Экологические проблемы теплоэнергетики: влияние на окружающую среду

Вопросы и ответы

Причины появления

Впервые энергетическая проблема была поднята в 1970-х годах, когда ученые начали утверждать, что жители планеты столкнутся с трудностями в обеспечении топливом и энергией. Ученые серьезно обеспокоены масштабным энергетическим кризисом, положившим конец эпохе дешевой нефти.

Затем начался экономический кризис, охвативший весь мир. Трудности прошли, нефть снова дешевая, но энергетическая проблема продолжает беспокоить правительства стран мира.

Основная причина:

  1. Быстрый и взрывной рост потребления минерального топлива и ускоренная добыча. С начала двадцатого века до 1980-х годов человечество произвело и использовало больше топлива, чем за все столетия истории. Между 1960 и 1980 годами было добыто 40% угля, около 75% нефти и почти 80% природного газа. До 1970-х годов о сокращении потребления природных ресурсов не было и речи, после энергетического кризиса планы и прогнозы использования ресурсов были пересмотрены в сторону уменьшения. Негативные последствия добычи полезных ископаемых во второй половине 20 века ощущаются и сегодня. Трудности возникают из-за ухудшения горно-геологических условий из-за наличия топлива и удорожания добычи.
  2. Ухудшение экологической ситуации под влиянием горнодобывающей промышленности.
  3. Глобальная конкуренция за топливно-энергетические ресурсы, их разделение и перераспределение между топливными компаниями.
  4. Спрос на электроэнергию и электричество постоянно увеличивается. Это связано с ростом ВВП и потреблением энергии, которые необходимы для полноценного производственного цикла.
  5. Активные процессы урбанизации. Люди все чаще переезжают из деревень в города. По оценкам ученых, к 2050 году 2/3 населения мира будет проживать в крупных мегаполисах. Урбанизация требует обеспечения всех городских жителей продуктами питания, товарами, коммунальными услугами и логистикой. Кроме того, в городах возводятся многоэтажные и высотные здания, для эксплуатации которых требуются безопасные и надежные электрические сети.
  6. Изменение климата. Из-за этого изменяется количество выбросов, связанных с энергетикой. Энергетические сети необходимо использовать более эффективно, чтобы сократить производство углекислого газа.
  7. Увеличение стоимости оборудования с учетом срока его полезного использования.
  8. Расширение умных сетей.

Действительно, есть много других причин развития и углубления энергетической проблемы. Современные предприятия, предприятия, образование, коммунальные услуги, инфраструктура, логистика и транспортные системы — все это требует колоссальных затрат на электроэнергию и топливо. Ресурсов постоянно не хватает, поэтому в некоторых странах их потребление увеличивается, в других правительство пытается разработать альтернативные источники топлива и сделать использование традиционных источников энергии эффективным и безопасным.

Уголь

Все виды угля являются результатом процесса, который длился миллионы лет, в течение которого остатки разнообразной растительности разлагались и превращались под действием высокого давления в торф, а затем в уголь. За миллионы лет эти отложения проникали все глубже и глубже в земную кору, покрывая себя новыми слоями сверху. Например, 50-метровый слой торфа был утрамбован в 3-метровый угольный пласт. Первый, в I веке нашей эры, римляне отапливали свои дома с помощью угля. Исследователи считают, что торф использовался для отопления с доисторических времен. Только в 16 веке уголь начали использовать в Европе в качестве топлива.

энергетическая и сырьевая проблема

Уголь и нефть по происхождению и химическому составу относятся к одной группе. Фактически, бензин можно производить из угля, как и нефть. Этот метод был разработан в Германии во время Второй мировой войны, когда для производства бензина не хватало нефти. Этот метод заключается в том, что в процессе горения уголь дробится и подвергается определенным химическим процессам, в результате чего получается отличное топливо.

Вода как источник энергии

Человек может использовать мощную силу воды, на некоторых этапах вмешиваясь в естественную циркуляцию воды, чтобы получить таким образом энергию. Сегодня гидроэлектростанции вырабатывают электроэнергию, которую можно хранить или сразу же потреблять по назначению.

