Мировые источники энергии

мировые источники энергии

Для существования и развития человеческого общества необходимы мировые источники энергии. Решающая роль в развитии мировой энергетики принадлежит ресурсам энергии, выяснению вопроса о том, какими геологическими и разведанными запасами различных источников энергии и, в частности, нефти и газа, располагает человечество, каков энергетический потенциал нашей планеты.

По степени долговечности источники энергии делятся на возобновляемые и не возобновляемые. К возобновляемым или неисчерпаемым источникам энергии относятся: солнечная энергия, энергия ветра, энергия приливов и отливов, гидроэнергия, геотермальная энергия.

Не возобновляемые источники энергии: атомная энергия и энергия каустобиолитов. Каустобиолиты — это горючие полезные ископаемые (каусто — горючий, биос — органический, литос — камень). К ним относятся каменный уголь, нефть, природные углеводородные газы, сланцы, торф.

Мировые источники энергии: солнечная энергия

Ежедневно на Землю поступает 1,5⋅10*22  Дж солнечной энергии. Около 30 % солнечных лучей отражается облаками и земной поверхностью, но большая часть проникает через атмосферу. Нагревая атмосферу, океаны и сушу, солнечное тепло вызывает ветры, дожди, снегопады и океанские течения.

Однако вся энергия вновь излучается в холодный космос, сохраняя земную поверхность в тепловом равновесии.

Небольшая часть солнечной энергии аккумулируется в озёрах и реках, другая же часть — в живых растениях и животных. Солнечная энергия обладает такими свойствами, которые не встречаются ни у одного другого источника: она возобновляема, экологически чиста, управляема, по величине в тысячи раз превосходит всю ту энергию, которая используется в настоящее время.

Солнечная энергия используется для обогрева теплиц, домов, аккумулируется в солнечных батареях, которые преобразуют солнечную радиацию в электроэнергию, на космических кораблях применяются солнечные панели или фотоэлементы, обеспечивающие космонавтов электроэнергией при работе в открытом космосе. Недостаток этой энергии в том, что солнечные лучи рассеиваются земной поверхностью и требуется большая поверхность, собирающая солнечный свет.

Энергия ветра

Примерно 46 % поступающей солнечной энергии поглощается океаном, сушей и атмосферой. Эта энергия вызывает ветры, волны и океанские течения, нагревает моря и порождает колебания погоды. Оценка энергии ветра в глобальном масштабе – порядка 10*15 Вт, однако большая часть энергии сосредоточена в ветрах, дующих на заоблачных высотах, и, следовательно, недоступна для использования на поверхности суши. Устойчивые поверхностные ветры обладают мощностью порядка 10*12 Вт и могут быть использованы ветряными мельницами и в перевозках по морю.

В последние годы производство ветровой энергии в мире ежегодно увеличивается на 28 %. Предполагается, что к 2020 году на эту энергию будет приходиться до 10 % производимого в мире электричества.

В 2005 году принят закон Азербайджанской Республики о применении энергии Солнца и ветра, которых достаточно в стране.

Энергия приливов и отливов

Приливы являются результатом гравитационного притяжения Луны и Солнца, причём воздействие Луны значительно больше. Сила приливов является выражением силы вращения планеты. Высота приливов не везде одинакова.

Она редко превышает один метр при больших глубинах в океане, а над континентальным шельфом может достигать до 20 метров. Мощность приливов оценивается в 0,85⋅10*20 Дж. Во Франции (река Ранс) и в России (Кислая Губа) станции уже генерируют электричество из приливных волн. В утилизации приливов и отливов существует много проблем. Для эффективной работы станций требуется высота приливной волны более 5 м и наличие перекрытых лёгкими плотинами заливов — эстуариев. Но почти везде прибрежные приливы имеют высоту около 2 м и только, примерно, 30 мест на Земле удовлетворяют указанным требованиям. Наиболее важными из них являются: два смежных залива — Фанди (Канада) и Пассамукуодди (США); французское побережье вдоль Ла-Манша, где станция на Ранс успешно действует уже много лет, в Ирландском море эстуарии рек Англии, Белое море (Россия) и побережье Кимберли (Австралия). Энергия приливов может иметь достаточно большое значение в будущем, потому что является одной из немногих энергетических систем, которые действуют без серьёзного ущерба для окружающей среды.

Гидроэнергия

Примерно 23 % солнечной радиации уходит на испарение воды, выпадающей затем в виде дождя и снега.

