Глобальные проблемы человечества. Энергетическая проблема

метки: Проблема, Энергетический, Энергия, Ресурс, Перспективный, Гидроэнергия, Образование, Производство

Принято считать, что в эпоху глобализации человечество столкнулось с множеством «глобальных» проблем: экономическими, политическими, экологическими, демографическими и продовольственными. На самом деле есть только одна глобальная проблема — энергетическая, поскольку при достаточном количестве энергии все остальные проблемы принципиально разрешимы.

Анализ потенциала природных ресурсов Земли свидетельствует о том, что человечество обеспечено энергией на длительную перспективу. Нефть и газ обладают достаточно мощным ресурсом, однако этот «золотой фонд» планеты необходимо не только рационально использовать в XXI в., но и сохранить для будущих поколений

Глобальная энергетическая проблема — это проблема обеспечения человечества топливом и энергией в настоящее время и в обозримом будущем.

Энергия — основной ресурс, обеспечивающий существование современной цивилизации

Мировые потребности в энергии сейчас удовлетворяются в основном за счет нефти, природного газа и угля. Но их запасы имеют пределы . В таблице 1 приведены мировые запасы традиционных источников энергии.

	Запасы, млрд. ГДж
Уголь	17640
Нефть	8316
Газ	8411
Ядерный реактор	9450

Таблица 1 Мировые запасы традиционных источников энергии

Классификация энергетических ресурсов

Энергетические ресурсы— все доступные для промышленного и бытового использования источники разнообразных видов энергии: механической, тепловой, химической, электрической, ядерной.

Среди первичных энергоресурсов различают не возобновляемые (невоспроизводимые) и возобновляемые (воспроизводимые) энергетические ресурсы. К числу не возобновляемых энергетических ресурсов относятся в первую очередь органические виды минерального топлива, добываемые из земных недр: нефть, природный газ, уголь, горючие сланцы, другие битуминозные горные породы, торф. Они используются в современном мировом хозяйстве в качестве топливно-энергетического сырья особенно широко и, поэтому, нередко называется традиционными энергетическими ресурсами. К возобновляемым (воспроизводимым и практически неисчерпаемым) энергетическим ресурсам относятся гидроэнергия (гидравлическая энергия рек), а также так называемые нетрадиционные (или альтернативные) источники энергии: солнечная, ветровая, энергия внутреннего тепла Земли (в том числе геотермальная), тепловая энергия океанов, энергия приливов и отливов. Особо должна быть выделена ядерная или атомная энергия, относимая к не возобновляемым энергетическими ресурсами, так как её источником являются радиоактивные (преимущественно урановые) руды. Однако со временем, с постепенной заменой атомных электростанций (АЭС), работающих на тепловых нейтронах, атомными электростанциями, использующими реакторы-размножители на быстрых нейтронах, а в будущем термоядерную энергию, ресурсы ядерной энергетики станут практически неисчерпаемыми.

Темпы научно-технического прогресса, интенсификация общественного производства, улучшение условий труда и решение многих социальных проблем в значительной мере определяются уровнем использования энергетических ресурсов. Развитие топливно-энергетического комплекса и энергетики является одной из важнейших основ развития всего современного материального производства.

Виды энергетических ресурсов

Энергия термоядерного синтеза.

Такую энергию можно получать за счет образования тяжелых ядер из более легких. Этот процесс называется реакцией ядерного синтеза. Как и при делении ядер, небольшая доля массы преобразуется в большое количество энергии. Энергия, излучаемая Солнцем, возникает в результате образования ядер гелия из сливающихся ядер водорода. На Земле ученые ищут способ осуществления управляемого ядерного синтеза с использованием небольших, поддающихся контролю масс ядерного материала.

Исследования в области управляемого термоядерного синтеза ведутся в двух основных направлениях. Одно из них – удержание плазмы магнитным полем, как бы в магнитной бутылке. Второе (метод инерционного удержания плазмы) – очень быстрое нагревание лучом мощного лазера (см. ЛАЗЕР) дейтерий-тритиевой крупинки (таблетки), вызывающее реакцию термоядерного синтеза в форме управляемого взрыва.