энергетическая проблема

Морские волны невероятной силы каждую секунду обрушиваются на многочисленные побережья, их мощная энергия делает свое дело. Но человечество все еще не может использовать силу морских волн для выработки энергии, хотя существует бесчисленное множество теоретических моделей и идей для их реализации для решения энергетической проблемы. В последнее время, особенно после аварии на Чернобыльской АЭС, правительства многих приморских государств серьезно заинтересовались этим безопасным источником энергии, прежде чем испытания проводились в основном в области ядерной энергетики.

Атомная энергетика

Атомная энергетика — одна из самых перспективных отраслей энергоснабжения. В некоторых развитых странах уже введены в строй ядерные реакторы нового поколения. Сегодня ядерные ученые снова активно обсуждают тему реакторов, работающих на быстрых нейронах, которые, как когда-то предполагалось, станут новой и гораздо более эффективной волной ядерной энергии. Однако их разработка была остановлена, но теперь эта проблема снова стала актуальной.

причины энергетической проблемы человечества

Энергия из атомов

Человечество научилось получать атомную энергию на электростанциях, разделив ядро ​​атома урана. Именно этот элемент имеет нестабильную сердцевину и легче всего разрушается нейтронами. В результате распада ядра высвобождаются новые нейтроны, которые, в свою очередь, делят другие атомные ядра. Этот процесс превращается в цепную реакцию и высвобождает огромное количество энергии, которая используется для преобразования воды в пар, который приводит в действие турбину и электрический генератор. К сожалению, такой способ решения энергетической проблемы небезопасен: вместе с энергией атомных ядер возникает радиоактивное излучение, опасное для всех живых организмов. Поэтому на таких электростанциях защита специальными кожухами должна быть максимальной.

Успехи и неудачи

Наиболее заметных успехов в области энергосбережения добились экономически развитые страны Запада. За первые 15 лет им удалось снизить энергоемкость своего ВВП на 1/3, что привело к сокращению их доли в мировом потреблении энергии с 60 до 48 процентов. Сегодня эта тенденция сохраняется, и рост ВВП на Западе опережает растущие объемы потребления топлива.

Намного хуже ситуация в Центральной и Восточной Европе, Китае и странах СНГ. Энергоемкость их экономики снижается очень медленно. Но в лидерах экономического антирейтинга — развивающиеся страны. Например, в большинстве стран Африки и Азии сопутствующие потери топлива (природного газа и нефти) составляют от 80 до 100.

Электрохимические генераторы

Это топливные элементы, которые тоже работают на водороде. Топливо пропускается через полимерные мембраны со специальным веществом — катализатором. В результате химической реакции с кислородом сам водород превращается в воду, выделяя при сгорании химическую энергию, которая преобразуется в электрическую энергию.

Двигатели на топливных элементах характеризуются максимальной эффективностью (более 70%), вдвое большей, чем у обычных электростанций. К тому же они просты в использовании, бесшумны в эксплуатации и нетребовательны к ремонту.

До недавнего времени топливные элементы имели узкую область применения, например, в космических исследованиях. Но сейчас работы по внедрению электрохимических генераторов активно ведутся в большинстве экономически развитых стран, первой из которых является Япония. Общая мощность этих агрегатов в мире измеряется миллионами кВт. Например, в Нью-Йорке и Токио над такими элементами уже работают электростанции, и немецкий автопроизводитель Daimler-Benz первым создал рабочий прототип автомобиля с двигателем, работающим по этому принципу.

Реалии и перспективы

Энергетическая проблема человечества и способы ее решения сегодня затрагивают весь мир. Для улучшения существующей ситуации внедряются различные технические и технологические новшества. В целях экономии энергии совершенствуется промышленное и коммунальное оборудование, производятся более дешевые автомобили и т.д.

Среди основных макроэкономических мер — постепенное изменение самой структуры потребления газа, угля и нефти с перспективой увеличения доли нетрадиционных и возобновляемых источников энергии.

Для успешного решения энергетической проблемы человечества особое внимание необходимо уделить разработке и внедрению принципиально новых технологий, доступных на современном этапе научно-технической революции.

Энергия ветра

Ветер — один из традиционных источников энергии. Еще в 7 веке до н.э в Персии использовались ветряные турбины, а в 1920 году первая ветряная турбина была использована для выработки электроэнергии в Соединенных Штатах. Еще 10 лет спустя ветряные турбины были построены в Австрии и Баварии, которые снабжали собственной электроэнергией целые районы.

