Перспективы использования энергетических ресурсов кратко
Обновлено: 03.07.2024
Вспоминаем. Как изменялась роль энергетических ресурсов с развитием человеческого общества? Какие энергетические ресурсы наиболее востребованы в настоящее время? Какие альтернативные источники энергии существуют?
Изучаем, чтобы знать. Каковы причины возникновения энергетической проблемы? Как рационально использовать энергетические ресурсы? Сможет ли человечество полностью отказаться от энергетических ресурсов и заменить их альтернативными источниками энергии?
| Сайт: | Профильное обучение |
| Курс: | География. 11 класс |
| Книга: | § 23. ПУТИ РЕШЕНИЯ ГЛОБАЛЬНОЙ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ ПРОБЛЕМЫ |
| Напечатано:: | Гость |
| Дата: | Понедельник, 7 Март 2022, 01:19 |
Оглавление
Краткая история решения глобальной энергетической проблемы. Длительное освоение мировых запасов и рост объёмов добычи энергетических ресурсов привели человечество к энергетической проблеме. Развитие мирового хозяйства второй половины ХХ в. связано с использованием двух основных путей её решения.
Экстенсивный путь решения энергетической проблемы предполагает дальнейшее увеличение добычи энергоносителей и абсолютный рост энергопотребления. Этот путь был характерен для мира вплоть до середины 1990-х гг. В настоящее время такой способ преобладает в развивающихся странах.
Рис. 165. Динамика энергоёмкости ВВП в мире, кг нефтяного эквивалента к долл. ППС
В результате высоких темпов роста объёмов добычи и потребления энергетических ресурсов в некоторых странах в 1980-х гг. стало наблюдаться истощение их запасов. Эта тенденция привела к поискам способов более рационального использования энергоресурсов, а именно — увеличению производства продукции на единицу энергетических затрат. Такой путь стали называть интенсивным.
Интенсивный путь решения энергетической проблемы, который изначально активно использовали в основном развитые страны, позволил в значительной степени смягчить последствия энергетического кризиса 1970–1980-х гг. В этих странах прошла перестройка экономики с целью сокращения энергоёмкости и энергоёмких производств. Например, это было характерно для металлургии, тяжёлого машиностроения. Кроме того, многие наиболее энергоёмкие производства стали переноситься в развивающиеся страны.
За период 1990–2018 гг. энергоёмкость ВВП в мире сократилась на 1,5 % (рис. 165).
Мир и Беларусь. Что явилось причиной развития порошковой металлургии в Беларуси?
Клуб знатоков-географов. Под энергоёмкостью ВВП понимают отношение объёма потребляемой энергии к ВВП по паритету покупательной способности.
В некоторых странах мира снижение энергоёмкости ВВП превысило 2,5 %. Например, в Великобритании, Китае, Индии, Чехии. Странами с наименьшими объёмами энергоёмкости ВВП в мире, по данным за 2018 г., являются Великобритания и Италия. Максимальные значения энергоёмкости ВВП характерны для Украины и России (рис. 166).
Рис. 166. Энергоёмкость ВВП стран мира, кг нефтяного эквивалента к долл. ППС, 2018 г.
Поработаем с атласом. Покажите на карте страны с максимальной и минимальной энергоёмкостью ВВП.
В целом решение глобальной энергетической проблемы и в будущем будет зависеть от снижения энергоёмкости экономики, то есть уменьшения расхода энергии на единицу произведённого ВВП.
Таким образом, глобальной энергетической проблемы в её прежнем понимании как угрозы абсолютной нехватки ресурсов в мире не существует. Проблемой выступает устойчивое обеспечение энергоресурсами, в том числе дешёвыми.
Рациональное использование энергетических ресурсов мира и энергосбережение. Истощение сырьевой базы энергетических ресурсов мира привело к необходимости формирования подходов к их рациональному использованию. Целесообразность рационального использования энергетических ресурсов мира обусловлена четырьмя основными причинами (рис. 167).
Рис. 167. Причины рационального использования энергетических ресурсов
Эффективное использование природных ресурсов позволяет человеку жить лучше (больше производить тепла, энергии и продукции в расчёте на единицу ресурсов). Неэффективное расходование природных ресурсов загрязняет атмосферу, воду и почвы.
Рациональное использование энергетических ресурсов в мире привело к возникновению энергосбережения и энергосберегающих технологий.
Рис. 168. Светодиодное освещение
Поразмышляем. Концепция зелёной экономики — это модель экономики, которая ведёт к улучшению здоровья и социальной справедливости населения, а также к значительному уменьшению опасного воздействия на окружающую среду и к снижению экологического дефицита. Назовите основные направления развития зелёной экономики.
В современном мире количество энергосберегающих технологий увеличивается. Некоторые из них перестают быть дорогими и становятся доступными многим. Примерами наиболее распространённых энергосберегающих технологий являются стеклопакеты для окон, энергосберегающие и светодиодные лампочки (рис. 168), электромобили, утеплители для стен домов, использование в быту мини-солнечных батарей и гелиопанелей для обогрева домов (рис. 169) и др.
