Глобалният енергиен проблем е преди всичко проблемът за постоянното и непрекъснато снабдяване на човечеството с гориво и енергия. Местни енергийни кризи също са възникнали в минали епохи (например в Англия през 18 век поради изчерпването на горските ресурси и прехода към въглища). Но като глобален проблем липсата на енергийни ресурси се проявява през 70-те години. XX век, когато избухва енергийната криза, изразяваща се в рязко повишаване на цените на петрола (14,5 пъти през 1972-1981 г.), което създава сериозни трудности за световната икономика.

Въпреки че много от трудностите на онова време са преодолени, глобалният проблем с осигуряването на гориво и енергия остава важен и днес.

главната причинапоявата на глобален енергиен проблем трябва да се счита за много бързо нарастване на потреблението на минерални горива, особено през 60-70-те години. 20-ти век По данни на руския географ В. П. Макс от векове само за периода от 1960 до 1980 г. от добиваните от началото на миналия век от недрата на Земята.

Дългият период на доста разточителна експлоатация на горивни и енергийни ресурси доведе до редица негативни последици. Първо, в много случаи имаше влошаване на минно-геоложките условия на възникване на добитото гориво, което доведе до увеличаване на производствените разходи (средната дълбочина на добива на въглища сега е 500-600 m, а петролът - 2000-4000 м). други отрицателна последицасе състои във въздействието на минната индустрия върху влошаването на екологичната ситуация (разширяване на открития добив, офшорния добив и др.).

Основните начини за решаване на глобалния енергиен проблем включват както традиционни, предимно екстензивни, така и по-нови, интензивни.

Обширен начин за решаване на енергийния проблем включва допълнително увеличаване на производството на енергия и абсолютно увеличение на потреблението на енергия. Този път остава актуален за съвременната световна икономика. Световното потребление на енергия в абсолютно изражение от 1996 г. до 2003 г. се е увеличило от 12 милиарда на 15,2 милиарда тона референтно гориво. В същото време редица държави са изправени пред достигане на лимита на собственото си енергийно производство (Китай) или пред перспективата за намаляване на това производство (Великобритания).Това развитие на събитията подтиква търсенето на начини за използване на енергийните ресурси по-рационално.

На тази основа се дава тласък на интензивен начин за решаване на енергийния проблем, който се състои преди всичко в увеличаване на производството на единица потребление на енергия. Енергийната криза от 70-те години. ускори разработването и внедряването на енергоспестяващи технологии, даде тласък на преструктурирането на икономиката. Тези мерки, прилагани най-последователно от развитите страни, позволиха до голяма степен да смекчат последиците от енергийната криза.

Политиката за пестене на енергия започна да се прилага и в промишлеността, и в транспорта, и в обществения сектор. Във всички временни условия един тон енергоносител, спестен в резултат на мерките за опазване, струва 3-4 пъти по-евтино от един тон допълнително произведен. Това обстоятелство е мощен стимул за много страни да повишат ефективността на използването на енергоносители. За последната четвърт на ХХ век. енергоемкостта на икономиката на САЩ е намаляла наполовина, а на Германия – 2,5 пъти.

Под влияние на енергийната криза развитите страни от 1970-80г. извърши мащабно преструктуриране на икономиката в посока намаляване на дела на енергоемките отрасли. По този начин енергоемкостта на машиностроенето и особено на сектора на услугите е 8-10 пъти по-ниска, отколкото в самия горивно-енергиен комплекс или в металургията. Енергоемките индустрии бяха ограничени и прехвърлени в развиващите се страни. Структурната корекция в посока енергоспестяване води до 20% икономии на горивни и енергийни ресурси на единица БВП.

Важен резерв за повишаване на ефективността на използването на енергията е подобряването на технологичните процеси за функциониране на апаратите и оборудването. Въпреки факта, че тази посока е много капиталоемка, въпреки това тези разходи са 2-3 пъти по-малко от разходите, необходими за еквивалентно увеличаване на добива (производството) на гориво и енергия. Основните усилия в тази област са насочени към подобряване на двигателите и целия процес на използване на горивото. В същото време, въпреки всички постижения на техниката и технологиите, средното световно ниво на полезно използване на първичните енергийни ресурси в началото на XXI век. е "/s (при изгаряне на въглища - 20%, петрол - 24, природен газ - 48%). Сравнително малко внимание се обръща на спестяването на топлинна енергия и най-вече на топлоизолацията на сградите.

Така на настоящия етап и за много години напред решението на глобалния енергиен проблем ще зависи от степента на намаляване на енергоемкостта на икономиката, т.е. от потреблението на енергия за единица произведен БВП.

Няма глобален енергиен проблем в предишното му разбиране като заплаха от абсолютен дефицит на ресурси в света. Въпреки това проблемът с осигуряването на енергийни ресурси остава в модифициран вид.

Развитите страни са постигнали най-голям успех по пътя на енергоспестяването и структурното преструктуриране на икономиката. Трябва обаче да се има предвид, че енергоспестяването се проявява в най-голяма степен в индустрията, но под влияние на евтиния петрол през 90-те години. малък ефект върху транспорта.

За разлика от развитите страни, икономиката на страните с икономики в преход, водещите развиващи се и новоиндустриализираните страни е все още много енергоемка. Освен това в много развиващи се страни трябва да се очаква увеличение на потреблението на енергия както поради повишаване на жизнения стандарт и промяна в начина на живот на населението, така и поради липсата на средства в много от тези страни за намаляване на енергийната интензивност на икономиката.

Друга причина за кризата може да бъде напоследък нарастващата нужда на развитите страни от внос на енергийни ресурси (по-специално поради изчерпването или нерентабилността на собствените им находища), чиито доставчици са предимно развиващи се страни и някои страни с икономики в преход. Към това може да се добави нарастващата конкуренция на световния енергиен пазар между развитите страни и големите индустриализиращи се държави (Китай, Индия, Бразилия). Всички тези обстоятелства, съчетани с военна и политическа нестабилност в някои региони, могат да причинят значителни колебания в нивото на световните цени на енергийните ресурси и сериозно да повлияят на динамиката на търсенето и предлагането, както и на производството и потреблението на енергийни продукти, понякога създавайки кризисни ситуации.

Министерство на земеделието и храните на Руската федерация

FGOU VPO Уралска държавна селскостопанска академия

Катедра Екология и зоохигиена

Есе по екология:

Енергийните проблеми на човечеството

Художник: ANTONIO

студент ФТЖ 212Т

Ръководител: Лопаева

Надежда Леонидовна

Екатеринбург 2007 г

Въведение. 3

Енергетика: прогноза от гледна точка на устойчивото развитие на човечеството. 5

Нетрадиционни източници на енергия. единадесет

Енергия на слънцето. 12

вятърна енергия. петнадесет

Топлинна енергия на земята. осемнадесет

Енергия на вътрешните води. 19

Енергия от биомаса.. 20

Заключение. 21

Литература. 23

Въведение

Сега, повече от всякога, възникна въпросът какво ще бъде бъдещето на планетата по отношение на енергията. Какво очаква човечеството - енергиен глад или енергийно изобилие? Във вестници и различни списания има все повече статии за енергийната криза. Заради петрола възникват войни, държави процъфтяват и обедняват, правителства се сменят. Съобщенията за пускането на нови инсталации или за нови изобретения в областта на енергетиката започнаха да се приписват на категорията на вестникарските сензации. Разработват се гигантски енергийни програми, чието изпълнение ще изисква огромни усилия и огромни материални разходи.

Ако в края на 19-ти век енергията играе, като цяло, спомагателна и незначителна роля в световния баланс, то още през 1930 г. в света са произведени около 300 милиарда киловатчаса електроенергия. С течение на времето - гигантски числа, огромни темпове на растеж! И въпреки това ще има малко енергия - търсенето на нея расте още по-бързо. Нивото на материалната и в крайна сметка духовната култура на хората е в пряка зависимост от количеството енергия, с която разполагат.

За да извлечете руда, да изтопите метал от нея, да построите къща, да направите каквото и да е нещо, трябва да изразходвате енергия. И човешките нужди нарастват през цялото време и има все повече и повече хора. Така че защо да спрем? Учените и изобретателите отдавна са разработили множество начини за производство на енергия, предимно електрическа. Нека тогава да строим още и още електроцентрали, и ще има толкова енергия, колкото е необходима! Оказва се, че такова привидно очевидно решение на сложен проблем е изпълнено с много клопки. Неумолимите закони на природата гласят, че е възможно да се получи използваема енергия само чрез нейната трансформация от други форми.

Вечните двигатели, които уж произвеждат енергия и не я вземат от никъде, за съжаление, са невъзможни. И структурата на световната енергийна икономика днес се е развила по такъв начин, че четири от всеки пет произведени киловата се получават по принцип по същия начин, по който първобитният човек се е затоплял, тоест чрез изгаряне на гориво или чрез използване на химикала съхраняваната в него енергия, превръщайки я в електрическа в топлоелектрически централи.