Современные силовые установки вырабатывают электричество. С помощью силы ветра движутся электрические генераторы, которые питают электросеть или накапливают энергию в батареях. По мнению экспертов, использование энергии ветра имеет большое будущее, если человечество будет поддерживать развитие альтернативных энергетических технологий, а не ядерной энергии и использования нефти в качестве источника энергии.

Солнечная энергия

С точки зрения производства энергии, мы можем рассматривать Солнце как своего рода ядерный реактор чрезвычайной мощности. Лишь крошечная частица достигает Земли, но это тоже дает возможность жизни. Можно ли напрямую преобразовать солнечную энергию в электричество? Да, это вполне возможно с солнечными батареями. Уже сегодня, где светит солнце и потребность в электричестве снижается, они получают энергию непосредственно от солнца. Солнечные элементы — это пластины, состоящие из двух очень тонких слоев. Один слой сделан из кремния, другой — из кремния и бора. Вместе с солнечным светом, падающим на солнечную батарею, фотоны — мельчайшие частицы света, излучаемые Солнцем, — проникают через его внешний слой. Они приводят электроны в движение, передавая их второму слою и тем самым создавая электрическое напряжение. Перенесенные электроны входят в накопление тока, а затем в электрические проводники. Так, например, солнечные электростанции уже решают энергетическую проблему Дальнего Востока.

перспективы солнечной энергетики

Солнечные батареи постоянно совершенствуются. Они по-прежнему очень дороги, но мы надеемся, что в ближайшем будущем они станут достаточно эффективными и экономичными, чтобы решить глобальную энергетическую проблему и удовлетворить значительную часть потребностей человечества в электроэнергии. Такие солнечные парки сейчас встречаются в безлюдных районах из-за сильной жары. По мнению экспертов, перспективы использования солнечной энергии огромны: если технология производства водорода продолжит развиваться, солнечная энергия, хранящаяся в пустынных регионах, может быть доставлена ​​в виде водорода в страны-потребители.

Политика энергосбережения

Во времена дешевого топлива во многих странах мира сформировалась ресурсоемкая экономика. Во-первых, это явление наблюдается в государствах, богатых полезными ископаемыми. Список возглавили Советский Союз, США, Канада, Китай и Австралия. При этом в СССР объем расхода условного топлива был в несколько раз выше, чем в Америке.

Такое положение дел потребовало срочного внедрения политики энергосбережения в коммунальных услугах, промышленности, транспорте и других секторах экономики. Принимая во внимание все аспекты энергетических и сырьевых проблем человечества, начали разрабатываться и внедряться технологии, направленные на снижение удельной энергоемкости ВВП этих стран, перестраивалась вся экономическая структура мировой экономики.

энергетическая проблема человечества и пути ее решения

Использование МГД-генераторов

Прямое преобразование тепловой энергии в электрическую без паровых котлов и турбин позволяет реализовать магнитогидродинамические генераторы. Развитие этого перспективного направления началось в начале 70-х годов прошлого века. В 1971 году в Москве был запущен первый опытный промышленный двигатель МГД мощностью 25 000 кВт.

Основными преимуществами магнитогидродинамических генераторов являются:

  • высокая эффективность;
  • экологичность (отсутствие вредных выбросов в атмосферу);
  • мгновенный старт.

Водород

Очень перспективно использование водорода в качестве топлива. По мнению многих экспертов, эта технология поможет решить важнейшие глобальные проблемы человечества: проблему энергии и сырья. Во-первых, водородное топливо станет альтернативой природным энергоресурсам в машиностроении. Первый водородный автомобиль был создан японской компанией Mazda в начале 90-х годов и для него был разработан новый двигатель. Эксперимент оказался достаточно успешным, что подтверждает перспективность этого направления.

Энергетическая и сырьевая проблемы — пути решения

Чтобы разрешить сырьевую и энергетическую ситуацию, все страны должны принять участие в дискуссии и искать варианты. Современные разработки позволяют развитым странам использовать ресурсосберегающие технологии и повторно использовать сырье. Исследователи продолжают поиск альтернативных источников топлива и энергии.

Для интенсивной борьбы с возможным кризисом необходимо увеличить объем производства определенного количества затраченной энергии. Не все страны могут внедрять энергосберегающие технологии, но развитым странам это удалось. В результате хозяйства в несколько раз сократили количество потребляемой энергии. Как решить проблему сырья и энергии:

  1. Уменьшите объем горных работ.
  2. Рационализируйте использование минералов.
  3. Внедрить альтернативные источники энергии.
  4. Повышение эффективности добычи и производства.