Рис. 169. Гелиоактивное здание
Клуб знатоков-географов. В Норвегии в 2014 г. построили первое офисное здание, которое производит больше энергии, чем потребляет. Строение находится в городе Тронхейм (рис. 170) и может приспосабливаться к внешним условиям. В основе конструкции лежит идея удержания солнечной энергии. Солнечные элементы и тепловые насосы производят электричество, обеспечивая обогрев здания, а морская вода содействует работе как системы нагревания, так и системы охлаждения. Здание стоит на узком морском заливе с направлением течения в сторону севера, а его скатная крыша обращена на юг, что создаёт оптимальные условия для накопления солнечной энергии. Расположение солнечных элементов и окон фасада регулирует активность солнца, создавая нормальные условия освещения и сводя к минимуму расход энергии.
Рис. 170. Энергосберегающее здание в Тронхейме
Рис. 171. Логотип Цели в области устойчивого развития 7
Всеобщий доступ к современным источникам энергии. Несмотря на общемировой рост объёмов потребления энергии, значительная часть человечества ощущает её нехватку и отсутствие возможности её использования.
По данным ООН, доступ к электричеству не имеют 1,2 млрд чел. , то есть каждый шестой житель Земли. Наибольшая часть этих людей проживает примерно в 12 странах Африки и Азии.
Клуб знатоков-географов. Более 3 млрд чел. , большинство из которых проживают в странах Азии и Африки к югу от Сахары, по-прежнему готовят пищу без применения экологически чистых видов топлива и эффективных технологий. 860 млн чел. живут без электричества. 50 % из них проживают в странах Африки к югу от Сахары (рис. 172). Несмотря на то что в последние годы наблюдается стремительное расширение масштабов использования солнечной и ветровой энергии, доля энергии, вырабатываемой этими источниками, в общем объёме энергопотребления по-прежнему остаётся относительно незначительной.
Рис. 172. Доступ к электричеству в развивающихся странах мира, %, 2018 г.
Прогресса в области устойчивого энергоснабжения недостаточно для обеспечения доступа к источникам энергии для всех и решения задач, связанных с использованием энергии из возобновляемых источников. Для достижения поставленной цели мировым сообществом решаются пять задач (рис. 173).
Рис. 173. Основные задачи обеспечения всеобщего доступа к недорогим, надёжным, устойчивым и современным источникам энергии для всех
Перспективы развития альтернативной энергетики. Альтернативная энергетика получает в мире всё большее развитие. В 2015 г. 173 страны мира проводили политику поддержки возобновляемых источников энергии (ВИЭ).
В 2018 г. рост потребления современных возобновляемых источников энергии опередил темпы роста потребления энергии. Доля ВИЭ в структуре потребления составляет 20 %. По прогнозам, к 2030 г. она вырастет в мире до 29 %.
Доля потребления ВИЭ по странам существенно различается (рис. 174).
Рис. 174. Доля ВИЭ в структуре потребления энергии, %, 2018 г.
Мир и Беларусь. Какие альтернативные источники энергии используются в Республике Беларусь? В каких областях расположены электростанции, производящие электрическую энергию из альтернативных источников?
Гидроэнергетика остаётся крупнейшим источником возобновляемой электроэнергии, составив в структуре производства 68 % в 2016 г. Второе место занимает ветровая энергетика (18 %), третье — солнечная (7,5 %). Среди альтернативных источников энергии наибольшими темпами положительной динамики объёмов производства отличается солнечная и ветровая энергетика.
Перспективы развития альтернативной энергетики связаны со следующими тремя направлениями: 1) рост доли возобновляемых источников энергии в структуре потребления; 2) рост доли возобновляемых источников энергии в структуре производства электроэнергии; 3) ежегодное увеличение производства солнечной и ветровой энергии (рис. 175).
Рис. 175. Перспективы развития альтернативной энергетики
Энергетическая безопасность. Основой экономической политики государства является безопасность, неразрывно связанная с наличием доступа к стратегическим ресурсам.
Энергетическая безопасность — обеспечение бесперебойного доступа к энергетическим ресурсам по приемлемым ценам.
Растущий спрос на энергоресурсы в большинстве стран мира, особенно в Азии, и территориальный разрыв между районами производства и потребления энергетических ресурсов резко обострили проблему надёжности их поставок, защиты от природных, технологических, военных, политических, террористических и иных угроз.
Клуб знатоков-географов. Проблема безопасности транспортировки энергетических ресурсов становится в настоящее время одной из ключевых. Угрозы со стороны пиратов, политическая напряжённость в районе проливов, ограниченная пропускная способность ряда важных морских проливов требуют решений, которые будут гарантировать безопасность морских путей транспортировки энергетических ресурсов. Так, через Ормузский пролив перевозится до 15 млн баррелей нефти в сутки (почти 20 % мирового потребления), через Малаккский пролив — до 11 млн баррелей, через проливы Босфор и Дарданеллы — до 3 млн баррелей, через Суэцкий канал — до 1,3 млн баррелей. Прекращение или ограничение транзита нефти в этих районах приведёт к катастрофическим последствиям не только для мировой энергетики, но и для экономики в целом.
Коллективное противостояние перебоям поставок нефти в краткосрочном периоде остаётся одной из основных целей деятельности Международного энергетического агентства. Агентство разрабатывает также перспективные стратегии диверсификации видов энергии и источников поставок, углубления интеграции энергетических рынков.