Вярно е, че методите за изгаряне на гориво са станали много по-сложни и съвършени. Повишените изисквания за опазване на околната среда изискват нов подход към енергията. В разработването на Енергийната програма взеха участие най-изтъкнатите учени и специалисти от различни области. С помощта на най-новите математически модели електронните компютри са изчислили няколкостотин варианта за структурата на бъдещия енергиен баланс. Намерени са фундаментални решения, които определят стратегията за развитие на енергетиката за следващите десетилетия. Въпреки че енергийният сектор на близкото бъдеще все още ще се основава на топлоенергетика, използваща невъзобновяеми ресурси, неговата структура ще се промени. Използването на масло трябва да се намали. Производството на електроенергия в атомните електроцентрали ще се увеличи значително.

Енергетика: прогноза от гледна точка на устойчивото развитие на човечеството

По какви закони ще се развива енергетиката на света в бъдеще, въз основа на Концепцията на ООН за устойчиво развитие на човечеството? Резултатите от изследванията на иркутските учени, тяхното сравнение с произведенията на други автори позволиха да се установят редица общи закономерности и характеристики.

Концепцията за устойчиво развитие на човечеството, формулирана на Конференцията на ООН в Рио де Жанейро през 1992 г., несъмнено засяга и енергийния сектор. Конференцията показва, че човечеството не може да продължи да се развива по традиционния начин, който се характеризира с нерационално използване на природните ресурси и прогресивно негативно въздействие върху околната среда. Ако развиващите се страни вървят по същия път, по който развитите страни са постигнали своето благосъстояние, тогава глобалната екологична катастрофа ще бъде неизбежна.

Концепцията за устойчиво развитие се основава на обективната необходимост (както и правомерността и неизбежността) от социално-икономическото развитие на страните от третия свят. Развитите страни очевидно биха могли да се "примирят" (поне за известно време) с постигнатото ниво на просперитет и потребление на ресурсите на планетата. Тук обаче не става дума само за запазване на околната среда и условията за съществуване на човечеството, но и за едновременно повишаване на социално-икономическото ниво на развиващите се страни („Юг“) и доближаването му до нивото на развитите страни („Север“ ").

Изискванията за енергията за устойчиво развитие, разбира се, ще бъдат по-широки, отколкото за чистата енергия. Изискванията за неизчерпаемост на използваните енергийни ресурси и чистота на околната среда, залегнали в концепцията за екологично чиста енергийна система, задоволяват двата най-важни принципа на устойчивото развитие - интересите на бъдещите поколения и опазването на околната среда. Анализирайки останалите принципи и характеристики на концепцията за устойчиво развитие, можем да заключим, че в този случай към енергийния сектор трябва да бъдат представени поне две допълнителни изисквания:

Осигуряване на потребление на енергия (включително енергийни услуги за населението) не под определен социален минимум;

Развитието на националната енергетика (както и на икономиката) трябва да бъде взаимно съгласувано с развитието й на регионално и глобално ниво.

Първият следва от принципите на приоритета на социалните фактори и осигуряването на социална справедливост: за да се реализира правото на хората на здравословен и ползотворен живот, да се намали разликата в жизнения стандарт на народите по света, да се изкоренят бедността и нищетата , е необходимо да се осигури определен жизнен минимум, включително задоволяване на минимално необходимите енергийни потребности на населението и икономиката.

Второто изискване е свързано с глобалния характер на предстоящата екологична катастрофа и необходимостта от координирани действия на цялата световна общност за премахване на тази заплаха. Дори страни, които имат достатъчно собствени енергийни ресурси, като Русия, не могат да планират енергийното си развитие изолирано поради необходимостта да се вземат предвид глобалните и регионалните екологични и икономически ограничения.

През 1998-2000г ISEM SB RAS проведе изследване на перспективите за развитие на енергийната индустрия на света и неговите региони през 21 век, в което, наред с обикновено поставените цели, за определяне на дългосрочни тенденции в развитието на енергетиката, рационални посоки на научно-техническия прогрес и др. направен е опит за тестване на получените варианти за развитие на енергийния сектор „за устойчивост“, т.е. за спазване на условията и изискванията на устойчивото развитие. В същото време, за разлика от вариантите за развитие, които бяха разработени по-рано на принципа "какво ще стане, ако ...", авторите се опитаха да предложат, ако е възможно, правдоподобна прогноза за развитието на енергийната индустрия в света и неговите региони през 21 век. При цялата си условност се дава по-реалистична представа за бъдещето на енергията, възможното й въздействие върху околната среда, необходимите икономически разходи и т.н.

Общата схема на тези изследвания е до голяма степен традиционна: използването на математически модели, за които се подготвя информация за енергийните нужди, ресурси, технологии и ограничения. За да се вземе предвид несигурността на информацията, предимно за енергийните нужди и ограничения, се формира набор от сценарии за бъдещи условия за развитие на енергийната индустрия. След това резултатите от изчисленията на моделите се анализират със съответните заключения и препоръки.

Основният изследователски инструмент беше Global енергиен модел GEM-10R. Този модел е оптимизационен, линеен, статичен, мултирегионален. По правило светът беше разделен на 10 региона: Северна Америка, Европа, държави бившия СССР, Латинска Америка, Китай и др. Моделът оптимизира енергийната структура на всички региони едновременно, отчитайки износа-вноса на горива и енергия за 25-годишни интервали - 2025, 2050, 2075 и 2100 г. Оптимизира се цялата технологична верига, като се започне от добива (или производството) на първичните енергийни ресурси и се стигне до технологиите за производство на четири вида крайна енергия (електрическа, топлинна, механична и химическа). Моделът представя няколкостотин технологии за производство, преработка, транспорт и потребление на първични енергийни ресурси и вторични енергийни носители. Предвидени са екологични регионални и глобални ограничения (за емисии на CO 2 , SO 2 и прахови частици), ограничения върху развитието на технологиите, изчисляване на разходите за развитие и експлоатация на енергетиката в регионите, определяне на двойни оценки и др. енергийните ресурси (включително възобновяемите) в регионите са определени с разделяне на 4-9 категории разходи.

Анализът на резултатите показа, че получените варианти за развитие на енергийния сектор на света и регионите все още са трудни за изпълнение и не отговарят напълно на изискванията и условията за устойчиво развитие на света в социално-икономически аспекти. По-специално, разглежданото ниво на потребление на енергия изглежда, от една страна, трудно постижимо и, от друга страна, не осигурява желаното сближаване на развиващите се страни с развитите страни по отношение на потреблението на енергия на глава от населението и икономическото развитие (специфично БВП). В тази връзка е направена нова (по-ниска) прогноза за потребление на енергия, като се предполага по-висок темп на намаляване на енергоемкостта на БВП и предоставяне на икономическа помощ от развитите страни на развиващите се.

Високото ниво на потребление на енергия се определя на базата на специфичния БВП, който в общи линии съответства на прогнозите на Световната банка. В същото време в края на 21 век развиващите се страни ще достигнат едва сегашното ниво на БВП в развитите страни, т.е. разликата ще бъде около 100 години. При варианта за ниско потребление на енергия размерът на помощта от развитите страни за развиващите се беше приет въз основа на показателите, обсъждани в Рио де Жанейро: около 0,7% от БВП на развитите страни, или 100-125 милиарда долара. през годината. В същото време растежът на БВП в развитите страни донякъде намалява, докато в развиващите се страни се увеличава. Средно БВП на глава от населението при този сценарий се увеличава в целия свят, което показва целесъобразността на предоставянето на такава помощ от гледна точка на цялото човечество.

Потреблението на енергия на глава от населението в ниския вариант в индустриализираните страни ще се стабилизира, в развиващите се ще се увеличи до края на века около 2,5 пъти, а средно по света - 1,5 пъти спрямо 1990 г. Абсолютното световно потребление на енергия (отчитайки нарастването на населението) ще се увеличи до края на началото на века според високата прогноза с около 3,5 пъти, според ниската прогноза - с 2,5 пъти.

Използването на някои видове първични енергийни ресурси се характеризира със следните особености. Петролът във всички сценарии се консумира приблизително еднакво - през 2050 г. се достига пикът на производството му, а до 2100 г. евтините ресурси (от първите пет категории разходи) са напълно или почти напълно изчерпани. Тази стабилна тенденция се обяснява с високата ефективност на петрола за производство на механична и химическа енергия, както и на топлина и пиково електричество. В края на века петролът е заменен от синтетични горива (предимно от въглища).

Производството на природен газ непрекъснато нараства през века, достигайки максимум в края му. Двете най-скъпи категории (неконвенционален метан и метан хидрати) се оказаха неконкурентоспособни. Газът се използва за производство на всички видове крайна енергия, но най-вече за производство на топлина.

Въглищата и ядрената енергетика са обект на най-големи промени в зависимост от въведените ограничения. Тъй като са приблизително еднакво икономични, те се заменят взаимно, особено в "екстремните" сценарии. Използват се предимно в електроцентрали. Значителна част от въглищата през втората половина на века се преработват в синтетично моторно гориво, а ядрената енергия при сценарии със строги ограничения върху емисиите на CO 2 се използва в голям мащаб за производство на водород.