К сожалению, в современном мире сократить объемы производства практически невозможно. Сырье и энергия потребляются с огромной скоростью. Их отсутствие приведет к глобальному кризису планеты. Повышение эффективности обойдется миру слишком дорого. Единственное решение сегодня — альтернативные источники и рационализация.

Глобальная энергетическая безопасность

Эта концепция вошла в обиход в начале 21 века. Принципы стратегии такой безопасности предусматривают надежное, долгосрочное и экологически безопасное энергоснабжение, цены на которое будут оправданы и приемлемы как для стран-экспортеров, так и для стран-импортеров.

Реализация этой стратегии возможна только в том случае, если будут устранены причины энергетической проблемы человечества и приняты практические меры по дальнейшему снабжению мировой экономики как традиционными видами топлива, так и энергией из альтернативных источников. Кроме того, особое внимание следует уделить развитию альтернативных источников энергии.

аспекты энергетических и товарных проблем человечества

Экономические и геополитические аспекты энергетической и сырьевой проблем человечества

Истощение природных запасов топлива привело к возникновению ожесточенной конкурентной борьбы в экономической, политической и геополитической сферах. Топливные транснациональные корпорации занимаются разделом топливно-энергетических ресурсов и перераспределением сфер влияния в этом секторе, что связано с постоянными колебаниями цен на мировом рынке газа, угля и нефти. Нестабильность ситуации серьезно обостряет энергетическую проблему человечества.

географические аспекты энергетической проблемы человечества

Управляемый термоядерный синтез

Уже несколько десятилетий ведутся исследования в области термоядерной энергетики. Атомная энергия основана на реакции ядерного деления, а термоядерная энергия основана на обратном процессе: ядра изотопов водорода (дейтерия, трития) сливаются. В процессе ядерного сжигания 1 кг дейтерия количество выделяемой энергии в 10 миллионов раз больше, чем получаемой из угля. Результат действительно впечатляющий! Поэтому термоядерная энергетика считается одним из наиболее перспективных направлений решения проблем глобального энергодефицита.

Основные географические аспекты энергетической проблемы человечества

Одна из причин растущего дефицита топлива — более сложные условия его производства и, как следствие, удорожание этого процесса. Если несколько десятилетий назад природные ресурсы лежали на поверхности, то сегодня необходимо постоянно увеличивать глубину шахт, газовых и нефтяных скважин. Особенно заметно ухудшились минерально-геологические условия из-за наличия энергоресурсов в старопромышленных регионах Северной Америки, Западной Европы, России и Украины.

глобальные проблемы человечества энергетическая проблема

Принимая во внимание географические аспекты энергетических и сырьевых проблем человечества, необходимо сказать, что их решение заключается в расширении границ ресурсов. Необходимо развивать новые районы с более легкими горно-геологическими условиями. Таким образом можно снизить затраты на добычу топлива. Следует иметь в виду, что общая капиталоемкость производства энергии на новых территориях, как правило, намного выше.

Нефть

Как и другие ископаемые виды топлива, которые человечество сжигает для выработки тепла и электричества, нефть имеет очень почтенный возраст. Самые старые нефтяные месторождения образовались 600 миллионов лет назад. Нефть заполнила все пустоты и щели земной коры, создав огромные отложения. В настоящее время они активно исследуются, бурятся скважины и добываются огромные запасы этих месторождений.

топливно-энергетические ресурсы

Все больше и больше веществ производится из нефти для потребления человеком. Бензин и дизельное топливо — не единственные продукты, потребляемые человеком. Нефть — это сырье для производства лекарств, искусственных тканей, ядов, минеральных удобрений, косметики и пластмасс. Мы даже не подозреваем, насколько человечество зависит от этих топливно-энергетических ресурсов. Недаром самые богатые страны мира являются нефтедобывающими странами. В наше время нефть доминирует везде. Никакая другая форма с точки зрения мощности пока не может заменить нефть в качестве источника энергии.