Подведём итоги. В ХХ в. решение глобальной энергетической проблемы осуществлялось двумя путями: … и … . Решение глобальной энергетической проблемы связано со снижением энергоёмкости экономики. Рациональное использование энергетических ресурсов обусловлено рядом причин и привело к возникновению … и … . В целях решения глобальной энергетической проблемы всё большее развитие получает … энергетика на основе использования возобновляемых источников энергии. Обеспечение бесперебойного доступа к энергетическим ресурсам по приемлемым ценам является энергетической … .
Проверим свои знания. 1. Каким образом человечество осуществляет решение энергетической проблемы? 2. Почему важным решением в дальнейшем развитии мировой экономики является снижение её энергоёмкости? 3. Каковы перспективы развития альтернативной энергетики?
От простого к сложному. 1. Как развитые страны мира провели масштабную перестройку экономики в направлении снижения доли энергоёмких производств? 2. Смогут ли альтернативные источники энергии обеспечить электричеством крупные населённые пункты? 3. Где, с вашей точки зрения, на планете находятся регионы, в которых оптимально строить электростанции, работающие на альтернативных источниках энергии? 4. Каким образом Республика Беларусь, имея незначительные запасы энергоресурсов, может решить энергетическую проблему?
Результаты реализации Цели 7. Недорогостоящая и чистая энергия.
Сайт Международного агентства по возобновляемым источникам энергии.
Дорожная карта развития мировой энергетики до 2050 г. Международного агентства по возобновляемым источникам энергии.
Возобновляемые источники энергии имеют неисчерпаемый запас, поскольку они получены из природных процессов, которые не будут исчерпаны в обозримом будущем. Таким образом, перспективы возобновляемых источников энергии рассматриваются для замены ископаемого топлива.
Однако при 7% мирового производства энергии использование возобновляемых источников очень мало по сравнению с ископаемым топливом и ядерной энергией, на долю которых приходится 93% мировой энергии. Только ядерная энергия составляет около 6%, оставляя основную часть мировой энергии ископаемому топливу.
Возобновляемые источники энергии включают в себя: ветер, солнце, геотермальную энергию, гидроэнергию, биоэнергию и энергию океана.
Из-за ограничений поставок возобновляемых источников энергии решение энергетических проблем 21-го века стало актуальной проблемой, поскольку для решения этих проблем идеальный ресурс должен обладать такими свойствами как:
Рентабельность
Экономическая эффективность подразумевает, что источник энергии экономичен как по отношению к чистым затратам на производство, так и по отношению к поставкам. Возобновляемые источники соответствуют этому критерию, хотя объекты требуют предварительных инвестиций с очень низкими затратами. Это, в отличие от ископаемого топлива, обеспечивает стабильные цены на энергоносители с течением времени. Фактически, в последние годы наблюдается продолжающееся снижение стоимости единицы возобновляемой энергии.
Например, согласно данным стоимость электроэнергии от ветра в размере $0,03 — $0,04 кВт/ч теперь возможна в местах с адекватными природными источниками и хорошей институциональной и нормативной базой.
Для сравнения, новые электростанции, производящие электроэнергию на основе ископаемого топлива, обычно колеблются в цене от $0,05кВт/ч до более чем $0,15кВт/ч, что выше чем средняя стоимость электроэнергии в мире.
На самом деле концентрированная солнечная энергия, которая на сегодняшний день является самой дорогой технологией возобновляемой энергетики при средней стоимости $0,18кВт/ч, все еще может конкурировать с установками на ископаемом топливе.
Последовательное снижение стоимости новых возобновляемых источников энергии является ключевой причиной того, что они способны эффективно конкурировать со старыми технологиями использования ископаемого топлива. Эта тенденция, вероятно, сохранится в течение следующего десятилетия, особенно для береговых ветров и солнечных фотоэлектрических установок.
Экологическая устойчивость
В свете антропогенного экологического кризиса, такого как глобальное потепление, вызванное чрезмерной закачкой CO2 и других парниковых газов в атмосферу из-за увеличения потребления энергии, которое продолжается со времен промышленной революции, акцент делается на экологически чистые альтернативные источники.
Доказано, что ископаемая энергия вредна для долгосрочного выживания нашей планеты как в смысле неблагоприятных климатических условий, которые разрушают нашу окружающую среду, так и в смысле воздействия на здоровье побочного продукта. Перспективы возобновляемых источников энергии являются лучшими для обеспечения экологической устойчивости. Это связано с тем, что эти ресурсы практически не производят выбросов глобального потепления. Хотя, в зависимости от ресурсов и от того, является ли они устойчиво добываемые и собираемые, биомасса, например, может выделять широкий спектр согревающих газов. Однако это количество бесконечно мало по сравнению с ископаемым топливом, даже если учитывать выбросы жизненного цикла. Выбросы от каждой стадии жизненного цикла технологии — производство, установка, эксплуатация и вывод из эксплуатации.
Замена самой дорогой угольной мощности (около 500 гигаватт) на перспективные возобновляемые источники энергии позволит сократить глобальные ежегодные выбросы углекислого газа на 1,8 гигатонны. Например, 1,8 гигатонны — это около 5% от годового мирового объема.
Поэтому возобновляемые источники энергии, бесспорно, являются идеальным решением для глобальной декарбонизации (снижения выбросов углекислого газа).
