енергийни ресурси

Енергийни ресурси. В продължение на хилядолетия, основните видове енергия, използвани от човека бяха химическата енергия на дървото, потенциалната енергия на водата в язовирите, кинетичната енергия на вятъра и лъчиста енергия на слънчева светлина. Но през 19-ти век. Основните източници на енергия са станали изкопаеми горива: въглища, нефт и природен газ.

Благодарение на бързото развитие на потреблението на енергия имат много проблеми и повдигна въпроса за бъдещите енергийни източници. Постигнат е напредък в областта на енергийната ефективност. Напоследък се търси по-чисти форми на енергия, като слънчева, геотермална енергия, вятърна енергия и енергия за ядрен синтез.

Енергийна консумация винаги е бил пряко свързан със състоянието на икономиката. Нарастването на брутния национален продукт (БНП) бе придружено от увеличаване на консумацията на енергия. Въпреки БНП енергоемкост (съотношението на енергията, използвана за БНП) в индустриализираните страни, постоянно намалява, както и в разработването на # 150; се увеличава.

Има три основни типа на изкопаеми горива: въглища, нефт и природен газ. Примерните стойности на калоричността на горива, както и проучени и промишлени (т.е., което позволява развитието на икономически изгодно, когато нивото на техниката) масло са показани в таблица. 1 и 2.

Таблица 1. изкопаеми горива Калоричност

Запасите от въглища. Запасите от въглища изчисляват, по-лесно (вж. Таблица. 3). Три четвърти от запасите в света, компоненти на приблизителна оценка от 10 трлн. т падането на бившия Съветски съюз, САЩ и Китай.

Таблица резерви 3. СРЕДНИ въглища
(За справка)

Азия (с изключение на страните от ОНД и Китай)

Развъдник реактор. Ядрен реактор селекционера има прекрасна възможност за предоставяне на енергия, като в същото време производството на нови и по ядрено гориво. В допълнение, той работи по-широко разпространена изотопите на урана 238 U (трансформира това в плутоний ядрен материал). Смята се, че при използване на селекционера реактори залежи на уран, ще продължи в продължение на най-малко 6000 години. Очевидно, това е ценна алтернатива на ядрени реактори от настоящото поколение.

Безопасността на ядрени реактори. Дори и най-тежките критици на ядрената енергия не може да не успеят да се признае, че в светли ядрени реактори с вода, ядрен взрив не е възможно. Въпреки това, съществуват други четири проблеми: възможността (или експлозивна води до изтичане) унищожаване на обвивка на реактора, радиоактивни емисии (ниско ниво) в атмосферата, транспорт на радиоактивни материали и дългосрочно съхранение на радиоактивни отпадъци. Ако активната зона на реактора да напусне без охлаждане на вода, тя бързо се топи. Това може да доведе до пара и излагане на атмосферата на радиоактивни емисии "фрагменти" на ядреното делене. Въпреки това, разработена система за аварийно охлаждане на активната зона на реактора, което пречи на стопилката, изливане на ядро ​​водата в случай на повреда в първия реактор линия.

Въпреки това, ефектът от такава система е проучен основно чрез компютърна симулация. Щателна проверка на някои симулационни резултати, проведени върху малки експериментални реактори в Япония, Германия и САЩ. Най-слабата точка използва компютърни програми са, очевидно, предположението е, че отпадъците не може да бъде повече от един възел наведнъж и че положението не се усложни грешка на оператора. И двете предположения се оказаха погрешни в най-сериозните инциденти, които са настъпили в САЩ атомните електроцентрали.

ядрения разпад # 150; Не идеалното решение на енергийните проблеми. По-обещаващ изглежда екологично термоядрената енергия.

слят енергия. Тази енергия може да се получи чрез образуване на тежки ядра от по-леки. Този процес се нарича реакция на ядрен синтез. Както в ядрено делене, малка част от масата се превръща в голямо количество енергия. Излъчената от слънцето енергия е резултат от образуването на сливащите хелий ядрата на водородните ядра. На Земята, учените търсят начини за постигане на управляемия термоядрен синтез с помощта на малка, неконтролируема маса на ядрен материал.

