pamant, oamenii de știință caută modalități de realizare a fuziunii nucleare controlate, folosind o masă mică, incontrolabilă de materiale nucleare.

Tritiul și deuteriu D T numite izotopi de hidrogen grele sunt 2 H și 3 H. deuteriu și atomii de tritiu să fie încălzit la o temperatură la care acestea ar fi complet disociate în electroni și nucleu „gol“. Un astfel de amestec de electroni nelegați și nuclee numite plasmă. Pentru a crea un reactor de fuziune, trebuie să îndeplinească trei condiții. În primul rând, plasma trebuie sa fie suficient de puternic încălzită la nuclee ar putea apropia la o distanță necesară pentru interacțiune. Pentru deuteriu-tritiu fuziune necesită o temperatură foarte ridicată. În al doilea rând, plasma trebuie să fie suficient de gros, astfel încât o secundă sa întâmplat de multe reacții. Și în al treilea rând, plasma trebuie să fie suficient de lung pentru a se abțină de la difuziei, care ar putea fi alocată o cantitate considerabilă de energie.

în domeniul cercetării în domeniul fuziunii termonucleare controlate se desfășoară în două direcții principale. Unul dintre ei # 150; câmp magnetic de confinare cu plasmă, ca într-o sticlă magnetică. A doua (Metoda inertiala de plasmă) # 150; cu laser foarte rapidă putere fasciculului de încălzire (vezi. LASER) granule-deuteriu tritiu (comprimate) care provoacă reacția de fuziune nucleară sub formă de explozie gestionate.

nuclee de deuteriu Energia conținută în 1 m3 de apă, este egal cu aproximativ 3 Ohno decembrie de 10 J. Cu alte cuvinte, 1 m 3 de apă de mare, în principiu, poate da aceeași cantitate de energie ca 200 de tone de țiței. Astfel, oceanele lumii este o sursă practic nelimitată de energie.

Surse alternative de energie

a explorat recent o serie de surse alternative de energie. Cele mai promițătoare dintre ele par a energiei solare.

Energia solară. În energia solară sunt două avantaje principale. În primul rând, o mulțime de ea și se referă la resurse regenerabile de energie: durata existenței soarelui este estimat la aproximativ 5 miliarde ani .. În al doilea rând, utilizarea sa nu conduce la consecințe nedorite asupra mediului.

Cu toate acestea, utilizarea energiei solare previne o serie de dificultăți. Deși cantitatea totală de această energie este foarte mare, aceasta este împrăștiată incontrolabil. Pentru a produce cantități mari de energie sunt necesare suprafața colectorului de o suprafață mare. În plus, există o problemă de instabilitate a energiei: soarele nu strălucește întotdeauna. Chiar și în deșert, în cazul în care predomină meteo fără nori, ziua dă drumul la noapte. În consecință, stocarea necesară a energiei solare. În cele din urmă, multe dintre utilizările de energie solară nu încă testat, iar viabilitatea lor economică nu a fost dovedită.

Puteți specifica cele trei utilizări principale ale energiei solare: de încălzire (inclusiv apă caldă) și aer condiționat, pentru conversia directă în energie electrică prin celule fotovoltaice solare pentru producția pe scară largă a energiei electrice bazate pe ciclul termic.

Energia geotermală. Energia geotermală, și anume, căldura interiorului Pământului, este deja utilizat într-un număr de țări, cum ar fi Islanda, România, Italia și Noua Zeelandă. Grosimea crustei de 32 # 150; 35 km strat mult mai subțire situată sub ea # 150; manta, extinzându-se aproximativ 2,900 km la miezul lichid fierbinte. Mantale este o sursă de gaze cu flacără bogate în roca-lichid (magma), care sunt activi vulcani erup. Căldura este generată în principal din cauza descompunerea substanțelor radioactive în miezul Pământului. Temperatura și cantitatea de căldură este atât de mare, încât provoacă topirea mantalei rocă. roci fierbinți pot crea „pungi“ termice sub suprafață, în contact cu care apa este încălzită și transformată în abur chiar. Deoarece astfel de „pungi“ sunt, de obicei sigilate, apă caldă și abur sunt adesea sub presiune ridicată și temperatură a mediului depășește punctul de fierbere a apei la suprafață. Cele mai mari resurse geotermale sunt concentrate în zonele vulcanice și limitele plăcilor cortical.

