Проблеми енергетики. Альтернативна енергетика

23.09.2015

Проблеми енергетики

Мільйони років на Землі в результаті фотосинтезу безперервно накопичувалася промениста енергія Сонця. Давні рослини і тварини, погрузившиеся на дно морів і водойм, віддають нам її тепер у вигляді вугілля, нафти і природного газу — наших основних джерел енергії.

Величезні природні резерви людство витрачало поступово протягом тисячоліть свого існування. Технічний прогрес безперервно збільшує швидкість виснаження цих запасів. Ось чому все частіше починають лунати голоси про перспективу енергетичного голоду та доцільності економії природних ресурсів. І це штовхає вчених та інженерів на пошуки нових шляхів, які допоможуть задовольнити майбутні потреби в енергії.

У яких же напрямках йдуть пошуки вчених? Атомна енергетика, яка вже стала реальністю; проекти використання теплового градієнту у Світовому океані та енергії припливів; створення геотермічних електростанцій; керована термоядерна реакція, над якою працюють протягом багатьох років вчені, і, нарешті, найбільш очевидне — використання сонячної енергії. На думку багатьох вчених, у вирішенні енергетичних проблем майбутнього величезну роль повинна зіграти хімія — гальванічні елементи й акумулятори, паливні елементи і водневе пальне.

Зв’язок між добробутом суспільства і розвитком енергетики відома. Енергетика робить внесок у добробут, забезпечуючи такі області споживання, як опалення, освітлення та приготування їжі, а також забезпечує необхідною енергією виробництво і транспорт.

До недавнього часу у співвідношенні «енергетика — добробут» на першому місці стояла переважно ця вигідна сторона. Разом з тим витрати на енергетику, включаючи не тільки грошові та інші ресурси, спрямовані на одержання і використання енергії, але і витрати, пов’язані з захистом навколишнього посеред! і соціально-політичними пр«б!тзмами, знижують рівень добробуту.

останнім часом першочергове значення набувають саме ці негативні тенденції. По-перше, виникла стійка тенденція до зростання вартості енергії. Так, у США за останні 20 років грошові витрати на постачання нафтопродуктами зросли на 25 %, а вартість виробництва електроенергії на теплових і атомних електростанціях збільшилася на 40 % і більше. При існуючих енергетичних системах і технологіях використання енергії споживачем і при сформованих схемах її споживання більшість промислово розвинених країн вже підійшло до того рубежу, коли з подальшим зростанням виробництва енергії витрати починають перевищувати прибуток.

По-друге, величезна частка тиску на навколишнє середовище, що припадає на енергопостачання, тепер порушує природні процеси вже у широкому масштабі.

Серед екологічних проблем, пов’язаних з розвитком енергетики, найбільш загрозливою є проблема сильного потепління. Клімат визначає більшість екологічних процесів, що мають вирішальне значення для добробуту населення. Вуглекислий газ, що накопичується в атмосфері в результаті спалювання викопного палива, що створює умову для виникнення парникового ефекту і зміни кліма-ту.Тривога міжнародної громадськості з цього приводу постійно звучить у заявах конференцій метеорологів, океанологів та представників інших областей геонаук.

Проблеми забруднення навколишнього середовища і безпеки експлуатації енерговиробляючий обладнання, колишні досі локальними, приймають регіональний чи глобальний характер.

Здатність навколишнього середовища поглинати газові викиди та інші відходи енергетики не безмежна, її можна віднести до так званих обмежених ресурсів. Ця обмеженість матеріалізується у двох видах витрат на навколишнє середовище. «Зовнішні» витрати суспільство несе із-за руйнування навколишнього середовища, але вони не відображаються на грошових рахунках споживачів і виробників енергії. «Внутрішні» витрати — це збільшення грошових витрат у зв’язку з тими чи іншими заходами органів охорони навколишнього середовища, що приймаються для зниження «зовнішніх» витрат.

Та «зовнішні» і «внутрішні» витрати на навколишнє середовище ростуть і будуть рости з цілого ряду причин. По-перше, при використанні традиційних видів палива все більш гіршої якості збільшується маса переробляються і переміщуваних матеріалів, подовжуються перевезення, стають необхідними все більш потужні энергосооружения і установки. По-друге, зростаючий обсяг викидів і відходів енергетичних систем привів до того, що досягла межі здатність навколишнього середовища поглинати ці викиди і відходи без шкоди для себе.

В даний час людство стоїть перед дилемою: з одного боку, без енергії не можна забезпечити матеріальне благополуччя людей, з іншого — збереження існуючих темпів її споживання може привести до руйнування навколишнього середовища і як наслідок — до зниження життєвого рівня і навіть до загрози самому існуванню.

Для того, щоб згладити суперечності між енергетикою, економікою та екологією, необхідно досягти більш правильного розуміння нинішньої ситуації.можливостей і бажаного напряму її розвитку. Потрібно широке публічне обговорення, яке повинно бути підкріплено інтенсивними дослідженнями для визначення схеми енергетики майбутнього.