Тритий и деутерий D T наречен тежки водородни изотопи са 2 Н и 3 H. деутерий и тритий атоми да се нагрява до температура, при която те ще бъдат напълно отделени в електрони и "голи" ядро. Такава смес на несвързаните електрони и ядра наречени плазма. За да се създаде реактор на ядрен синтез, трябва да отговаря на три условия. Първо, плазмата трябва да бъде достатъчно силно загрява до ядра може да се обърне на разстояние, необходимо за взаимодействието. За деутерий-тритий синтез изисква много висока температура. На второ място, плазмата трябва да бъде с дебелина достатъчно, така че един секунди се е случвало много реакции. И на трето място, плазмата трябва да бъде достатъчно дълъг, за да се въздържат от разсейване на които могат да бъдат разпределени значително количество енергия.

в областта на научните изследвания контролирания термоядрен синтез се провежда в две основни направления. Един от тях # 150; плазма раждането магнитно поле, така да се каже в магнитно бутилка. Вторият (Метод инерционно задържане на плазма) # 150; много бързо лазер отопление лъч (вж. LASER) деутерий-тритий зърна (таблетки) причиняват реакция ядрен синтез под формата на управляван експлозия.

Енергийна деутерий ядра, които се съдържат в 1 м3 вода, се равнява на около 3 Оно на 10 декември J. С други думи, 1 m 3 на морската вода по принцип може да се получи същото количество енергия, като 200 тона суров петрол. По този начин, на световните океани е практически неограничен източник на енергия.

Алтернативни енергийни източници

Наскоро разгледани няколко алтернативни източници на енергия. Най-обещаващите от тях изглежда слънчева енергия.

Слънчевата енергия. В слънчевата енергия са две основни предимства. На първо място, много от него и то е свързано с възобновяемите енергийни източници: продължителността на съществуването на слънцето се изчислява на около 5 милиарда години .. На второ място, неговото използване не води до нежелани последици за околната среда.

Въпреки това, използването на слънчевата енергия предотвратява редица трудности. Въпреки, че общият размер на тази енергия е огромен, той е разпръснат неконтролируемо. За производството на големи количества енергия, са необходими площ на колектора на голяма площ. В допълнение, има проблем на нестабилност на енергия: слънцето не винаги блести. Дори и в пустинята, където безоблачно време преобладава, денят дава път на нощ. Следователно, необходимо за съхранение на слънчева енергия. На последно място, много от използването на слънчевата енергия все още не изпитва, и тяхната икономическа жизнеспособност не е доказано.

Можете да посочите трите основни приложения на слънчевата енергия: отопление (включително гореща вода) и климатизация, за директно преобразуване на електрическа енергия от фотоволтаични клетки за производство в големи мащаби на електрическа енергия въз основа на термичен цикъл.

Геотермалната енергия. Геотермалната енергия, т.е. топлината на вътрешността на Земята, вече се използва в редица страни, като Исландия, България, Италия и Нова Зеландия. Дебелината на кора на 32 # 150; тридесет и пет km много тънък слой лежи под него # 150; мантия, простираща се на около 2900 км с гореща течност ядрото. Mantle е източник богати газове пламък течност скала (магма), които са активни вулкани избухне. Загрява се генерира главно поради разпадането на радиоактивни вещества в сърцевината на земята. Температурата и количеството топлина, е толкова голямо, че той предизвиква топенето на рок мантия. Горещи скали могат да създават термични "торби" по повърхността, в контакт с която водата се нагрява и се превръща в пара дори. Тъй като такива "торби" обикновено са запечатани, гореща вода и пара често са под високо налягане и температура на средата превишава точката на кипене на водата на повърхността. Най-големите геотермални ресурси са концентрирани в вулканични зони и границите на мозъчната кора плочи.