Използването на възобновяеми енергийни източници варира значително в различните сценарии. Само традиционната хидроенергия и биомаса, както и евтините вятърни ресурси се използват по устойчив начин. Другите видове ВЕИ са най-скъпите ресурси, затварят енергийния баланс и се развиват според нуждите.

Интересно е да се анализират разходите за глобална енергия при различни сценарии. Те са най-малко, разбира се, в последните два сценария с намалена консумация на енергия и умерени ограничения. До края на века те се увеличават около 4 пъти спрямо 1990 г. Най-високи разходи са получени при сценарий с повишено потребление на енергия и строги ограничения. В края на века те са 10 пъти по-високи от разходите от 1990 г. и 2,5 пъти по-високи от разходите в най-новите сценарии.

Трябва да се отбележи, че въвеждането на мораториум върху ядрената енергия при липса на ограничения върху емисиите на CO 2 увеличава разходите само с 2%, което се обяснява с приблизително еднаквата ефективност на атомните електроцентрали и електроцентралите, работещи с въглища. Въпреки това, ако се въведат строги ограничения върху емисиите на CO 2 по време на мораториум върху ядрената енергия, разходите за енергия ще се удвоят почти.

Следователно „цените“ на ядрения мораториум и ограниченията върху емисиите на CO 2 са много високи. Анализът показа, че разходите за намаляване на емисиите на CO 2 могат да възлизат на 1-2% от световния БВП, т.е. те се оказват съпоставими с очакваните щети от изменението на климата на планетата (при затопляне с няколко градуса). Това дава основание да се говори за допустимост (или дори необходимост) от облекчаване на ограниченията върху емисиите на CO 2 . Всъщност се изисква минимизиране на сумата от разходите за намаляване на емисиите на CO 2 и щетите от изменението на климата (което, разбира се, е изключително трудна задача).

Много е важно допълнителните разходи за намаляване на емисиите на CO 2 да се поемат главно от развиващите се страни. Междувременно тези държави, от една страна, не са виновни за създадената ситуация с парниковия ефект, а от друга, те просто нямат такива средства. Получаването на тези средства от развитите страни несъмнено ще създаде големи трудности и това е един от най-сериозните проблеми за постигане на устойчиво развитие.

В 21 век ние трезво осъзнаваме реалностите на третото хилядолетие. За съжаление запасите от нефт, газ, въглища съвсем не са безкрайни. На природата са били нужни милиони години, за да създаде тези резерви, те ще бъдат използвани със стотици. Днес светът започна сериозно да се замисля как да предотврати хищническото ограбване на земното богатство. В крайна сметка само при това условие запасите от гориво могат да продължат векове. За съжаление, много страни производителки на петрол живеят за днес. Те безмилостно изразходват петролните запаси, дадени им от природата. Какво ще се случи тогава, а това ще стане рано или късно, когато нефтените и газовите находища се изчерпят? Вероятността от предстоящо изчерпване на световните запаси от гориво, както и влошаването на екологичната ситуация в света (рафинирането на петрол и доста честите аварии по време на транспортирането му представляват реална заплаха за околната среда) ни накараха да мислим за други видове гориво, които може да замени петрола и газа.

Сега в света все повече учени и инженери търсят нови, нетрадиционни източници, които биха могли да поемат поне част от грижите за снабдяването на човечеството с енергия. Нетрадиционните възобновяеми енергийни източници включват слънчева, вятърна, геотермална, биомаса и океанска енергия.

Енергия на слънцето

Напоследък интересът към проблема с използването слънчева енергиянараства драстично и въпреки че този източник също се класифицира като възобновяем, вниманието, което му се отделя по света, ни принуждава да разгледаме възможностите му отделно. Потенциалните възможности на енергетиката, базирана на използването на пряка слънчева радиация, са изключително големи. Имайте предвид, че използването на само 0,0125% от това количество слънчева енергия би могло да осигури всички текущи нужди на световната енергия, а използването на 0,5% би могло напълно да покрие нуждите за бъдещето. За съжаление е малко вероятно тези огромни потенциални ресурси някога да бъдат реализирани в голям мащаб. Една от най-сериозните пречки за такова прилагане е ниската интензивност на слънчевата радиация.

Дори при най-добри атмосферни условия (южни ширини, ясно небе) плътността на потока на слънчевата радиация е не повече от 250 W/m2. Следователно, за да могат колекторите на слънчева радиация да "съберат" необходимата енергия за задоволяване на всички нужди на човечеството за една година, те трябва да бъдат разположени на територия от 130 000 km 2! Освен това необходимостта от използване на огромни колектори води до значителни материални разходи. Най-простият колектор на слънчева радиация е почернял метален лист, вътре в който има тръби, в които циркулира течност. Загрята от слънчева енергия, погълната от колектора, течността се подава за директна употреба. Според изчисленията производството на колектори на слънчева радиация с площ от 1 km 2 изисква приблизително 10 4 тона алуминий. Доказано днес, световните запаси от този метал се оценяват на 1,17 * 10 9 тона.

Ясно е, че има различни фактори, които ограничават капацитета на слънчевата енергия. Да предположим, че в бъдеще ще бъде възможно да се използва не само алуминий, но и други материали за производството на колектори. Ще се промени ли ситуацията в този случай? Ще изхождаме от факта, че в отделна фаза на развитие на енергетиката (след 2100 г.) всички енергийни нужди на света ще бъдат задоволени от слънчевата енергия. В рамките на този модел може да се оцени, че в този случай ще е необходимо да се "събере" слънчева енергия върху площ от 1*10 6 до 3*10 6 km 2 . В същото време общата площ на обработваемата земя в света днес е 13 * 10 6 km 2. Слънчевата енергия е един от най-материалоемките видове производство на енергия. Мащабното използване на слънчевата енергия води до огромно увеличение на необходимостта от материали и следователно от трудови ресурси за добив на суровини, тяхното обогатяване, производство на материали, производство на хелиостати, колектори, друго оборудване, и тяхното транспортиране. Изчисленията показват, че ще са необходими от 10 000 до 40 000 човекочаса, за да се произведе 1 MW електроенергия годишно с помощта на слънчева енергия.

При традиционната енергия на изкопаеми горива тази цифра е 200-500 човекочаса. За сега Електрическа енергия, родена от слънчевите лъчи, е много по-скъпа от получената по традиционните методи. Учените се надяват, че експериментите, които ще проведат в експериментални съоръжения и станции, ще помогнат за решаването не само на технически, но и на икономически проблеми.

Първите опити за използване на слънчева енергия на търговска основа датират от 80-те години на миналия век. Loose Industries (САЩ) постигна най-голям успех в тази област. През декември 1989 г. въвежда в експлоатация слънчево-газостанция с мощност 80 MW. Тук, в Калифорния, през 1994 г. са въведени още 480 MW електроенергия, а цената на 1 kWh енергия е 7-8 цента. Това е по-ниско в сравнение с традиционните станции. През нощта и през зимата енергията се осигурява предимно от газ, а през лятото и през деня - от слънцето. Електроцентрала в Калифорния показа, че газът и слънцето, като основни източници на енергия в близко бъдеще, могат ефективно да се допълват взаимно. Ето защо не е случайно, че различни видове течни или газообразни горива трябва да действат като партньор на слънчевата енергия. Най-вероятният "кандидат" е водородът.

Производството му с помощта на слънчева енергия, например чрез електролиза на вода, може да бъде доста евтино, а самият газ, който има висока калоричност, може лесно да се транспортира и съхранява дълго време. Оттук и заключението: най-икономичната възможност за използване на слънчевата енергия, която се разглежда днес, е да се насочи към получаване на вторични видове енергия в слънчеви зониГлобусът. Полученото течно или газообразно гориво може да се изпомпва по тръбопроводи или да се транспортира с танкери до други райони. Бързото развитие на слънчевата енергия стана възможно благодарение на намаляването на цената на фотоволтаичните преобразуватели за 1 W инсталирана мощност от $1000 през 1970 г. до $3-5 през 1997 г. и повишаване на тяхната ефективност от 5 на 18%. Намаляването на цената на соларен ват до 50 цента ще позволи на соларните централи да се конкурират с други автономни енергийни източници, като например дизелови електроцентрали.