Энергия воды представляет собой возобновляемые ресурсы. Примитивным образом сила воды использовалась за тысячи лет до двадцатого столетия, когда началось широкомасштабное перекрытие рек для производства электроэнергии. Из всех возобновляемых энергетических ресурсов наиболее интенсивно используется сила воды. Но неблагоприятным обстоятельством является то, что плотины имеют конечный и, скорее всего, короткий срок жизни. Движущийся поток воды переносит груз тонких глинистых частиц в виде суспензии; как только поток перекрывается, и скорость воды падает, этот материал отлагается, и резервуар может быть целиком заполнен ими за 50-200 лет.

Наибольший неосвоенный потенциал этой энергии может быть использован там, где имеются большие запасы энергии воды.

Геотермальная энергия

При погружении вглубь земли на 1 км температура увеличивается от 15 до 75 С. В ядре земли температура, вероятно, превышает 5000 C. В среднем из недр к поверхности поступает 6,3⋅10*6 Дж энергии. Кроме того, геотермальная энергия связана с распадом таких радиоактивных элементов как U

238 , U 235 , Th 232 , K 40, которые в рассеянном виде распространены в недрах повсеместно. При этом подземные воды нагреваются и выходят на поверхность в виде пара и горячей воды (гейзеры). Геотермальные горячие воды используются в Исландии, Японии, Италии, Индонезии, на Филиппинах, России, Америке и Новой Зелландии для обогрева домов, плавательных бассейнов, теплиц. Но они имеют всё же малое значение по сравнению с производством электроэнергии.

Атомная энергия

Атомную энергию можно получить с помощью двух процессов. Первый — слияние или синтез лёгких элементов, таких как водород и литий, при котором образуются более тяжёлые элементы. Это процессы, идущие на Солнце и в водородной бомбе, но они трудно контролируемы; возможно, в будущем синтез таких элементов может стать главным источником энергии. Второй процесс — деление (распад) тяжёлых элементов, таких как уран и торий. Это процесс, идущий в атомной бомбе. Поскольку эта реакция может быть контролируема, деление тяжёлых элементов уже используется для генерации электричества на атомных электростанциях. Природной способностью к распаду обладает только уран-235, который составляет всего 0,7 % общего количества природных атомов урана. Цепная реакция урана-235 впервые была осуществлена профессором Энрико Ферми 2 декабря 1942 года в одном из наиболее важных экспериментов в истории Земли. Стоимость выделения атомов урана-235 высока. Однако при распаде одного атома урана-235 высвобождается 3,2⋅10*11 Дж энергии.

Поскольку в 1 г атома урана-235 содержится около 2,56⋅10-21  атомов, то при распаде 1 г урана образуется около 8,19⋅10*10 Дж, что эквивалентно энергии, получаемой при сгорании 2,7 т угля. В настоящее время на уране-235 работает около 300 атомных электростанций. Первое место по использованию атомной энергии занимает США (около 50 %), затем Европа (30 %) и Япония (12 %). При использовании атомной энергии остро стоит проблема безопасности, а также проблема утилизации радиоактивных отходов.

Горючие ископаемые

В настоящее время используются три вида горючих ископаемых: каменный уголь, нефть и природный газ. На их долю приходится около 90 % мировой энергии. Уголь. Мировые запасы всех видов углей оцениваются в 13800 млрд. т., а дополнительные потенциальные ресурсы — в 6650 млрд. т. География распределения такова: примерно 43 % углей мира залегают в России, 29 % — в Северной Америке, 14,5 % — в странах Азии, главным образом в Китае, и 5,5 % — в Европе. На остальной мир приходится 8 %.

Хотя уголь во всём мире не является ведущим видом топлива, в некоторых странах он всё ещё преобладает, и, возможно, в будущем трудности в снабжении нефтью и газом приведут к возрастающему использованию угля. При использовании угля возникает много трудностей. Он содержит от 0,2 % до 7 % серы, присутствующей в основном в виде пирита FeS2, сульфата закисного железа FeSO4⋅7H2O, гипса CaSO4⋅2H2 O и некоторых органических соединений.

Когда уголь сгорает, выделяется окисленная сера, выбросы которой в атмосферу вызывают кислотные дожди и смог. Другая проблема — это сама добыча угля. Подземные методы разработки трудны и даже опасны. Разработка открытым методом более эффективна и менее опасна, но вызывает нарушение поверхностного слоя на большой площади. В современном мире основное применение в качестве источников энергии имеют нефть и природные углеводородные газы.