Энергия ядер дейтерия, содержащихся в 1 м3 воды, равна примерно 3ґ1012 Дж. Иначе говоря, 1 м3 морской воды в принципе может дать столько же энергии, как и 200 т нефти-сырца. Таким образом, мировой океан представляет собой практически неограниченный источник энергии.

В настоящее время ни методом магнитного, ни методом инерционного удержания плазмы еще не удалось создать условия, необходимые для термоядерного синтеза. Хотя наука неуклонно движется по пути все более глубокого понимания основных принципов реализации обоих методов, пока нет оснований полагать, что термоядерный синтез начнет давать реальный вклад в энергетику ранее 2010.

АЛЬТЕРНАТИВНЫЕ ИСТОЧНИКИ ЭНЕРГИИ

[Электронный ресурс]//URL: https://drprom.ru/referat/problemyi-energeticheskogo-prava/

Солнечная энергия.

У солнечной энергии два основных преимущества. Во-первых, ее много и она относится к возобновляемым энергоресурсам: длительность существования Солнца оценивается приблизительно в 5 млрд. лет. Во-вторых, ее использование не влечет за собой нежелательных экологических последствий.

Однако использованию солнечной энергии мешает ряд трудностей. Хотя полное количество этой энергии огромно, она неконтролируемо рассеивается. Чтобы получать большие количества энергии, требуются коллекторные поверхности большой площади. Кроме того, возникает проблема нестабильности энергоснабжения: солнце не всегда светит. Даже в пустынях, где преобладает безоблачная погода, день сменяется ночью. Следовательно, необходимы накопители солнечной энергии. И наконец, многие виды применения солнечной энергии еще как следует не апробированы, и их экономическая рентабельность не доказана.

Геотермальная энергия.

Геотермальная энергия, т.е. теплота недр Земли, уже используется в ряде стран, например в Исландии, России, Италии и Новой Зеландии. Земная кора толщиной 32–35 км значительно тоньше лежащего под ней слоя – мантии, простирающейся примерно на 2900 км к горячему жидкому ядру. Мантия является источником богатых газами огненно-жидких пород (магмы), которые извергаются действующими вулканами. Тепло выделяется в основном вследствие радиоактивного распада веществ в земном ядре. Температура и количество этого тепла столь велики, что оно вызывает плавление пород мантии. Горячие породы могут создавать тепловые «мешки» под поверхностью, в контакте с которыми вода нагревается и даже превращается в пар. Поскольку такие «мешки» обычно герметичны, горячая вода и пар часто оказываются под большим давлением, а температура этих сред превышает точку кипения воды на поверхности земли. Наибольшие геотермальные ресурсы сосредоточены в вулканических зонах по границам корковых плит.

Основным недостатком геотермальной энергии является то, что ее ресурсы локализованы и ограничены, если изыскания не показывают наличия значительных залежей горячей породы или возможности бурения скважин до мантии. Существенного вклада этого ресурса в энергетику можно ожидать только в локальных географических зонах.

Гидроэнергия.

Гидроэнергетика дает почти треть электроэнергии, используемой во всем мире. Норвегия, где электроэнергии на душу населения больше, чем где-либо еще, живет почти исключительно гидроэнергией.

На гидроэлектростанциях (ГЭС) и гидроаккумулирующих электростанциях (ГАЭС) используется потенциальная энергия воды, накапливаемой с помощью плотин. У основания плотины расположены гидротурбины, приводимые во вращение водой (которая подводится к ним под нормальным давлением) и вращающие роторы генераторов электрического тока.

Гидроэнергия – один из самых дешевых и самых чистых энергоресурсов. Он возобновляем в том смысле, что водохранилища пополняются приточной речной и дождевой водой. Остается под вопросом целесообразность строительства ГЭС на равнинах.

Приливная энергетика.

Существуют приливные электростанции, в которых используется перепад уровней воды, образующийся во время прилива и отлива. Для этого отделяют прибрежный бассейн невысокой плотиной, которая задерживает приливную воду при отливе. Затем воду выпускают, и она вращает гидротурбины.