вятърна енергия

Енергията на движещите се въздушни маси е огромна. Запасите от вятърна енергия са повече от сто пъти по-големи от запасите от водна енергия на всички реки на планетата. Ветровете, които духат в необятността на страната ни, биха могли лесно да задоволят всичките й нужди от електричество! Климатичните условия позволяват развитието на вятърна енергия на огромна територия от нашите западни граници до бреговете на Енисей. Северните райони на страната по крайбрежието на Северния ледовит океан са богати на вятърна енергия, където тя е особено необходима за смелите хора, населяващи тези най-богати земи. Защо толкова изобилен, достъпен и екологично чист източник на енергия се използва толкова слабо? Днес вятърните двигатели покриват само една хилядна от световните енергийни нужди. Технологиите на 20-ти век откриха напълно нови възможности за вятърна енергия, чиято задача стана различна - да генерира електричество. В началото на века Н.Е. Жуковски разработи теорията за вятърна турбина, въз основа на която могат да бъдат създадени високопроизводителни инсталации, способни да получават енергия от най-слабия бриз. Появиха се много проекти на вятърни турбини, несравнимо по-напреднали от старите вятърни мелници. Постиженията на много области на знанието се използват в нови проекти. Днес дизайнът на вятърно колело, сърцето на всяка вятърна електроцентрала, включва строители на самолети, които са в състояние да изберат най-подходящия профил на лопатките и да го изследват в аеродинамичен тунел. Благодарение на усилията на учени и инженери е създадено голямо разнообразие от дизайни на съвременни вятърни турбини.

Първата машина с перки, използваща вятърна енергия, беше платно. Платното и вятърната турбина, с изключение на един източник на енергия, са обединени от един и същ принцип. Изследванията на Ю. С. Крючков показват, че платното може да бъде представено като вятърна турбина с безкраен диаметър на колелото. Платното е най-модерната машина с перки, с най-висока ефективност, която директно използва вятърна енергия за задвижване.

Вятърната енергия, използваща вятърни колела и вятърни турбини, сега се възражда, предимно в наземни инсталации. Търговските единици вече са построени и работят в Съединените щати. Проектите са наполовина финансирани от държавния бюджет. Другата половина е инвестирана от бъдещи потребители на чиста енергия.

Първите разработки в теорията на вятърната турбина датират от 1918 г. В. Залевски се интересува едновременно от вятърни мелници и авиация. Той започва да създава пълна теория за вятърната мелница и извежда няколко теоретични положения, на които трябва да отговаря една вятърна мелница.

В началото на 20-ти век интересът към витлата и вятърните турбини не е изолиран от общите тенденции на времето - вятърът да се използва навсякъде, където е възможно. Първоначално вятърните турбини са били най-широко използвани в селското стопанство. Перката се е използвала за задвижване на корабни механизми. На световноизвестния "Фрам" въртеше динамото. На платноходките вятърните мелници задвижват помпи и котвени механизми.

В Русия до началото на миналия век се въртят около 2500 хиляди вятърни мелници с общ капацитет от един милион киловата. След 1917 г. мелниците остават без стопани и постепенно се рушат. Вярно е, че бяха направени опити вятърната енергия да се използва вече на научна и държавна основа. През 1931 г. близо до Ялта е построена най-голямата по това време вятърна електроцентрала с мощност 100 kW, а по-късно е разработен проект за 5000 kW агрегат. Но не беше възможно да се приложи, тъй като Институтът по вятърна енергия, който се занимаваше с този проблем, беше затворен.

В Съединените щати до 1940 г. е построена вятърна турбина с мощност 1250 kW. До края на войната едно от остриетата му е повредено. Те дори не започнаха да го ремонтират - икономистите изчислиха, че е по-изгодно да се използва конвенционална дизелова електроцентрала. По-нататъшните проучвания на тази инсталация са преустановени.

Неуспешните опити за използване на вятърна енергия в мащабно производство на електроенергия през 40-те години на миналия век не са случайни. Петролът остана сравнително евтин, специфичните капиталови инвестиции в големите топлоелектрически централи рязко спаднаха, а развитието на водноелектрическата енергия, както изглеждаше тогава, гарантира както ниски цени, така и задоволителна екологична чистота.

Съществен недостатък на вятърната енергия е нейната променливост във времето, но тя може да бъде компенсирана от местоположението на вятърните турбини. Ако при условия на пълна автономност се комбинират няколко десетки големи вятърни турбини, тогава средната им мощност ще бъде постоянна. При наличието на други източници на енергия вятърният генератор може да допълни съществуващите. И накрая, механичната енергия може да бъде получена директно от вятърната турбина.

Топлинна енергия на земята

От древни времена хората са знаели за спонтанните прояви на гигантска енергия, спотайваща се в недрата на земното кълбо. Мощността на изригването многократно надвишава мощността на най-големите електроцентрали, създадени от човешки ръце. Вярно е, че няма нужда да говорим за прякото използване на енергията на вулканичните изригвания - досега хората нямат възможност да обуздаят този непокорен елемент и, за щастие, тези изригвания са доста редки събития. Но това са прояви на енергията, таяща се в недрата на земята, когато само малка част от тази неизчерпаема енергия намира изход през огнедишащите отвори на вулканите. Малката европейска страна Исландия е напълно самодостатъчна с домати, ябълки и дори банани! Много исландски оранжерии се захранват от топлината на земята - в Исландия практически няма други местни източници на енергия. Но тази страна е много богата на горещи извори и известните гейзери-фонтани с гореща вода, избликващи от земята с точността на хронометър. И въпреки че исландците нямат приоритет при използването на топлина от подземни източници, жителите на тази малка северна страна експлоатират подземната котелна централа много интензивно.

Рейкявик, който е дом на половината от населението на страната, се отоплява само от подземни източници. Но не само за отопление хората черпят енергия от дълбините на земята. Електроцентралите, използващи горещи подземни извори, работят от дълго време. Първата такава електроцентрала, все още доста ниска мощност, е построена през 1904 г. в малкото италианско градче Лардерело. Постепенно капацитетът на електроцентралата нараства, влизат в експлоатация все повече и повече нови блокове, използват се нови източници на топла вода и днес мощността на централата вече достига внушителна стойност - 360 хиляди киловата. В Нова Зеландия има такава електроцентрала в района на Wairakei, нейният капацитет е 160 000 киловата. Геотермална централа с мощност 500 000 киловата произвежда електричество на 120 километра от Сан Франциско в САЩ.

Енергия на вътрешните води

Първо, хората се научиха да използват енергията на реките. Но в златната епоха на електричеството има ренесанс на водното колело под формата на водна турбина. Електрическите генератори, които произвеждат енергия, трябваше да се въртят и това можеше да се направи доста успешно с вода. Можем да предположим, че съвременната хидроенергия е родена през 1891 г. Предимствата на водноелектрическите централи са очевидни - постоянно възобновяема доставка на енергия от самата природа, лекота на експлоатация и липса на замърсяване на околната среда. А опитът в изграждането и експлоатацията на водни колела може да бъде от голяма полза за хидроенергийната индустрия.

Въпреки това, за да се завъртят мощните водни турбини, е необходимо да се натрупа огромно количество вода зад язовира. Изграждането на язовир изисква толкова много материал за полагане, че обемът на гигантските египетски пирамиди ще изглежда незначителен в сравнение. През 1926 г. Волховската водноелектрическа централа е пусната в експлоатация, на следващата година започва изграждането на известната Днепровская. Енергийната политика на нашата страна доведе до факта, че ние разработихме система от мощни водноелектрически централи. Нито една държава не може да се похвали с такива енергийни гиганти като Волга, Красноярск и Братск, Саяно-Шушенската ВЕЦ. Електроцентралата на река Ранс, състояща се от 24 реверсивни турбогенератора и с изходна мощност от 240 мегавата, е една от най-мощните водноелектрически централи във Франция. Водноелектрическите централи са най-рентабилният източник на енергия. Но те имат недостатъци - при пренос на електроенергия по електропроводи се получават загуби до 30% и се създава опасно за околната среда електромагнитно излъчване. Засега само малка част от хидроенергийния потенциал на земята служи на хората. Всяка година огромни водни потоци, образувани от дъждове и снеготопене, се вливат в моретата неизползвани. Ако беше възможно да ги забавим с помощта на язовири, човечеството би получило допълнително колосално количество енергия.

Енергия от биомаса

В САЩ, в средата на 70-те години на миналия век, екип от океански учени, морски инженери и водолази създават първата в света океанска енергийна ферма на дълбочина 12 метра под окъпания от слънце Тих океан близо до град Сан Клемент. Фермата отглежда гигантски калифорнийски водорасли. Според директора на проекта д-р Хауърд А. Уилкокс, служител на Центъра за изследване на морските и океанските системи в Сан Диего (Калифорния), „до 50% от енергията на тези водорасли може да се преобразува в гориво – в природен газ метан . Океанските ферми на бъдещето, отглеждащи кафяви водорасли на площ от приблизително 100 000 акра (40 000 хектара), ще могат да осигурят енергия, която е достатъчна, за да отговори напълно на нуждите на американски град от 50 000 души."

Биомасата, освен водораслите, може да включва и отпадъчните продукти от домашните животни. И така, на 16 януари 1998 г. вестник „Санкт Петербург Ведомости“ публикува статия, озаглавена „Електричество ... от пилешки тор“, в която се посочва, че дъщерното дружество на международния норвежки корабостроителен концерн Kvaerner, разположено във финландския град Тампере, търсеше подкрепа от ЕС за изграждането на електроцентрала в Нортхемптън, Обединеното кралство, работеща ... с пилешки тор. Проектът е част от програмата Thermie на ЕС, която предвижда разработването на нови, нетрадиционни енергийни източници и методи за пестене на енергийни ресурси. Европейската комисия разпредели 140 милиона екю на 13 януари между 134 проекта.