Эффективность энергоснабжения
Возобновляемые источники энергии, составляющие всего 7% от общемирового объема производства энергии, крайне недостаточны для удовлетворения глобальных энергетических потребностей. Это тем более важно, что рост населения в будущем подразумевает увеличение потребления и, следовательно, спроса.
Помимо экономической эффективности и устойчивости, альтернативные источники энергии также должны удовлетворять энергетические потребности 21-го века по мере роста населения, а также эффективно способствовать замене производства энергии на ископаемом топливе для удовлетворения будущих глобальных энергетических потребностей.
В свете этой неадекватности правительство, директивные органы, а также бизнес нефтегазовой промышленности утверждают, что до тех пор, пока перспективы возобновляемых источников энергии не станут достаточно жизнеспособными в качестве ключевых поставщиков, единственной разумной альтернативой для удовлетворения глобальных энергетических потребностей является продолжение добычи глобальных запасов ископаемого топлива.
Переход на возобновляемые источники
Хотя перспективы возобновляемых источников энергии для замены ископаемого топлива имеет такую мощную привлекательность, полный глобальный переход потребует ряда сложных и длительных процессов, которые будут стоить больших денег.
В ближайшее время наше потребительско-капиталистическое общество делает такой переход совершенно нереализуемым.
- Перспективы возобновляемых источников энергии не могут обеспечить основную часть мирового спроса на энергию.
По крайней мере, не в настоящее время, учитывая тот факт, что после 50 лет субсидий, солнечная и ветровая технология, которая на сегодняшний день является самым популярным, все еще производит только около 1% мировой энергии. Если мы учитываем периодическое снабжение, которое ограничивает крупномасштабное использование, будучи также зависимым от погоды, технология еще больше теряет свою привлекательность.
- Хотя коалиция глобального лидерства может с помощью правильных политических решений увеличить мировое производство возобновляемых источников энергии, все еще слишком оптимистично полагать, что они будут поставлять основную часть мировой энергии к 2050 году. Реализация таких целей потребует радикальных социальных, экономических, политических и культурных изменений. Однако некоторые страны могут фактически реализовать общенациональный переход на возобновляемые источники в кратчайшие сроки, например, Дания, Испания, Германия, даже развивающиеся экономики, такие как Южная Африка и Бразилия. Кроме того, трудно рассчитать со 100% точностью стоимость этого перехода.
- Возобновляемые источники энергии имеют серьезные проблемы с масштабируемостью и хранением, особенно солнечные и ветровые источники. Например, для строительства функциональной ветроэлектростанции среднестатистически потребуется 10 гектаров продуктивной земли, когда продуктивная земля на человека составляет 1,3 гектара на планете.
- Опять же, крупномасштабное производство, особенно через солнечные тепловые станции и фотоэлектрические фермы в наиболее благоприятных местах, будет включать в себя передачу на большие расстояния. Потери электроэнергии из-за передачи на большие расстояния неизбежно велики.
- Возобновляемые источники энергии, наконец, будут доминировать, но это займет столетия за столетиями. Спрос уже растет, однако ископаемое топливо будет жить достаточно долго.
- Наконец, хорошо знать, что прогресс есть прогресс. Если мы можем довести мировое производство возобновляемых источников энергии до 7%, мы также можем довести его до 10%, а затем до 15%, 20%… Гринпис предполагает, что ключ лежит в том, чтобы иметь сочетание источников, разбросанных по широкой территории: солнечная и ветровая энергия, биогаз, биомасса и геотермальная, даже океанская энергия могут внести свой вклад.
Выводы по перспективам
Глобальная и чрезмерная зависимость от ископаемых видов топлива должна уменьшиться.
Запасы сырья не бесконечны, и по мере того, как они уменьшаются в будущем, стоимость добычи будет становиться нерентабельной, что в сочетании с глобальным потеплением сделает ископаемое топливо менее привлекательным в отдаленном будущем. Хотя был достигнут значительный прогресс в деле уменьшения этой зависимости и поиска альтернативных средств, для предотвращения потенциального кризиса необходимо добиться большего прогресса.
50% — ный вклад возобновляемых источников энергии в мировое производство энергии звучит фальшиво и выполнимо только в том случае, если мировые руководящие органы смогут собраться вместе и провести масштабные энергетические реформы. Однако, это не реально в ближайшей перспективе.
В своей работе я использовала метод проблемного обучения, который заключался в создании перед обучающимися проблемных ситуаций и разрешении их в процессе совместной деятельности учащихся и учителя. При этом учитывалась максимальная самостоятельность обучающихся и под общим руководством учителя, направляющего деятельность обучающихся.
Проблемное обучение позволяет не только сформировать у обучающихся, необходимую систему знаний, умений и навыков, достигать высокого уровня развития школьников, но, что особенно важно, оно позволяет сформировать особый стиль умственной деятельности, исследовательскую активность и самостоятельность обучающихся. При работе с данной презентацией у обучающихся проявляется актуальное направление – исследовательская деятельность школьников.
Содержание работы
Отрасль объединяет группу производств, занятых добычей и транспортировкой топлива, выработкой энергии и передачей её потребителю.