Приливные электростанции могут быть ценным энергетическим подспорьем местного характера, но на Земле не так много подходящих мест для их строительства, чтобы они могли изменить общую энергетическую ситуацию.

Ветроэнергетика.

Ветроэнергетика — отрасль энергетики, специализирующаяся на преобразовании кинетической энергии воздушных масс в атмосфере в электрическую, механическую, тепловую или в любую другую форму энергии, удобную для использования в народном хозяйстве. Такое преобразование может осуществляться такими агрегатами, как ветрогенератор (для получения электрической энергии), ветряная мельница (для преобразования в механическую энергию), парус (для использования в транспорте) и другими. Твердые отходы и биомасса.

Были предложения выращивать растения (в том числе и лес) как источник энергии. Быстрорастущие водяные растения способны давать до 190 т сухого продукта с гектара в год. Такие продукты можно сжигать в качестве топлива или пускать на перегонку для получения жидких или газообразных углеводородов. В Бразилии сахарный тростник был применен для производства спиртовых топлив, заменяющих бензин. Их стоимость ненамного превышает стоимость обычных ископаемых энергоносителей. При правильном ведении хозяйства такой энергоресурс может быть восполняемым. Необходимы дополнительные исследования, особенно быстрорастущих культур и их рентабельности с учетом затрат на сбор, транспортировку и размельчение.

Топливные элементы.

Топливные элементы как преобразователи химической энергии топлива в электроэнергию характеризуются более высоким КПД, нежели теплоэнергетические устройства, основанные на сжигании. Если КПД типичной электростанции, сжигающей топливо, не превышает примерно 40%, то КПД топливного элемента может достигать 85%. Правда, пока что топливные элементы относятся к дорогостоящим источникам электроэнергии.

Использование энергетических ресурсов

Глобальный спрос на энергию увеличивается стремительно (около 3 % в год).

При сохранении такого темпа к середине XXI в. мировой энергобаланс может возрасти в 2,5 раза, к концу века – в 4 раза (рис.1).

Сейчас мы потребляем нефть, газ и уголь со скоростью, примерно в миллион раз превышающей скорость их естественного образования в земной коре. Очевидно, что рано или поздно они будут исчерпаны и перед человечеством встанет вопрос: чем их заменить? Если сопоставить остающиеся в распоряжении человечества ископаемые энергоресурсы и возможные сценарии развития мировой экономики, демографии и технологии, то это время, в зависимости от принятого сценария, составляет от нескольких десятков до пары сотен лет. (таб. 2)

Природные ресурсы

Краткая характеристика состояния, запасов, степени и перспектив использования

Нефть Природный газ Уголь Сланцы Торф Гидроэнергия рек Энергия атомного распада и ядерного синтеза Геотермальная энергия Энергия морских приливов и отливов, океанские течения Солнечная радиация Ветровая энергия

Запасы – 270 – 300 млрд. т нефтяного эквивалента (НЭ). Ежегодный расход – свыше 3 – х млрд. т. Перспективны на ближайшие 30 – 50 лет. Запасы 270 млрд. т НЭ (145 трлн. куб. м). Ежегодный расход – 2400 млрд. куб. м. Перспективны на 30 – 60 лет. Запасы – 10 трлн. т НЭ (1,5 трлн. т). Ежегодный расход – 5 млрд. т. Перспективны на 200 и более лет (при соблюдении экологической безопасности). Запасы значительны (40 трлн. т НЭ). Используются слабо. Мало перспективны из – за высокой трудоёмкости добычи и значительных отходов. Запасы значительны (150 млрд. т по углероду). Малоперспективны из – за высокой зольности торфа и комплекса экологических нарушений во время добычи. Ограничена. Активно используется, несмотря на экологические проблемы. Перспективна, особенно в развивающихся Запасы физически неисчерпаемы. Экологически крайне опасна, пока не найдены способы надёжной безопасности производства и дезактивации отходов. Значительна. Слабо используется. Перспективна. Значительна. Слабо используется. Перспективна. Практически неисчерпаема. Использование ограничено естественным оттоком энергии из биосферы. Перспективна. Используется давно. Имеет локальное значение. В таком качестве перспективна.