Проектираната от финландската компания електроцентрала ще изгаря 120 000 тона пилешки тор годишно в пещи, генерирайки 75 милиона киловатчаса енергия.

Заключение

Могат да се разграничат редица общи тенденции и особености в развитието на световната енергетика в началото на века.

1. В XXI век. значително увеличение на световното потребление на енергия е неизбежно, предимно в развиващите се страни. В индустриализираните страни потреблението на енергия може да се стабилизира приблизително на настоящите нива или дори да намалее до края на века. Според ниската прогноза, направена от авторите, световното потребление на крайна енергия през 2050 г. може да достигне 350 милиона TJ/годишно, през 2100 г. - 450 милиона TJ/годишно (при текущо потребление от около 200 милиона TJ/годишно).

2. Човечеството е достатъчно осигурено с енергийни ресурси за 21 век, но покачването на цените на енергията е неизбежно. Годишната цена на световната енергия ще се увеличи с 2,5-3 пъти до средата на века и с 4-6 пъти до края му в сравнение с 1990 г. Средната цена на единица крайна енергия ще се увеличи в тези условия с 20 -30 и 40- 80% (увеличението на цените на горивата и енергията може да бъде дори по-голямо).

3. Въвеждането на глобални ограничения за емисиите на CO 2 (най-важният парников газ) ще повлияе значително на енергийния микс на регионите и света като цяло. Опитите за поддържане на глобалните емисии на сегашните нива трябва да се признаят за нереалистични поради противоречие, което е трудно за разрешаване: допълнителните разходи за ограничаване на емисиите на CO 2 (около $ 2 трилиона / година в средата на века и повече от $ 5 трилиона / година в края на века) ще трябва да се поемат от предимно развиващи се страни, които междувременно "не са виновни" за възникналия проблем и нямат необходимите средства; развитите страни едва ли ще искат и ще могат да платят такива разходи. От гледна точка на осигуряването на задоволителни енергийни структури в регионите на света (и разходите за тяхното развитие), може да се счита за реалистично ограничаването на глобалните емисии на CO 2 до 12–14 Gt C/годишно през втората половина на век, т.е. до ниво приблизително два пъти по-високо от това през 1990 г. В същото време остава проблемът с разпределението на квотите и допълнителните разходи за ограничаване на емисиите между страните и регионите.

4. Развитието на ядрената енергетика представлява най-много ефективно средство за защитанамаляване на емисиите на CO 2 . При сценарии, при които бяха въведени строги или умерени ограничения върху емисиите на CO 2 и нямаше ограничения за ядрената енергия, оптималният мащаб на нейното развитие се оказа изключително голям. Друг показател за неговата ефективност беше „цената“ на ядрения мораториум, която, със строги ограничения върху емисиите на CO 2, се изразява в 80% увеличение на цената на световната енергия (повече от 8 трилиона долара годишно в края на 21-ви век). В тази връзка бяха разгледани сценарии с "умерени" ограничения на развитието на ядрената енергетика с цел търсене на реално възможни алтернативи.

5. Незаменимо условие за прехода към устойчиво развитие е помощта (финансова, техническа) на най-изостаналите страни от развитите страни. За да се постигнат реални резултати, такава помощ трябва да бъде предоставена през следващите десетилетия, от една страна, за да се ускори процесът на доближаване на стандарта на живот на развиващите се страни до нивото на развитите, а от друга страна, така че такива помощта все още може да съставлява значителен дял в бързо нарастващия общ БВП на развиващите се страни.

Литература

1. Седмичен вестник на Сибирския клон на Руската академия на науките N 3 (2289) 19 януари 2001 г.

2. Антропов П.Я. Горивен и енергиен потенциал на Земята. М., 1994

3. Одум Г., Одум Е. Енергийна основа на човека и природата. М., 1998

Причини, същност и класификация на глобалните проблеми

Глобални проблеми на нашето времее съвкупност от социално-природни проблеми, от решаването на които зависи социалният прогрес на човечеството и запазването на цивилизацията. Тези проблеми се характеризират с динамизъм, възникват като обективен фактор в развитието на обществото и за тяхното решаване са необходими обединените усилия на цялото човечество. Глобалните проблеми са взаимосвързани, обхващат всички аспекти от живота на хората и засягат всички страни по света.

Интернационализацията на икономическите и научно-техническите връзки доведе до нарастване на глобалните проблеми на човешката цивилизация. Те включват на първо място проблемите на военната заплаха, неразвитостта на значителна част от света, продоволствената, енергийната и други кризи. Те оказват влияние върху структурата на световното и националното възпроизводство, динамиката на икономическите процеси.

Характеристика на глобалните проблеми- тяхната мярка за значимост за общественото развитие. Това се отнася както за проблемите на околната среда, така и за сигурността при разрешаване на социални конфликти и т.н. Оптимизирането на средата е предпоставка за социално развитие. Освен това, тъй като познаването на законите на развитието на обществото е невъзможно без изучаването и използването на законите на природата, намесата във всеки глобален процес неизбежно води до верижни реакции, които се разпространяват в много области.

Още едно особеностглобалните противоречия е, че техните източници са предимно положителни, т.е. свързани с растежа на производството и благосъстоянието на хората.

За да се характеризират глобалните проблеми, може да се използва класификацията, приета от международни организации (фиг. 14.1.

1. Проблеми, свързани с основните социално-икономически и политически задачи на човечеството:

Предотвратяване на световна война;

Невоенизация на космоса;

Предотвратяване на надпревара във въоръжаването и разоръжаване;

Създаване на благоприятни условия за световен социален прогрес, преодоляване на изоставането в развитието на слаборазвитите страни.

2. Набор от проблеми, свързани с връзката между човек, общество и научно-техническата революция:

Ефективност на използването на постиженията на научно-техническата революция;

Провеждане на демографска политика;

Подобряване на образователната система;

Елиминиране на негативното въздействие на технологиите върху човека.

3. Проблеми, свързани със социално-икономическите процеси и околната среда:

Решаване на суровинни, енергийни и хранителни проблеми;

Мирно изследване на космоса и богатството на океаните;

Премахване на дефицита на демокрация и борба с репресиите.

Фигура 14.1. – Класификация на глобалните икономически проблеми

Тази класификация подчертава само приоритетните задачи

Съществуват и различни класификации на глобалните проблеми. Обикновено те включват:

1) проблеми от най-„универсален“ характер;

2) проблеми от природно и икономическо естество;

3) социални проблеми;

4) смесени проблеми.

Основните глобални проблеми включват следното.

I. Екологичен проблем. Изчерпването на околната среда в резултат на нерационалното управление на природата, замърсяването й с твърди, течни и газообразни отпадъци, отравянето с радиоактивни отпадъци доведоха до значително влошаване на глобалния екологичен проблем. В някои страни напрежението на екологичния проблем достигна екологична криза. Появи се концепцията за кризисен екологичен район и район с катастрофална екологична ситуация. Възникна глобална екологична заплаха под формата на неконтролирано изменение на климата на Земята, унищожаване на озоновия слой на стратосферата.

II. демографски проблем. Популационният взрив по света вече е утихнал. За решаване на демографския проблем ООН прие "Световния план за действие за населението", в изпълнението на който участват както географи, така и демографи. В същото време прогресивните сили изхождат от факта, че програмите за семейно планиране могат да помогнат за подобряване на възпроизводството на населението. За това една демографска политика не е достатъчна. То трябва да бъде придружено от подобрена икономическа и социални условияЖивотът на хората.

III. Проблемът за мира и разоръжаването, предотвратяването на ядрена война. В момента се разработва споразумение за намаляване и ограничаване на нападателните въоръжения между страните. Цивилизацията е изправена пред задачата да създаде всеобхватна система за сигурност, постепенно премахване на ядрените арсенали, намаляване на търговията с оръжие и демилитаризиране на икономиката.

IV. Проблем с храната. В момента, според ООН, почти 2/3 от човечеството живее в страни, където има постоянен недостиг на храна. За да реши този проблем, човечеството трябва да използва по-пълно ресурсите на растениевъдството, животновъдството и рибарството. Въпреки това може да върви по два начина. Първият е екстензивен път, който се състои в по-нататъшно разширяване на обработваеми, пасища и риболовни земи. Вторият е интензивен начин, който се състои в повишаване на биологичната продуктивност на съществуващите земи. Тук решаващо значение ще имат биотехнологиите, използването на нови високопродуктивни сортове, по-нататъшното развитие на механизацията, химизацията и мелиорацията.

V. Енергийно-суровинният проблем е преди всичко проблемът за осигуряване на човечеството с гориво и суровини. Горивните и енергийните ресурси непрекъснато се изчерпват и след няколкостотин години могат да изчезнат напълно. Огромни възможности за решаване на този проблем се отварят от постиженията на научно-техническия прогрес и на всички етапи от технологичната верига.

VI. Проблемът с човешкото здраве. Напоследък при оценката на качеството на живот на хората на преден план е състоянието на тяхното здраве. Въпреки факта, че през 20-ти век бяха направени големи крачки в борбата с много болести, голям брой болести все още продължават да застрашават живота на хората.

VII. Проблемът с използването на Световния океан, който играе важна роляв общуването между държави и народи. Напоследък влошаването на проблема със суровините и енергията доведе до появата на морската минна и химическа промишленост, морската енергия.

VIII. Проблемът с изследването на космоса. Космосът е обща собственост на човечеството. Космическите програми напоследък станаха по-сложни и изискват концентрация на технически, икономически и интелектуални усилия на много страни и народи. Световното изследване на космоса се основава на използването на най-новите постижения на науката и технологиите, производството и управлението.

Всеки от глобалните проблеми има своето специфично съдържание. Но всички те са тясно свързани. Напоследък центърът на тежестта на глобалните проблеми се измести към страните от развиващия се свят. Проблемът с храната стана най-катастрофалният в тези страни. Тежкото положение на повечето развиващи се страни се превърна в основен човешки и глобален проблем. Основният начин за решаването му е извършването на фундаментални социално-икономически трансформации във всички сфери на живота и дейността на тези страни, в развитието на научно-техническия прогрес и международното сътрудничество.

глобалистика- област на знанието, която изучава глобалните проблеми на човечеството

Глобални проблеми:

Те засягат цялото човечество, засягат интересите на всички страни, народи, слоеве на обществото;

Води до значителни икономически и социални загуби, може да застраши съществуването на човечеството;

Може да се реши само със сътрудничество в планетарен мащаб.

Основната причина за възникването (или по-скоро внимателното изследване) на глобалните проблеми е глобализацията на икономическите и политически отношения! è осъзнаването, че светът е взаимозависим и че има общи проблеми, чието решение е жизненоважно.

Други причини: бързият растеж на човечеството:

Голям темп на технологичен прогрес

Научно-техническа революция трансформация на производителните сили (въвеждане на нови технологии) и производствените отношения (включително отношенията между човека и природата)

Нуждата от голямо количество природни ресурси и осъзнаването, че много от тях ще свършат рано или късно

- Хората от "студената война" наистина усетиха заплахата от унищожение на човечеството.

глобален енергиен проблеме проблемът за осигуряване на човечеството с гориво и енергия в настоящето и в обозримо бъдеще.

Локални енергийни кризи възникват и в прединдустриалната икономика (например в Англия през 18 век поради изчерпването на горските ресурси и прехода към въглища). Но като глобален проблем липсата на енергийни ресурси се проявява през 70-те години. XX век, когато избухва енергийната криза, изразяваща се в рязко повишаване на цените на петрола (14,5 пъти през 1972-1981 г.), което създава сериозни трудности за световната икономика. Въпреки че много от трудностите на онова време са преодолени, глобалният проблем с осигуряването на гориво и енергия остава важен и днес.

Основната причина за възникването на глобалния енергиен проблем трябва да се счита за бързото нарастване на потреблението на минерални горива през 20 век. От страна на предлагането, това е причинено от откриването и експлоатацията на огромни петролни и газови находища в Западен Сибир, Аляска, на шелфа на Северно море, а от страна на търсенето, това е причинено от увеличаване на автомобилния парк и увеличаване на обема на производството на полимерни материали.

Увеличаването на производството на горивни и енергийни ресурси доведе до сериозно влошаване на екологичната ситуация (разширяване на открития добив, офшорния добив и др.). И нарастването на търсенето на тези ресурси засили конкуренцията като страни - износители на горивни ресурси По-добри условияпродажби и между страните вносителки за достъп до енергийни ресурси.

Обширен начин за решаване на енергийния проблем включва допълнително увеличаване на производството на енергия и абсолютно увеличение на потреблението на енергия. Този път остава актуален за съвременната световна икономика. На тази основа се дава тласък на интензивен начин за решаване на енергийния проблем, който се състои преди всичко в увеличаване на производството на единица потребление на енергия. Енергийната криза от 70-те години. ускорява разработването и внедряването на енергоспестяващи технологии, дава тласък на преструктурирането на икономиката. Тези мерки, прилагани най-последователно от развитите страни, позволиха до голяма степен да смекчат последиците от енергийната криза.

AT съвременни условияедин тон енергия, спестена в резултат на мерките за опазване, е 3-4 пъти по-евтина от един тон допълнително произведена. Това обстоятелство е мощен стимул за много страни да подобрят ефективността на използването на енергия. За последната четвърт на ХХ век. енергоемкостта на икономиката на САЩ е намаляла наполовина, а на Германия – 2,5 пъти.

Проблемът на горивно-енергийния комплекс и начините за неговото решаване са представени в таблица. 14.1.

Таблица 14.1

Проблемът на горивно-енергийния комплекс и начините за неговото решаване

Енергийният проблем е проблемът за надеждното снабдяване на човечеството с гориво и енергия. В световен мащаб този проблем се проявява през 70-те години на миналия век, когато избухва енергийната криза, която бележи края на ерата на евтиния петрол. Глобалният проблем с осигуряването на гориво и енергия остава важен и днес.

Причините за енергийния проблем са представени на фиг. 3

В света от началото до 80-те години на ХХ век са използвани повече минерални горива, отколкото в цялата предходна история на човечеството. Включително само от 1960 до 1980 г. 40% от въглищата, почти 75% от нефта и около 80% от природния газ, произведени от началото на века, са извлечени от недрата на Земята.

Количеството добив на горивни и енергийни ресурси доведе до влошаване на екологичната ситуация. А нарастването на търсенето на тези ресурси засили конкуренцията между страните износителки на горивни ресурси за по-добри условия на продажба и между страните вносителки за достъп до енергийни ресурси.

Водейки до откриването и разработването на нови находища на енергийни ресурси, под влиянието на енергийната криза се засили мащабната проучвателна работа. Пряко нарастват показателите за осигуреност с най-важните видове минерални горива. Според оценките добивът на проучените запаси от въглища трябва да стигне за 325 години, нефт - за 37 години, природен газ - за 62 години.

Решението на енергийния проблем включва допълнително увеличаване на производството на енергия и увеличаване на потреблението на енергия. Световното потребление на енергия в абсолютно изражение от 1996 г. до 2003 г. се е увеличило от 12 милиарда на 15,2 милиарда тона референтно гориво. В същото време редица страни са изправени пред достигане на лимита на собственото си производство на енергоносители (Китай) или пред перспективата за намаляване на това производство (Великобритания). Това развитие на събитията насърчава търсенето на начини за по-рационално използване на енергийните ресурси.

Основните начини за решаване на глобалния енергиен проблем са представени на фиг. четири.

Много страни с нововъзникващи пазари (Русия, Украйна, Китай, Индия) продължават да развиват енергоемки индустрии, както и да използват остарели технологии. В тези страни трябва да се очаква увеличение на потреблението на енергия както поради повишаване на жизнения стандарт и промяна в начина на живот на населението, така и поради липса на средства за намаляване на енергоемкостта на икономиката. Следователно потреблението на енергийни ресурси нараства в развиващите се пазари, докато в развитите страни потреблението остава на относително стабилно ниво.

В настоящия период и за много години напред решението на глобалния енергиен проблем ще зависи от степента на намаляване на енергийната интензивност на икономиката, тоест от потреблението на енергия на единица произведен БВП.

Следователно глобалният енергиен проблем в предишното му разбиране като заплаха от абсолютен недостиг на ресурси в света не съществува. Въпреки това проблемът с осигуряването на енергийни ресурси остава в модифициран вид.

Проблем със суровините

Проблемът със суровините е проблем, който стана неотложен, поради технологичния прогрес на човечеството и използването на повече гориво и суровини за живота си.

Появата на глобален ресурсно-суровинен проблем до голяма степен се дължи на много бързото и експлозивно нарастване на потреблението на минерални горива и суровини и съответно на мащаба на техния добив от земните недра.

Само в периода от началото до 80-те години на ХХ век в света са произведени и изразходвани повече горива и суровини, отколкото през цялата предходна история на човечеството. От 1960 до 1980 г. 40% въглища, 50% мед и цинк, 55% желязна руда, 60% диаманти, 65% никел, калиеви соли и фосфорити, почти 75% нефт и около 80% природен газ а бокситът се добивал от недрата на Земята.добивани от началото на века.

Основните начини за решаване на суровинния проблем са представени на фиг. 5.