Природные ресурсы, которые используют для получения энергии – это топливные ресурсы, гидроресурсы, ядерная энергия, а также альтернативные виды энергии. Размещение большинства отраслей промышленности зависит от развития электроэнергии. Наша страна располагает огромными запасами топливно – энергетических ресурсов. Россия была, есть и будет одной из ведущих энергетических держав мира. И это не только потому, что в недрах страны находится 12% мировых запасов угля, 13% нефти и 36% мировых запасов природного газа, которых достаточно для полного обеспечения собственных потребностей и для экспорта в сопредельные государства. Россия вошла в число ведущих мировых энергетических держав, прежде всего, благодаря созданию уникального производственного, научно – технического и кадрового потенциала ТЭК.
Сырьевая проблема
Минеральные ресурсы – первоисточник, исходная основа человеческой цивилизации практически во всех фазах ее развития:
– Топливные полезные ископаемые;
– Рудные полезные ископаемые;
– Нерудные полезные ископаемые.
Современные темпы энергопотребления растут в геометрической прогрессии. Если даже учесть, что темпы роста потребления электроэнергии несколько сократятся из-за совершенствования энергосберегающих технологий, запасов электрического сырья хватит максимум на 100 лет. Однако положение усугубляется ещё и несоответствием структуры запасов и потребления органического сырья. Так, 80% запасов органического топлива приходится на уголь и лишь 20% на нефть и газ, в то время как 8/10 современного энергопотребления приходится на нефть и газ.
Следовательно, временные рамки ещё более сужаются. Однако лишь сегодня человечество избавляется от идеологических представлений о том, что они практически бесконечны. Ресурсы минерального сырья ограничены, фактически невосполнимы.
Энергетическая проблема.
Сегодня энергетика мира базируется на источниках энергии:
– Горючих минеральных ископаемых;
– Горючих органических ископаемых;
– Энергия рек. Нетрадиционные виды энергии;
– Энергия атома.
При современных темпах подорожания топливных ресурсов Земли проблема использования возобновляемых источников энергии становится всё более актуальной и характеризует энергетическую и экономическую независимости государства.
Преимущества и недостатки ТЭС.
1. Себестоимость электроэнергии на ГЭС очень низкая;
2. Генераторы ГЭС можно достаточно быстро включать и выключать в зависимости от потребления энергии;
3. Отсутствует загрязнение воздуха.
1. Строительство ГЭС может быть более долгим и дорогим, чем других энергоисточников;
2. Водохранилища могут занимать большие территории;
3. Плотины могут наносить ущерб рыбному хозяйству, поскольку перекрывают путь к нерестилищам.
Преимущества и недостатки ГЭС.
Преимущества ГЭС:
– Строятся быстро и дешево;
– Работают в постоянном режиме;
– Размещены практически повсеместно;
– Преобладание ТЭС в энергетическом хозяйстве РФ.
– Потребляют большое количество топлива;
– Требует длительной остановки при ремонтах;
– Много тепла теряется в атмосфере, выбрасывают много твердых и вредных газов в атмосферу;
– Крупнейшие загрязнители окружающей среды.
В структуре выработки электроэнергии в мире первое место принадлежит тепловым электростанциям (ТЭС) – их доля составляет 62%.
Альтернативой органическому топливу и возобновляемым источником энергии является гидроэнергетика. Гидроэлектростанция (ГЭС) — электростанция, в качестве источника энергии использующая энергию водного потока. Гидроэлектростанции обычно строят на реках, сооружая плотины и водохранилища. Гидроэнергетика – это получение электроэнергии за счет использования возобновляемых речных, приливных, геотермальных водных ресурсов. Это использование возобновляемых водных ресурсов предполагает управление паводками, укрепление русла рек, переброс водных ресурсов в районы, страдающие от засухи, сохранение подземных токовых вод.
Однако и здесь источник энергии достаточно сильно ограничен. Это связано с тем, что крупные реки, как правило сильно удалены от промышленных центов либо их мощности практически полностью использованы. Таким образом, гидроэнергетика, в настоящий момент обеспечивающего около 10% производства энергии в мире, не сможет существенно увеличить эту цифру.
Проблемы и перспективы АЭС
В России доля атомной энергии достигает 12%. Имеющиеся в России запасы добытого урана обладают электропотенциалом в 15 трлн. кВт.ч, это столько сколько смогут выработать все наши электростанции за 35 лет. На сегодня только атомная энергетика
способна резко и за короткий срок ослабить явление парникового эффекта. Актуальной проблемой является безопасность АЭС. 2000 год стал началом перехода принципиально новые подходы к нормированию и обеспечению радиационной безопасности АЭС.
За 40 лет развития атомной энергетики в мире построено около 400 энергоблоков в 26 странах мира. Основными преимуществами атомной энергетики являются высокая конечная рентабельность и отсутствие выбросов в атмосферу продуктов сгорания, основными недостатками является потенциальная опасность радиоактивного заражения окружающей среды продуктами деления ядерного топлива при аварии и проблема переработки использованного ядерного топлива.
Нетрадиционная (альтернативная энергетика)
1. Солнечная энергетика. Это использование солнечного излучения для получения энергии в каком-либо виде. Солнечная энергетика использует возобновляемый источник энергии и в перспективе может стать экологически чистой.
Преимущества солнечной энергии:
– Общедоступность и неисчерпаемость источника;
– Теоретически, полная безопасность для окружающей среды.