Мягкие энергии

По мнению ученых, решение энергетической проблемы в будущем кроется в мягких альтернативных видах энергии. Есть такие формы, как энергия ветра, биоэнергетика и солнечная энергия. Они не расходуют минералы и не наносят вреда окружающей среде. Их еще называют возобновляемыми источниками энергии. Пока на Земле есть жизнь, энергия ветра, биоэнергия и солнечная энергия будут неисчерпаемы, а ископаемое топливо в виде угля, газа и нефти однажды исчезнет.

Криогенный турбогенератор

Принцип работы криогенного генератора заключается в том, что ротор охлаждается жидким гелием, благодаря чему достигается эффект сверхпроводимости. К неоспоримым достоинствам этого агрегата можно отнести высокий КПД, малый вес и габариты.

Опытный образец криогенного турбогенератора был создан в советское время, аналогичные разработки сейчас ведутся в Японии, США и других развитых странах.

Способы решения энергетической проблемы

Выделите традиционные и новаторские способы преодоления этой глобальной проблемы. Большинство стран мира пытаются увеличить запасы минерального топлива. Суть метода заключается в увеличении запасов нефти и газа за счет поиска новых месторождений полезных ископаемых. Количество ресурсов увеличилось в несколько раз по сравнению с производством топлива.

Этот способ предполагает не только увеличение количества топлива, но и его экономное и рациональное использование. В результате появилась ресурсоемкая экономика, основанная на энергосбережении.

Второй путь касается экономии ресурсов. Эта политика реализуется в различных технологиях, в промышленности, на транспорте, в коммунальных услугах и в домашнем хозяйстве, в обществе, в образовании.

Для улучшения процесса энергосбережения стали использовать технологические новинки. В частности, усовершенствовали промышленное и коммунальное оборудование, начали выпускать дешевые автомобили. Постепенно начала меняться структура потребления энергоресурсов, направленная на увеличение количества возобновляемых и нетрадиционных первичных энергоресурсов.

Третий метод касается развития атомной энергетики, основанной на использовании ядерных реакторов нового поколения. Несмотря на закрытие многочисленных атомных электростанций в Европе и массовый отказ от этого вида энергии, этот метод также считается основным способом решения энергетической проблемы.

Четвертый метод — прямое преобразование тепловой энергии в энергетическую с помощью магнитогидродинамических генераторов. Они обладают высоким КПД, не выделяют в атмосферу вредных веществ.

Пятый метод — создание криогенного турбогенератора, который должен работать за счет охлаждения ротора жидким гелием, тем самым добиваясь эффекта сверхпроводимости.

Шестой метод — использование водорода в качестве топлива, на котором будет работать двигатель нового типа.

ведутся разработки по созданию электрохимических генераторов (топливных элементов). Они также должны работать с водородом, который необходимо пропускать через полимерные мембраны с катализатором. Последние инновации в поиске новых видов топлива касаются создания управляемого термоядерного синтеза. Он основан на слиянии ядер изотопов водорода. Ядерное сжигание 1 кг дейтерия выделяет в 10 миллионов раз больше энергии, чем сжигание 1 кг угля.

Природный газ

Газ, используемый для отопления, приготовления пищи или выработки электроэнергии, в большинстве случаев представляет собой пропан, бутан или природный газ. Он был обнаружен практически случайно при бурении первых нефтяных скважин. Сегодня природный газ обеспечивает одну пятую мировых потребностей в энергии.

местный энергетический кризис

Природный газ, который сжигается во время приготовления пищи, выделяет вдвое больше энергии, чем электричество, вырабатываемое тепловыми электростанциями. Природный газ, как и уголь, является ископаемым топливом, но изначально ближе к нефти. Поэтому добывается вместе с нефтью или в виде самостоятельных газовых образований. Самый простой способ добывать природный газ из подземных месторождений, например, на Ближнем Востоке или в Сибири. Безопасность при его производстве обеспечивает система соединительных труб и клапанов, с помощью которых регулируется давление, поскольку газовые месторождения постоянно находятся под огромным давлением.

Основные европейские газовые месторождения расположены в Италии, Франции и Нидерландах, а также в Северном море у берегов Великобритании и Норвегии. Кроме того, Россия поставляет сибирский газ по разветвленной системе трубопроводов в страны Центральной Европы. Россия — основной поставщик газа; Сибирь обеспечивает треть всех мировых запасов газа.

Читайте также: Климат и внутренние воды Татарстана: природные богатства и экологические проблемы

Оцените статью
Блог про экологические проблемы