Principalul dezavantaj al energiei geotermale este faptul că resursele sale sunt limitate și localizate, în cazul în care cercetarea nu indică prezența unor depuneri semnificative de rocă fierbinte sau capacitatea de a fora puturi pana la manta. contribuția semnificativă a acestei resurse în sectorul energetic poate fi de așteptat doar în zonele geografice locale.

Hidrocentrale. Hidrocentrale oferă aproape o treime din energia electrică utilizată în lume. Norvegia, în cazul în care energia electrică pe cap de locuitor decât oriunde altundeva, trăiește aproape exclusiv hidroenergie.

În centrale hidroelectrice (GES) și centrale electrice cu acumulare prin pompare (PSP) folosind energia potențială a apei acumulate prin baraje. La baza turbinei hidraulice baraj aranjate, antrenat în rotație de apă (care este furnizat la aceasta sub presiune normală) și un rotor rotativ generatoare de curent electric.

alimentare cu apă # 150; una dintre cele mai ieftine și mai curate de energie. Regenerabile în sensul că rezervoarele sunt alimentate în afluxul de râu și apă de ploaie. Rămâne deschisă la întrebarea fezabilitatea construirii de centrale hidroelectrice pe câmpii.

energia mareelor. Există centrale electrice mareelor, care utilizează apă niveluri picătură, formate în timpul maree înaltă și refluxului. Pentru acest bazin separat de coastă baraj redus, care reține apa la maree reflux. Apa este apoi eliberat și se rotește turbina hidraulică.

Rance Tidal Putere pe (Franța).

energia mareelor ​​poate fi un ajutor valoros de energie de natură locală, dar lumea nu este atât de multe locuri potrivite pentru construcția lor, astfel încât acestea să poată schimba situația generală a energiei.

Deșeuri solide și biomasă. Aproximativ jumătate din deșeurile solide este apa. Ușor de asamblat poate fi doar 15% din deșeuri. Cele mai multe care pot furniza deșeuri solide, # 150; această energie corespunzătoare la aproximativ 3% din necesarul de petrol și 6% din gazele naturale. În consecință, fără îmbunătățiri radicale în organizarea colectării deșeurilor solide, acestea sunt puțin probabil să dea o mare contribuție la producția de energie electrică.

biomasă # 150; lemn și deșeuri organice # 150; reprezentând aproximativ 14% din consumul total de energie din lume. biomasă # 150; combustibil de uz casnic obișnuit în multe țări în curs de dezvoltare.

Au existat propuneri de a creste plante (inclusiv de pădure), ca sursă de energie. plante acvatice cu creștere rapidă sunt în măsură să producă până la 190 de tone de materie uscată pe hectar pe an. Astfel de produse pot fi arse drept combustibil sau începe să distilare, pentru a obține un hidrocarburi lichide sau gazoase. În Brazilia, trestie de zahăr a fost utilizat pentru producerea de combustibili cu alcool pentru a înlocui benzina. Costul lor nu este cu mult mai mare decât costul combustibililor fosili convenționali. Cu menaj corespunzătoare această sursă de energie poate fi formată pentru. Este nevoie de mai multe cercetări, în special în creștere culturi și rentabilitatea acestora, ținând seama de costurile de colectare, de transport și de sfărâmare.

Celulele de combustibil. Celulele de combustie ca energie chimică a combustibilului în convertoare de energie electrică sunt caracterizate printr-o eficiență mai mare decât unitatea de căldură și energie, pe baza arderii. În cazul în care eficiența unei centrale electrice tipic, combustibil arde nu depășește aproximativ 40%, randamentul celulei de combustibil poate ajunge la 85%. Cu toate acestea, în timp ce celulele de combustibil sunt surse scumpe de energie electrică.

Utilizarea rațională a energiei

În timp ce lumea este încă nu duce lipsă de energie în următoarele două-trei decenii, ar putea fi dificultăți serioase în cazul în care nu vor exista surse alternative de energie și nu va fi limitat la creșterea consumului. nevoie evidentă pentru o utilizare mai rațională a energiei. Există o serie de propuneri de îmbunătățire a eficienței depozitării și transportului de energie, precum și utilizarea mai eficientă a acesteia în diferite ramuri ale industriei, transporturilor și gospodării.

de stocare a energiei. puterea de încărcare variază în timpul zilei; locul și modificările sezoniere. Eficiența centralei poate fi îmbunătățită, dacă în timpul perioadelor de eșec al programelor de producție a energiei de a cheltui excesul de putere pentru pomparea apei într-un rezervor mare. Apoi, în perioadele de vârf apa poate fi descărcată, determinându-l să producă PSPP suplimentare de energie electrică.

aplicare mai largă ar putea găsi modul de alimentare de bază de utilizare a puterii pentru a pompa de aer comprimat în cavități subterane. Turbine care funcționează cu aer comprimat, ar permite economisirea de energie primară în timpul perioadelor de încărcare a crescut.