Проблема пошуку розумних і не загрожують тяжкими наслідками шляхів розвитку енергетики — основне завдання при розробці енергетичної політики.

В якості вирішення проблеми впливу енергетики на навколишнє середовище часто пропонують економію енергії. Безумовно, тут є великі резерви, і людство постійно йде по цьому шляху. Якою мірою промисловий прогрес привів до досягнення економії первинної енергії за останні 100 з невеликим років, легко бачити на. прикладі парових машин. Якщо ККД парових машин в середині минулого століття становив 3-5 %, то сучасні комбіновані системи, що виробляють енергію і складаються з газовій і паровій турбін, мають ККД, що досягає 42 %, тобто в наявності 10-кратна економія енергії.

До аналогічного результату приводить впровадження більш досконалих технологій використання енергії для виробництва одиниці продукції. Так, в Англії за останні 100 років інтенсивність споживання енергії на одиницю валового продукту знизилася більш ніж у 2,5 рази. Тим не менш виробництво первинної енергії продовжувало зростати і в порівнянні з серединою минулого століття в розрахунку на душу населення в Англії, наприклад, збільшилася в 1,5 рази і складає в даний час 6 т у.т. (умовного палива) в рік, у США ще більше і становить 12 т у.т. Однак, навіть якщо виробництво енергії залишиться на існуючому рівні, гострота проблем, пов’язаних з енергетикою, не зменшиться.

Які ж тенденції та прогнози розвитку енергетики? У минулому найбільша частка енергії, яка використовується для промислових цілей, припадала на нафту і газ, а їх споживання збільшувалося кожні 15-20 років. Якщо така швидкість збережеться, то в найближчі 30-40 років початкові запаси вичерпаються на 88 %.

Існують більш значні запаси іншого викопного палива — кам’яного вугілля, однак його видобуток і використання створюють безліч екологічних проблем. Отримання ядерної енергії навряд чи знайде широке застосування,’ перш ніж будуть створені реактори нового покоління з помітно поліпшеними характеристиками безпеки і преждсчем проблема видалення радіоактивних відходів буде вирішена ре-, но, а не на папері.

Для того, щоб підтримувати сучасний рівень добробуту, людству доведеться перейти на нові системи енергопостачання. Без цього сумарне споживання високоякісних енергетичних ресурсів при нижчій здатності навколишнього середовища справлятися з тиском енергетики призведе до зростання загальних витрат навіть при постійному рівні енергоспоживання. Щоб забезпечити економічний розвиток людства без значних витрат, які можуть звести нанівець всі вигоди, потрібно ще швидше переходити на більш екологічно чисті технології виробництва енергії.

Для вироблення розумної стратегії в енергетиці вкрай важливо прискорення досліджень і розробок по використанню перспективних альтернативних джерел енергії і в першу чергу сонячної енергії.

Прогнози щодо тенденцій розвитку енергетики говорять про те, що частка сонячної енергетики в різних її формах буде безперервно зростати.

Так, якщо в США в 1989 р. на поновлювані джерела доводилося 7,6 %,а на ядерне паливо — 6,6 %, згідно з прогнозом до 2000 р. частка ядерного палива залишиться на колишньому рівні, в той час як частка сонячної енергії зросте до 23,8 %, енергія вітру — до 5,9 %, гідроенергія становитиме 4,2 %, енергія біомаси — 17,9 %.

Широкого впровадження сонячної енергетики перешкоджає її дорожнеча. Вона настільки в’їлася в суспільну свідомість, що використання енергії Сонця відносять до далекого майбутнього, не заперечуючи при цьому перспективності використання сонячної енергії для локальних потреб. Для її оцінки необхідно брати до уваги існуючі тенденції зміни цін енергії отримується від Сонця і традиційних джерел. Як показує розвиток енергетики, ці протилежні тенденції: ціни на сонячну енергію безперервно знижуються, а на енергію від традиційних джерел — підвищуються. Вже зараз вартість енергії, одержуваної з допомогою перетворення сонячної енергії термодинамічним методом, наблизилася до вартості енергії теплових станцій.

Разом з тим є особливості, які призводять до виникнення ряду проблем при використанні сонячної енергії. Вона має низьку щільність потоку, яка в тисячу разів менше, ніж у сучасних парогенераторах. Іншою особливістю сонячної енергії, що ускладнює її використання, є мінливість потоку сонячного випромінювання: він змінюється протягом доби і року, а також в залежності від метеоумов.

Основними методами перетворення сонячної енергії є термодинамічний цикл, фотоелектричного перетворення і біоконверсія, кожен з яких окремо не вирішує задачу. Однак об’єднання всіх методів перетворення в гібридних системах Дозволяє принципово виробляти найдешевшу енергію і подолати труднощі, пов’язані з добової і сезонної циклічністю надходження сонячного випромінювання та залежністю від погодних умов.

Короткий опис статті: альтернативна енергетика

Джерело: Проблеми енергетики. Альтернативна енергетика

Також ви можете прочитати