Недостатки солнечной энергии:
– Поток солнечной энергии на поверхности Земли сильно зависит от широты и климата;
– Солнечная электростанция не работает ночью и недостаточно эффективно работает в утренних и вечерних сумерках;
Фотоэлементы содержат ядовитые вещества, например, свинец, кадмий, галлий, мышьяк и т. д., а их производство потребляет массу других опасных веществ.
2. Ветроэнергетика. Это отрасль энергетики, специализирующаяся на использовании энергии ветра — кинетической энергии воздушных масс в атмосфере. Так как энергия ветра является следствием деятельности солнца, то её относят к возобновляемым видам энергии.
Перспективы ветроэнергетики.
Ветроэнергетика является бурно развивающейся отраслью, так в конце 2007 года общая установленная мощность всех ветрогенераторов составила 94,1 гигаватта, увеличившись впятеро с 2000 год. Ветряные электростанции всего мира в 2007 году произвели около 200 млрд кВт·ч, что составляет примерно 1,3 % мирового потребления электроэнергии. Прибрежная ферма ветроэнергетических установок Миддельгрюнден, около Копенгагена, Дания. На момент постройки она была крупнейшей в мире.
Возможности реализации ветроэнергетики в России. В России возможности ветроэнергетики до настоящего времени остаются практически не реализованными. Консервативное отношение к перспективному развитию топливно-энергетического комплекса практически тормозит эффективное внедрение ветроэнергетики, особенно в Северных районах России, а также в степной зоне Южного Федерального Округа, и в частности в Волгоградской области.
3. Термоядерная энергетика. Солнце — природный термоядерный реактор. Ещё более интересной, хотя и относительно отдалённой перспективой выглядит использование энергии ядерного синтеза. Термоядерные реакторы, по расчётам, будут потреблять меньше топлива на единицу энергии, и как само это топливо (дейтерий, литий, гелий-3), так и продукты их синтеза нерадиоактивны и, следовательно, экологически безопасны.
Перспективы термоядерной энергетики. Данная область энергетики имеет огромный потенциал, в настоящее время в рамках проекта "ITER", в котором участвуют Европа, Китай, Россия, США, Южная Корея и Япония во Франции идет строительство крупнейшего термоядерного реактора, целью которого является вывести УТС (Управляемый термоядерный синтез) на новый уровень. Строительство планируется завершить в 2010 году.
4. Биотопливо, биогаз. Биотопливо — это топливо из биологического сырья, получаемое, как правило, в результате переработки стеблей сахарного тростника или семян рапса, кукурузы, сои. Различается жидкое биотопливо (для двигателей внутреннего сгорания, например, этанол, метанол, биодизель) и газообразное (биогаз, водород) .
– Биометанол
– Биоэтанол
– Биобутанол
– Диметиловый эфир
– Биодизель
– Биогаз
– Водород
На данный момент самые развитые – биодизель и водород.
5. Геотермальная энергия. Под вулканическими островами Японии скрыты огромные количества геотермальной энергии, этой энергией можно воспользоваться извлекая горячую воду и пар. Преимущество: выделяет примерно в 20 раз меньше углекислого газа при производстве электричества, что снижает ее влияние на глобальную окружающую среду.
6. Энергия волн, приливов и отливов. В Японии важнейший источник энергии волновые турбины, которые преобразуют вертикальное движение океанских волн в давление воздуха вращающего турбины электрогенераторов. На побережье Японии установлено большое количество буев, использующих энергию приливов и отливов. Так используют энергию океана для обеспечения безопасности океанского транспорта.
Конечно, существует оптимизм по поводу возможностей термоядерной энергии и других эффективных способов получения энергии, интенсивно исследуемых наукой, но при современных масштабах энергопроизводства. При практическом освоении этих возможных источников потребуется несколько десятков лет из-за высокой капиталоёмкости и соответствующей инерционности в реализации проектов.
Исследовательские работы обучающихся:
2. Социальное партнёрство (Музейная педагогика)
Использование обучающимися образовательных учебных центров и музеев города для проведения интерактивных занятий и последующих отчётов школьников о проведённых экскурсий.
Так что в перспективе до середины века можно ориентироваться на существенный вклад в мировую энергетику лишь тех новых источников, для которых уже сегодня решены принципиальные проблемы массового использования и создана техническая база для промышленного освоения. Единственным здесь конкурентом традиционному органическому топливу может быть только ядерная энергетика, обеспечивающая уже сейчас около 20% мирового производства электроэнергии с развитой сырьевой и производственной базой для дальнейшего развития отрасли.
Заключение
Природная окружающая среда – неисчерпаемый источник экологически чистой, возобновляемой энергии – и эта энергия уже добывается. Для разработки новых энергетических ресурсов привлекают науку и технику. В недалеком будущем мы узнаем о прогрессе в этой области, от разработки новых устройств, производства энергии до тех новшеств, что изменяют наш образ жизни.