Transmiterea de energie electrică. Pierderile mari de energie asociate cu transmisie de putere. Pentru a reduce utilizarea tot mai mare de linii de transport și a rețelelor de distribuție cu un nivel ridicat de tensiune. direcție alternativă # 150; Supraconductoare linii electrice. Rezistivitatea anumitor metale scade la zero când este răcit la temperaturi apropiate de zero absolut. Prin cabluri superconductoare ar putea transmite puterea de 10 000 MW, astfel încât pentru furnizarea de energie electrică, numai în New York, ar fi doar un singur cablu de 60 cm în diametru. Se constată că anumite materiale ceramice sunt supraconductoare la temperaturi nu prea mici realizabile cu un frigorific convențional tehnologie. Această constatare surprinzătoare ar putea duce la inovații importante nu numai în domeniul de transmitere a puterii, dar, de asemenea, în domeniul transportului terestru, echipamente informatice și tehnologia reactoarelor nucleare. Cm. Și Supraconductibilitatea.

Hidrogenul ca un lichid de răcire. hidrogen # 150; Este un gaz ușor, dar se transformă în lichid la - 253 ° C Valoarea calorică a hidrogenului lichid în 2,75 ori mai mult decât gazele naturale. Y are hidrogen și avantajul de mediu asupra gazelor naturale: prin arderea în aer dă esență vapori de apă.

Hidrogenul poate fi transportat fără dificultate de conducte pentru gaz natural. De asemenea, puteți stoca în formă lichidă în rezervoare criogenice. Hidrogenul diffuses cu ușurință în unele metale, cum ar fi titan. Se poate acumula in astfel de metale, și apoi izolează prin încălzirea metalului.

Magnetohidrodinamicii (MHD). Această metodă permite o utilizare mai eficientă a combustibililor fosili. Ideea este de a înlocui cupru bobina fluxul de curent convențional de mașini electrice de gaz ionizat (conductor). Cel mai mare efect economic generatoare MHD poate da, probabil, prin arderea cărbunelui. Din moment ce acestea nu au piese mecanice în mișcare, acestea pot funcționa la temperaturi foarte ridicate, și oferă o eficiență ridicată. Teoretic, eficiența acestor generatoare poate ajunge la 50 # 150; 60%, ceea ce ar însemna o economie de până la 20% în comparație cu centralele moderne care utilizează surse de energie fosile. In plus, generatoare MHD produc mai puțină căldură reziduală.

cercetări serioase în convertoarele MHD sunt efectuate în Japonia, Germania și în special în România. De exemplu, în România a fost lansat capacitate mică de instalare MHD de 70 MW pe gaze naturale, care, de asemenea, a servit ca un pilot pentru a crea o putere de 500 MW. În Statele Unite, evoluțiile sunt realizate pe o scară mai mică, în principal, în direcția de sisteme de operare pe cărbune. Perioada 500 ore lucrate în mod continuu pentru un generator MHD, construit de "Avco Everett" 200 MW.

Limitele consumului de energie. Creșterea continuă a consumului de energie conduce nu numai la epuizarea resurselor energetice și a poluării mediului, dar în cele din urmă poate duce la schimbări semnificative ale temperaturii și climei de pe Pământ.

Energia chimică, și chiar surse nucleare, geotermale este transformată în cele din urmă în căldură. Acesta este transmis atmosfera pământului și deplasează echilibrul spre o temperatură mai ridicată. Odată cu creșterea populației și consumul pe cap de energie până în 2060 creșterea temperaturii poate fi de 1 ° C. Este un impact notabil asupra climei.

clima anterioară poate modifica datorită creșterii conținutului de dioxid de carbon în atmosferă produsă prin arderea combustibililor fosili. . A se vedea, de asemenea, resurse de cărbune; combustibil; Fisiunea nucleară; Fuziune nucleară; Petrol și gaze naturale; HYDRO.

Resursele energetice ale URSS. vols. 1 # 150; 2. M. 1968
Antropov POB potențialul energetic al Pământului. M. 1974
bază Dl Odum Odum E. Energia de om și natură. M. 1978