Основният недостатък на геотермална енергия е, че нейните ресурси са ограничени и локализирани, ако изследванията не показва наличието на значителни гореща скални депозити или способността да пробиват кладенци до мантията. Значителен принос на този ресурс в енергийния сектор може да се очаква само в местните географски райони.

ВЕЦ. ВЕЦ осигурява почти една трета от електроенергията, използвана в света. Норвегия, където електричество на глава от населението, отколкото навсякъде другаде, живее почти изцяло ВЕЦ.

В водноелектрически централи (GES) и изпомпват мощност съхранение растения (PSP) с помощта на потенциалната енергия на водата, натрупани чрез язовири. В основата на язовирната разположена хидравлична турбина, задвижвана в ротация от водата (който се доставя към него при нормално налягане) и въртящ се ротор електрически ток генератори.

хидроенергия # 150; един от най-евтините и чистите енергия. Възобновяема в смисъл, че язовирите се захранват в приток на река и дъждовна вода. Остава открит въпросът за приложимостта на изграждането на водноелектрически централи в равнините.

Приливна сила. Има приливни електроцентрали, които използват вода нива спад, образувани по време на прилив и отлив. За тази отделена крайбрежен басейн ниско язовир, който задържа водата при отлив приливна. След това водата се отделя и се върти хидравличната турбина.

Ранс отливите на (Франция).

Приливна сила може да бъде ценен енергиен помощ от местен характер, но светът не е толкова много подходящи места за изграждането им, така че те могат да променят цялостната енергийна ситуация.

Твърди отпадъци и биомаса. Приблизително половината от твърдите отпадъци е вода. Лесна за сглобяване може да бъде само 15% от отпадъците. Най-многото, което може да осигури на твърди битови отпадъци, # 150; тази енергия, съответстваща на приблизително 3% от масло и 6% от природния газ. Следователно, без радикални подобрения в организацията на сметосъбирането, че е малко вероятно да даде голям принос за производството на електроенергия.

биомаса # 150; дървен материал и органични отпадъци # 150; което представлява около 14% от общото потребление на енергия в света. биомаса # 150; обикновен домакински гориво в много от развиващите се страни.

Имало е предложения да се отглеждат растения (включително гора) като източник на енергия. Бързо-бързо развиващите се водни растения са в състояние да произвежда до 190 тона сухо вещество на хектар на година. Такива продукти могат да бъдат изгорени като гориво или започват да дестилация за получаване на течни или газообразни въглеводороди. В Бразилия захарна тръстика се използва за производство на алкохолни горива да замести бензина. Тяхната цена не е много по-висока от цената на конвенционалните изкопаеми горива. С правилното стопанисване този източник на енергия може да се направи за. Необходими са още изследвания, особено отглеждането на селскостопански култури и тяхната рентабилност, като се вземат предвид разходите за събиране, транспортиране и раздробяване.

Горивни клетки. Горивни клетки като химическа енергия на горивото в електрически преобразуватели на енергия се характеризират с по-висока ефективност от топлина и задвижването, на базата на горенето. Ако ефективността на една типична електроцентрала, изгаря гориво не надвишава около 40%, ефективността на горивната клетка може да достигне 85%. Въпреки това, докато горивни клетки са скъпи източници на електроенергия.

Рационално използване на енергията

Докато светът все още е имало недостиг на енергия през следващите две до три десетилетия биха могли да бъдат сериозни затруднения, ако не ще има алтернативни източници на енергия и няма да бъдат ограничени до ръст в потреблението му. Очевидна необходимостта за по-рационално използване на енергията. Има редица предложения за подобряване на ефективността на съхранение и транспортиране на енергия, както и по-ефективното използване на това в различните отрасли на промишлеността, транспорта и домакинствата.

Съхранение на енергия. Заредете мощност варира през деня; поставете и нейните сезонни промени. Ефективността на централата може да се подобри, ако по време на периоди на липса на производство на енергия графици да прекара излишната енергия за изпомпване на вода в голям резервоар. След това, в най-натоварените периоди може да се изпуска водата, което го кара да произвежда допълнително електричество, ПАВЕЦ.

По-широкото приложение може да намери използвате режима за база на властта енергия за изпомпване на въздух под налягане в подземни кухини. Турбини, работещи на сгъстен въздух, ще позволи да се спестят на първична енергия през периодите на повишено натоварване.

Предаване на електроенергия. Големите енергийни загуби, свързани с пренос на енергия. За да се намали нарастващото използване на далекопроводи и разпределителни мрежи с високо ниво на напрежение. алтернативна посока # 150; Свръхпроводящ електропроводи. Съпротивлението на определени метали пада до нула, когато се охлажда до температури близки до абсолютната нула. От свръхпроводящи кабели може да предава мощност 10 000 MW, така че за осигуряване на захранване само в Ню Йорк ще бъде само с един кабел 60 см в диаметър. Установено е, че някои керамични материали са свръхпроводящи при не много ниски температури постижими с конвенционална хладилни технология. Това изненадващо откритие може да доведе до важни нововъведения не само в областта на предаване на енергия, но също така и в областта на наземния транспорт, компютърна техника и технология на ядрените реактори. Cm. И свръхпроводимост.

Водородът като охладител. водород # 150; Тя е лека газ, но се превръща в течност при - 253 ° С калоричност на течен водород в 2,75 пъти повече от природен газ. Y е водород и предимство на околната среда над природен газ: чрез изгаряне на въздух дава по същество само водна пара.

Водородът може да се транспортира без затруднения от тръбопровод за природен газ. Можете да го съхранявате в течна форма в криогенни резервоари. Водородът лесно дифундира в някои метали като титан. Тя може да се натрупват в такива метали, и след това се изолира чрез нагряване на метала.

Магнитохидродинамика (MHD). Този метод позволява по-ефективно използване на изкопаеми горива. Идеята е да се замени конвенционалната мед намотка ток на дейонизирана електрическа машина (проводима) газ. Най-големият икономически ефект от MHD генератори може да даде, най-вероятно чрез изгаряне на въглища. Тъй като те нямат движещи се механични части, те могат да работят при много високи температури, и осигурява висока ефективност. Теоретично, ефективността на такива генератори може да достигне 50 # 150; 60%, което би означавало да спестят до 20% в сравнение с модерните електроцентрали, използващи изкопаеми енергийни източници. Освен това, MHD генератори произвеждат по-малко отпадъци топлина.

Сериозни изследвания в MHD преобразуватели се провежда в Япония, Германия и особено в България. Така например, в България стартира малък MHD инсталация капацитет от 70 MW на природен газ, който също така служи като пилотен за създаване на мощност от 500 MW. В Съединените щати разработки се извършват по-малък мащаб, най-вече в посока на системи, работещи на въглища. По време 500 часа непрекъснато работили генератор MHD, изградени от "Avco Everett" 200 MW.

Границите на потреблението на енергия. Непрекъснатото нарастване на потреблението на енергия води не само до изчерпване на енергийните ресурси и замърсяване на околната среда, но в крайна сметка може да доведе до значителни промени в температурата и климата на Земята.

Енергията на химически, ядрени и дори геотермални източници в крайна сметка се превръща в топлина. То се предава на земната атмосфера и измества равновесието към по-висока температура. С настоящия растеж на населението и на глава от населението консумацията на енергия до 2060 г. повишаването на температурата може да бъде 1 ° C. Това е забележимо въздействие върху климата.

По-рано в климата може да се промени в резултат на увеличението на съдържанието на въглероден диоксид в атмосферата, произведени от изгарянето на изкопаеми горива. . Вижте също ресурсите от въглища; гориво; Ядрен разпад; Ядрен синтез; Нефт и газ; HYDRO.

Енергийните ресурси на СССР. тома. 1 # 150; 2. М. 1968
Antropov п.к. Енергиен потенциал на Земята. М. 1974
Г-н Odum Odum Д. енергийна основа на човека и природата. М. 1978