Эффективное использование энергетического потенциала является основой дальнейшего экологического развития нашей страны и может реально содействовать интегрированию России в мировое сообщество и защите её национальных интересов. Поэтому энергетическая безопасность является одной из важнейших составляющих системы национальной безопасности страны. Человечество вступает в эпоху рисков, XXI век будет, по-видимому, судьбоносным этапом в истории развития цивилизации,
Энергетика в ХХ веке стала одним из основных объектов прогнозирования. Проблемы долгосрочного развития энергетики предельно актуальны для развития человечества. Уже сейчас важно определить грядущие изменения в структуре мировой энергетики и начать готовиться к тому, что традиционные источники энергии утратят свою ведущую роль. Что придет им на смену? Какими же будут основные параметры развития энергетики мира через 100 лет?
Энергетика в ХХ веке стала одним из основных объектов прогнозирования. Проблемы долгосрочного развития энергетики предельно актуальны для развития человечества. Уже сейчас важно определить грядущие изменения в структуре мировой энергетики и начать готовиться к тому, что традиционные источники энергии утратят свою ведущую роль. Что придет им на смену? Какими же будут основные параметры развития энергетики мира через 100 лет?
От гаданий к научным обоснованиям
С научной точки зрения исследования отдаленного будущего (до 100 лет) имеют преимущественно познавательный характер, однако чем ближе срок прогноза, тем более прагматические задачи он решает. Необходимая глубина прогноза зависит от конкретных исследуемых проблем.
Глобальный энергетический кризис будет нарастать и углубляться, а ископаемое топливо непрерывно дорожать, что расширит экономические возможности использования альтернативных, возобновляемых источников энергии и увеличит их долю в структуре энергопотребления.
Энергетика в ХХ веке стала одним из основных объектов планирования и прогнозирования, и к настоящему времени в мире накоплен значительный опыт исследований ее будущего развития. Проблема исследования будущего мировой энергетики состоит в том, что необходимо учесть сложный комплекс факторов: тенденции развития мировой экономики и мировой энергетики, технологические, ресурсные и экологические факторы, политические и социокультурные проблемы, а также их взаимное влияние. Необходимо также сочетать количественный и качественный анализ наметившихся и перспективных тенденций. Особенно важно учесть взаимное влияние энергетики, экономики и экологии.
Мировая энергетика и энергетические революции
Энергетика, как и другие сектора экономики, развивается на основе цикличных закономерностей, и в ее динамике отражаются все фазы долгосрочных и сверхдолгосрочных циклов (зарождение, освоение, расцвет, стагнация, кризис), смена технологических укладов (примерно раз в полвека) и технологических способов производства (раз в несколько столетий).
Энергетические революции происходят регулярно. Так, в XVIII веке произошел переход от использования ручного труда, тягловой энергии домашних животных и дров к углю и паровым двигателям, сопровождающих начало и расцвет промышленной революции в Европе и переход от феодализма к капитализму. Динамика мировой системы в 1870-1970 гг. определялась очередной фазой долгосрочного роста – индустриальной. В рамках индустриальной фазы наблюдались несколько волн роста, разделенных острыми кризисами, которые сопровождались сменой парадигмы развития. Параллельно шли процессы последовательного освоения использования нефти в качестве моторных топлив, развития электроэнергетических систем, освоения ядерной энергии. Сегодня в мире продолжается рост использования газового топлива (рис. 1).
В настоящее время на долю нефти в мировом потреблении первичных энергетических ресурсов (ПЭР) приходится 34%, угля – 30%, газа – 24%, гидроэнергии – 6%, атомной энергии – 5%, возобновляемых источников энергии (ВИЭ) – 1% (рис. 2). Как видим, основой мировой энергетики до сих пор остаются ископаемые виды топлива, нефть, уголь и газ.
Рисунок 1. Динамика структуры энергопотребления в мире в ХХ веке, млн.т.
Источник: Энергетика России. Проблемы и перспективы. - М., Наука, 2006
Рисунок 2. Структура потребления ПЭР в мире, 2011 г.
Источник: BP Statistical Review of World Energy, 2011
По мнению большинства специалистов, в начале XXI в. началась постепенная, глубокая трансформация мировой энергетики, закладываются основы энергетической революции постиндустриально-ноосферного типа. Необходимость перемен в энергетике объясняется тем, что на сегодняшний день уже исчерпаны или серьезно истощены лучшие месторождения ископаемого топлива — фундамента современной энергетики. В результате значительно возросла стоимость ископаемого топлива.
Глобальный энергетический кризис будет нарастать и углубляться, а ископаемое топливо непрерывно дорожать, что расширит экономические возможности использования альтернативных, возобновляемых источников энергии и увеличит их долю в структуре энергопотребления. На рисунке 3 приведен прогноз структуры потребления ПЭР в мире, подготовленный компанией Exxon Mobil Corporation в 2008 г. Как видно из рисунка, к 2050 г. произойдет сокращение использования нефти до 20% от суммарного потребления ПЭР в мире. Также сократится потребление угля и газа. Наиболее динамично будут развиваться такие ВИЭ, как солнечная, ветровая энергия и энергия биомассы.
Рисунок 3. Структура потребления ПЭР в мире, 2050 г.
Подлинная энергетическая революция развернется в середине XXI в. На рисунке 4 представлены результаты прогноза, проведенного для Межгосударственной панели по изменению климата ООН. В этом сценарии развития мировой энергетики предполагается, что радикально изменится структура первичных источников энергии: за счет ядерной энергии и возобновляемых источников энергии еще больше сократится доля нефти и других ископаемых видов топлива. Более того, к концу XXI века они могут обеспечивать более половины потребления ПЭР в мире.