Глобалният енергиен проблемтова е преди всичко проблем на надеждното снабдяване на човечеството с гориво и енергия. „Тесните места“ в такова предоставяне са били откривани повече от веднъж в минали епохи. Но в световен мащаб те се появяват за първи път през 70-те години. 20 век, когато избухна енергийната криза, която бележи края на ерата на евтиния петрол. Тази криза предизвика истинска верижна реакция, засягаща цялата световна икономика. И въпреки че петролът след това отново падна в цената, глобалният проблем с осигуряването на гориво и енергия остава важен днес. Не можем да не се тревожим за начините за разрешаването му в бъдеще.

Основната причина за възникването на глобалния енергиен проблем трябва да се счита за много бързо - често наистина "експлозивен" характер - нарастване на потреблението на минерално гориво и съответно на размера на извличането му от земните недра. Достатъчно е да се каже, че само за периода от началото до 80-те години. 20-ти век повече минерални горива са произведени и консумирани в света, отколкото през цялата предишна история на човечеството. Включително само от 1960 до 1980 г. 40% от въглищата, почти 75% от нефта и около 80% от природния газ, произведени от началото на века, са извлечени от недрата на Земята.

Характерно е, че до средата на 70-те години на миналия век, когато трудностите с доставките на гориво станаха очевидни в световен мащаб, прогнозите обикновено не предвиждаха намаляване на темпа на нарастване на потреблението му. По този начин се предполага, че световният добив през 1981-2000 г. приблизително 1,5–2 пъти повече от производството за предходните 20 години. А абсолютното световно потребление на първични енергийни ресурси за 2000 г. се прогнозира на 20–25 милиарда toe, което би означавало трикратно увеличение в сравнение с нивото от 1980 г.! И въпреки че тогава всички планове и прогнози за добив на ресурси бяха преразгледани в посока на намаляване, дълъг период на доста разточителна експлоатация на тези ресурси не можеше да причини някои негативни последици, които ни засягат днес.

Един от тях е влошаване на минно-геоложките условиявъзникване на добитото гориво и съответно увеличение на себестойността на продукцията. На първо място, това се отнася за старите индустриални райони на чужда Европа, Северна Америка, Русия, Украйна, където дълбочината на мини и особено петролни и газови кладенци нараства.

Ето защо разширяването на ресурсните граници - насърчаването на производството на горива и суровини към ресурсни райони на ново развитие с по-благоприятни минно-геоложки условия - може до известна степен да се разглежда като компенсация за тези щети и начин за намаляване на разходите. на производството на гориво. Но в същото време не трябва да забравяме, че общата капиталоемкост на производството му в райони на ново развитие като правило е много по-висока.

Друго отрицателно въздействие е влиянието на минната индустрия до деградация на околната среда.Това се отнася както за разширяването на открития добив, така и за офшорния добив и още повече за производството и потреблението на кисели горива, както и за случайните изпускания на нефт.

Към всички тези причини за възникването на глобален енергиен проблем е необходимо да се добави още една, която вече е в сферата на икономическата политика и геополитиката. Става въпрос за глобална конкуренцияза горивни и енергийни ресурси, за тяхното разделяне и преразпределение между гигантските горивни корпорации.

В началото на XXI век. представата за глобална енергийна сигурност.Стратегията за такава сигурност се основава на принципите на дългосрочно, надеждно, екологично приемливо енергоснабдяване на разумни цени, които отговарят както на страните износителки, така и на потребителите. Глобалната енергийна сигурност до голяма степен зависи от практически мерки за по-нататъшно осигуряване на световната икономика предимно с традиционни видове енергийни ресурси (според прогнозите през 2030 г. приблизително 85% от потребителите на енергия в човечеството ще покриват изкопаеми въглеводороди). Но значението на алтернативните енергийни източници също ще нараства.

Какви са основните начини за решаване на глобалния енергиен проблем? Какво може да даде съвременният етап на научно-техническата революция за неговото решаване? Отговорът на тези въпроси е нееднозначен, той включва комплекс от социално-икономически, технико-технологични и политически мерки.

Сред тях има както традиционни, предимно екстензивни, така и по-нови и по-интензивни.

Най-традиционният от тези начини е да по-нататъшно увеличаване на запасите от минерални горива.В резултат на прилагането му световните ресурси на въглища и природен газ през последните две-три десетилетия не само се увеличиха значително, но и нарастваха с по-бързи темпове от тяхното производство. Съответно, наличието на тези видове гориво също се увеличи: смята се, че при сегашното ниво на производство на доказани запаси от природен газ, 60-85 години трябва да са достатъчни. Като цяло, същото може да се каже и за петрола, чиито световни доказани запаси през 1950 г. се оценяват само на 13 милиарда тона, а през 2006 г. - вече на 190 милиарда тона. множественостпетролните запаси (т.е. съотношението на общите оставащи запаси към текущото производство) според повечето оценки са за 40 години, а запасите от въглища за 150 години. Когато се оценяват перспективите за увеличаване на такава множественост, трябва да се вземе предвид и фактът, че проучените (доказаните) запаси на гориво обикновено съставляват много малка част от общите геоложки. Така, според Световния енергиен съвет (WEC), в общите горивни ресурси в света надеждните сметки за малко повече от 10%, а в Русия - само 4%.

Оценявайки перспективите за растеж на проучените запаси от минерално гориво и тяхната наличност, е необходимо да се вземе предвид възможното въвеждане на различни технически и технологични иновации, например увеличаване на извличането му от земните недра. Все пак през 1980г. средният коефициент на възстановяване за горивните ресурси е 46% (включително 80–90% за открити въглища, 35–80% за въглища от мина, 35% за нефт и 80% за природен газ).

Пътят за увеличаване на запасите от гориво винаги е бил основен. Но след енергийната криза от средата на 70-те години. на преден план излезе вторият начин, който се състои в тяхното по-рационално и икономично използване или, с други думи, във внедряването политики за пестене на енергия.

В ерата на евтините горива повечето страни по света са развили икономика с много ресурси. На първо място, това се отнася за най-богатите на минерални ресурси страни - САЩ, Канада, Австралия, Китай и по-специално за Съветския съюз, където се изразходва много повече конвенционално гориво на единица БВП, отколкото в САЩ. В страните от Източна Европа ресурсоемкостта на единица БВП също е два до три пъти по-висока, отколкото в страните от Западна Европа. Ето защо преходът към релсите на енергоспестяването беше от голямо значение. Политиката на спестяване започна да се прилага и в индустрията, и в транспорта, и в обществения сектор, и във всички останали сфери на дейност. В същото време това беше постигнато не само чрез въвеждането на енергоспестяващи технологии, водещи до намаляване на специфичната енергоемкост, но и до голяма степен поради преструктурирането на цялата структура на националните икономики на световната икономика. Не е случайно, че в такъв фундаментален документ като Дневен ред 21, приет на Конференцията за околна среда и развитие в Рио де Жанейро през 1992 г., изрично се казва, че страните трябва да намерят начини да осигурят устойчиво развитие, позволявайки икономически растеж и просперитет, като същевременно намаляват потреблението на енергия и суровини.

Всъщност, въпреки целия напредък в инженерството и технологиите, средното световно ниво на полезно използване на първичните енергийни ресурси днес е само 1/3 (изгаряне на въглища - 20%, нефт - 24, природен газ - 48%). Ето защо в литературата често се цитира известният английски физик Дж. Томсън, който казва, че ефективността на съвременните електроцентрали е приблизително на същото ниво, както ако е необходимо да се изгори цяла къща, за да се изпържи свински труп ... Но това също означава, че увеличаването на ефективността на използване на гориво дори с 1% би означавало спестяване на огромно количество гориво. Напоследък бяха направени много технически и технологични иновации, за да се подобри ситуацията. Енергоспестяването се увеличава поради подобряването на промишленото и битово оборудване, производството на по-ефективни автомобили и др. Сред макроикономическите мерки, на първо място, трябва да се включи постепенна промяна в структурата на потреблението на енергийни ресурси с акцент върху увеличаване дела на възобновяемите и нетрадиционните първични енергийни ресурси.

Икономически развитите страни на Запада са постигнали най-голям успех по пътя на енергоспестяването. Само през първите 10–15 години след началото на световната енергийна криза енергоемкостта на техния БВП намаля с 1/3, а делът им в световното потребление на горива и енергия намаля от 60% на 48%. Това означава, че общата енергийна интензивност на икономиките на развитите страни се запазва и темповете на растеж на БВП започнаха да изпреварват темповете на растеж на потреблението на горива и енергия.

През 1991–2000г Средният годишен темп на растеж на БВП в развитите страни е 2,4%, а потреблението на конвенционални енергийни ресурси е 1,22 през 2000–2010 г. подобни цифри трябва да бъдат 2,4 и 0,7%.

Статистиката показва, че през 2000-2006 г., въпреки икономическия растеж, обемът на консумираното гориво в Съединените щати се е увеличил само с 3%, в Япония, Франция, Норвегия - само с 1,5%, във Великобритания остава на същото ниво, и дори е намалял в Германия, Швейцария и Швеция.

За разлика от западните страни, в страните от Централна и Източна Европа, ОНД, Китай ситуацията се променя много по-бавно и тяхната икономика все още е много енергоемка. Същото се отнася и за повечето от развиващите се страни, които са поели по пътя на индустриализацията. Например в страните от Азия и Африка загубата на свързан природен газ, произведен заедно с нефта, е 80-100%.

Когато се характеризират перспективите на глобалния енергиен проблем, е необходимо да се спрем по-специално на използването на принципно нови начини за решаването му, свързани с постиженията на съвременния етап на научно-техническата революция.

Първо, това се отнася до бъдещото развитие ядрена енергия,където вече започва да влиза в експлоатация ново поколение ядрени реактори. Позицията му може значително да се укрепи. Освен това напоследък отново започна да се обсъжда въпросът за съдбата на реакторите на бързи неутрони (FBR). Веднъж те бяха замислени като втора, много по-ефективна "вълна" на ядрената енергия, позволяваща използването не само на уран-235, но и на уран-238. Но след това работата по тях беше ограничена.

Второ, работи се по директно преобразуване на топлинна енергия в електрическа енергия,заобикаляйки парни котли и турбини, с помощта на MHD (магнитохидродинамични) - генератори. Още през 1971 г. в Москва е пусната в експлоатация първата пилотна инсталация от този тип с мощност 25 000 kW. Предимствата на MHD генераторите са високата ефективност, липсата на вредни емисии в атмосферата и възможността за бързо стартиране в рамките на няколко секунди.

На трето място, създаването на криогенен турбогенератор,при които ефектът на свръхпроводимост се постига чрез охлаждане на ротора с течен хелий. Предимствата на такъв турбогенератор са малки размери и тегло, висока ефективност. Пилотен промишлен модел с мощност 20 хиляди kW е създаден в СССР (Ленинград), сега подобна работа се извършва в САЩ, Япония и други страни.

Четвърто, има много големи перспективи използване на водород като гориво.Според някои експерти този път може коренно да промени цялата бъдеща техногенна цивилизация. Явно водородното гориво ще намери най-голямо приложение първо в автомобилната индустрия. Във всеки случай, първата водородна кола в началото на 90-те години. произведени от японската Mazda. За него е разработен и нов дизайн на двигателя.

Пето, работата по създаването на електрохимични генератори или горивни клетки.

Основното гориво в горивните клетки също е водородът, който преминава през полимерни мембрани с катализатор. В този случай протича химическа реакция с кислорода във въздуха и водородът се превръща във вода, а химическата енергия от изгарянето му в електрическа енергия. Основните предимства на двигателя с горивни клетки са много висока ефективност (65–70% или повече), която е два пъти по-висока от тази на конвенционалните двигатели. Неговите предимства също включват лекота на използване, неизискващ ремонт, безшумност по време на работа.

Доскоро горивните клетки бяха проектирани само за специални цели, като изследване на космоса. Но сега работата по тяхното по-широко приложение се извършва в много икономически развити страни, сред които Япония заема първо място. Според експерти общата им мощност в света сега се измерва в милиони киловати. В Токио и Ню Йорк са построени електроцентрали с горивни клетки. А германският "Даймлер-Бенц" стана първият автомобилен концерн в света, успял да създаде работещ прототип на автомобил с двигател с горивни клетки.

И накрая, на шесто място, трябва да поговорим за най-важното - за контролиран термоядрен синтез (CNF).

Докато ядрената енергия се основава на реакцията на ядрено делене, термоядрената се основава на обратния процес на синтез на ядра от водородни изотопи, предимно деутерий, а също и тритий. В този случай ядреното изгаряне на 1 kg деутерий освобождава 10 милиона пъти повече енергия от изгарянето на 1 kg въглища. Но за да започне термоядрена реакция, е необходимо плазмата да се нагрее до температура от 100 милиона градуса (на повърхността на Слънцето тя достига „само“ 6 милиона градуса). Ако имаме предвид термоядрена или водородна бомба, тогава хората вече са се научили да я произвеждат (плазма), но за една стохилядна милионна част от секундата. Ето защо основните усилия са насочени към задържане на нагрятата плазма, като по този начин се създават условия за контролиран термоядрен синтез.

За да направите това, използвайте настройките различни видове, но най-широко използван е този, предложен от академиците А. Сахаров и И. Там през 50-те години на ХХ век. реактор "Токамак" (тороидална камера в магнитно поле). В инсталацията Токамак-10 съветските учени успяха да нагреят плазмата първо до 10, след това до 25 и 30 милиона градуса. В Принстънския университет (САЩ) учени го нагряват до 70 милиона градуса. Засега всичко това са експериментални (демонстрационни) реактори. Обикновено се отбелязва и относителната безопасност на термоядрения реактор за околната среда, което също служи като важен аргумент. Според И. В. Бестужев-Лада „тук не мирише на Чернобил“.

Трябва също така да се има предвид, че основният ресурс на термоядрена енергия е ресурсът от деутерий, съдържащ се във водите на Световния океан в концентрация около 0,015% (т.нар. тежка вода). Според съвременните изчисления, използвайки тези ресурси от деутерий, потенциалното производство на електроенергия може да бъде 4,4 * 10 24 kWh, което, по отношение на топлинния еквивалент, е около 60 милиона пъти по-високо от текущото ниво на световно потребление на енергия. Следователно термоядрената енергия може да се счита за практически неизчерпаема. Само за разлика от геотермална, слънчева, приливна, вятърна, тя е създадена от човешки ръце.

Много е важно основните изследвания на контролирания термоядрен синтез да се провеждат в условията на постоянен обмен на научна информация между страните, координиран от Международната агенция за атомна енергия.

На първо място, те са концентрирани около проекта PTER (Международен термоядрен изследователски реактор), работата по който започва още в края на 70-те години. и успешно продължава, въпреки оттеглянето на САЩ. За изграждането на PTER вече е избрано място във Франция (Cadarache). Работата, започнала през 2007 г., вероятно ще продължи 8-10 години. Очаква се PTER да позволи нагряване на плазмата до температура от 150 милиона градуса и задържането й в това състояние за 500 секунди.

Ориз. 151.Прогноза за растеж на световното потребление на енергия до 2060 г

Има много сценарии за развитие на световната енергетика в дългосрочен план. Според някои от тях глобалното потребление на енергия в средата на XXIв. ще се увеличи до 20 милиарда тона (в петролен еквивалент) и по отношение на това потребление развиващите се страни ще изпреварят развитите страни до този момент (фиг. 151).И до 2100 г., дори при средния сценарий, световното потребление на енергия може да нарасне до 30 милиарда toe (фиг. 152).

В същото време ще настъпят и важни структурни промени: делът на изкопаемите горива ще намалее, а делът на възобновяемите енергийни източници, по-специално нетрадиционните възобновяеми енергийни източници (NCRES), като слънчева, вятърна, геотермална и приливна, ще се увеличи . Всички те са фундаментално различни от традиционните източници на минерални горива по своята възобновяемост и икономическа ефективност. Използването на биогорива, особено биоетанол, също има големи перспективи. Американски футуролози предполагат, че до 2010 г. алтернативните източници вече ще осигуряват 10% от енергията, произведена в света, до 2016 г. ефективността на електроцентралите ще се увеличи до 50%, до 2017 г. ще започне широкото използване на горивни батерии, а от 2026 г. търговско използване на термоядрени реактори.

От всичко казано по-горе се налага изводът, че едва ли има достатъчно основания за крайно песимистичен поглед върху енергийното бъдеще на човечеството. Разбира се, може да възникне изчерпване на отделни резервоари от гориво, което ще се отрази и на съдбата на отделни области на минната индустрия. Но перспективата за абсолютна липса на гориво все още е малко вероятна. И все пак, общите доказани запаси на повечето горивни изкопаеми позволяват да се поддържат достатъчно високи нива на производство - поне до средата на 21 век, когато термоядрената енергия може да започне да работи с пълна сила.

Ориз. 152.Прогноза за нарастване на световното потребление на енергия до 2100 г

Що се отнася до общото количество енергия, съдържащо се в недрата на земята и годишно възникващо на нашата планета и в околоземното пространство, то е толкова голямо, че теоретично, очевидно, не може да става дума за възможността за изчерпване на енергийния потенциал на човечеството във всяко обозримо бъдеще.

На този глобален фон позицията на Русия изглежда доста противоречива. От една страна, Русия е на трето място в света по общо потребление на първични енергийни ресурси (1,2 трилиона тона). Вече проучените петролни запаси ще й стигнат за 55, а природен газ за 85 години. Освен това недрата му са изпълнени с още много неизследвани богатства. От друга страна, енергийната интензивност на БВП на Русия в началото на XXI век. са 2,5 пъти по-високи от тези в САЩ и 3,5 пъти по-високи от тези в Западна Европа. Оттук и необходимостта от преход към по-малко разточителна енергийна политика, към по-добро използване на постиженията на научно-техническата революция. И ето го конкретен примерот този вид: през 2016–2030 г. планира се да завърши създаването на демонстрационна, а до 2050 г. - промишлена термоядрена електроцентрала.