Переворот охватит и сферу энергопотребления, в результате ее темпы роста будут продолжать снижаться, а к концу века абсолютные объемы мирового энергопотребления начнут сокращаться. Можно дискутировать с авторами этого прогноза о периодах достижения пиков и скорости спада в использовании нефти, газа и угля, однако это не может изменить главного вывода о переходе на принципиально новую структуру энергетического баланса мировой энергетики.
В результате обозначенных перемен появится возможность преодолеть нарастающий глобальный экологический кризис, причиной которого является загрязнение атмосферы стационарными (предприятия) и индивидуальными (транспорт) энергоустановками.
Только значительное сокращение объемов использования ископаемого топлива позволит с 2040 - 2050 гг. постепенно уменьшать загрязнение атмосферы.
Рисунок 4. Прогноз структуры энергопотребления в мире
Источник: Энергетика России. Проблемы и перспективы. Наука. – М., 2006
Новые энергетические технологии
Для того, чтобы обеспечить рассмотренные выше изменения в структуре источников мировой энергетики, необходим переход на новые энергетические технологии.
-
Стадия разработки
Эта стадия занимает 30 лет, в течение которых наблюдается тысячекратный рост, необходимый для того, чтобы, начиная с опытно-промышленных масштабов, достичь 1 - 2% мирового суммарного потребления первичной энергии (устойчивый темп роста – 26% в год);
В таблице 1 представлены основные направления развития энергетических технологий, наиболее актуальных к середине XXI века.
Таблица 1.Основные направления энергетических технологий
На начало 2010-х годов обозначилось порядка десяти перспективных подходов развития принципиально новой энергетики. В одних областях поиска уже получены определённые практически значимые результаты, в других - исследования ведутся на уровне лабораторных или полупромышленных моделей.
Широкое внимание как одно из перспективных направлений развития мировой энергетики привлекает водород. Использование водорода в качестве средства аккумулирования, транспортировки и потребления энергии лежит в основе водородной энергетики. Развитие данной отрасли позволяет применять водород в производстве и для нужд транспортной инфраструктуры.
Кроме того, следует упомянуть управляемый термоядерный синтез (УТС). В основе УТС лежит процесс слияния легких атомных ядер, происходящий с выделением энергии при высоких температурах в регулируемых, управляемых условиях. Ожидаемое экономическое использование термоядерных реакторов для выработки электроэнергии будет обеспечено безграничным запасом общедоступного топлива (водорода). Добыча его легко может быть обеспечена из морской воды. Отсутствие продуктов сгорания и невозможность неуправляемой реакции синтеза — другие положительные стороны УТС.
Имеются и другие наработки в области перспективных источников энергии. Экспертная группа ИГСО, например, видит перспективными следующий набор энергетических технологий:
Риски и возможности для России
Для преодоления вызовов будущего и реализации возможностей, заложенных в нем, необходима корректировка государственной энергетической политики с ориентацией на перспективу создания энергетики постиндустриального типа.
Рассмотренные выше перспективы развития мировой энергетики создают для России как значительные риски, так и новые возможности.
Энергетическая стратегия России на период до 2030 г. предусматривает различные сценарии развития мировой энергетики и возможности для адаптации к ним [4]. Однако более отдаленное будущее предполагает принципиально новые вызовы, которые практически не учитываются в современной государственной энергетической политике. Например, это неотвратимость климатических изменений и потребность в соответствующей климатической политике. Россия пока не принимает достаточных мер для перехода к неуглеродной энергетике, что делает ее позиции в системе мирового климатического регулирования весьма уязвимыми (системы квот на выбросы, штрафы за их превышение, снижение экспорта ископаемого топлива, возможные тарифные и нетарифные ограничения на поставки углеродоемкой продукции и пр.). В России весьма слабо развивается индустрия возобновляемых источников энергии, энергосервисных и энергосберегающих услуг, несмотря на их значительный рыночный потенциал.
Переход мира на неуглеродные виды энергии ставит под вопрос источники доходов в бюджеты страны, которые в значительной мере зависят от экспорта углеводородов.
Для преодоления вызовов будущего и реализации возможностей, заложенных в нем, необходима корректировка государственной энергетической политики с ориентацией на перспективу создания энергетики постиндустриального типа.
Заключение
Развитие человечества в XXI веке столкнется с необходимостью проведения радикальных преобразований в сфере энергетики. В период до 2100 г. произойдет радикальная перестройка структуры мирового энергетического баланса. Традиционные источники энергии (нефть, газ, уголь) перестанут играть доминирующую роль и уступят место неуглеродным видам энергии. Многократно возрастет значение новых технологий, основы развития которых надо закладывать уже сейчас. Для России это означает необходимость смены приоритетов в развитии энергетики уже в ближайшем будущем.
1. Energy in a finite world: a global system analysis/ W. Hafele. – Cambridge Massachusetts: Ballinger Publ. Comp., 1981.
2. Мировая энергетика и переход к устойчивому развитию/ Л.С. Беляев и др. Наука – Новосибирск, 2000.
3. World Energy Assessment: Energy and the Challenge of Sustainability. IIASA, 2002.
4. Энергетическая стратегия России на период до 2030 г. МЭ РФ, 2009.
Читайте также: