Электроэнергетика способы решения проблемы

Основные проблемы энергетики и возможные способы их решения

Рубрика: Технические науки

Дата публикации: 07.10.2017 2017-10-07

Статья просмотрена: 23016 раз

Библиографическое описание:

Афанасьева, Е. А. Основные проблемы энергетики и возможные способы их решения / Е. А. Афанасьева, М. Д. Кислякова. — Текст : непосредственный // Молодой ученый. — 2017. — № 40 (174). — С. 1-4. — URL: https://moluch.ru/archive/174/45823/ (дата обращения: 20.11.2021).

В статье представлен анализ основных проблем энергетики и возможных путей их решения относительно экономической ситуации, сложившейся в России на современном этапе.

Ключевые слова: энергетическая безопасность, энергосбережение, энергозамещение, нетрадиционное топливо, возобновляемые источники энергии, альтернативные способы производства энергии

В настоящий момент широкое распространение приобрел термин «энергетическая безопасность» наряду с военной, экономической, экологической, продовольственной и другими видами безопасности [1]. Данное понятие можно интерпретировать как состояние защищенности страны, ее граждан, общества и экономики от угроз надежному топливно- и энергообеспечению. Чтобы обеспечить энергетическую безопасность России, требуется своевременно выявить основные проблемы энергетики и описать те способы, которые подходят для реального осуществления в условиях кризисной экономики.

Для ХХ века и первого десятилетия нового столетия характерен высокий рост потребления первичных энергоресурсов и электроэнергии. В мире в 15 раз возросло совокупное потребление электрической энергии и в 4,4 раза увеличился расход электричества на одного жителя планеты [2]. Причем темп использования энергетических ресурсов продолжает расти. Вместе с тем продолжают активно осваиваться первичные источники энергии с более высоким энергосордержанием — каменный уголь, уран, газ, нефть.

При тщательном рассмотрении, самые значимые проблемы, связанные с энергетикой, выстраиваются в так называемую «триаду энергетических проблем» [3].

Во-первых, основные на сегодня источники энергии невозобновляемы, причем распределяются по планете неравномерно. Из-за чего одни страны испытывают дефицит и вынуждены тратить значительную часть бюджета на покупку энергоресурсов, становясь при этом зависимыми от своих поставщиков. Другие же, наоборот, могут подсесть на легкий заработок, что грозит таким государствам стать сырьевыми придатками стран, выбравших инновационный путь развития. Как, например, Россия еще десятилетия назад плотно «сидела» на углеводородной трубе, но теперь курс жестко ориентирован на освоение более совершенных способов добычи электрической энергии.

Рисунок 1 позволяет оценить энергообеспеченность ведущих промышленно развитых стран.

Рис. 1. Энергообеспеченность стран «большой восьмёрки» (отношение объёма наличных энергоресурсов к объёму потребления)

Во- вторых, современная энергетика приносит заметный ущерб экологической обстановке в мире. Это антропогенные выбросы в воздушное пространство Земли, загрязнение её недр и водной оболочки. Непредсказуемость погоды повышается, климат на планете меняется [2]. В довершении всего этого следует упомянуть о крупных авариях на техногенных объектах, таких как Чернобыльская АЭС.

В-третьих, всё вышеперечисленное провоцирует появление новых геополитических и социальных проблем. Так дефицит источников энергии вынуждает государства развязывать военные конфликты за ресурсы или осуществлять передел территорий с их залежами ненасильственными, экономико-политическими методами. А проблемы с климатом приводят к ухудшению ситуации в сельском хозяйстве, незапланированное изменение погоды способно лишить фермеров урожая и вызвать голод в регионе, что в свою очередь может привести к социальным взрывам или даже миграции населения.

Решить проблемы, входящие в триаду, возможно путём сбережения энергоресурсов и замещения традиционного топлива на нетрадиционные возобновляемые источники энергии (НВИЭ) с вовлечением во всё больших масштабах вспомогательных топливных ресурсов (ВТР) и применением современных способов получения энергии.

Интерес к ВТР растет из-за увеличения стоимости традиционных энергоресурсов, что явилось следствием роста спроса и сокращения предложения ввиду истощения месторождений. К ВТР относятся горючий сланец (из которого добывают нефть и газ), битуминозные пески (один из видов нетрадиционной нефти), тяжелая нефть, попутный нефтяной газ, метан угольных пластов, газогидраты [5, с. 247]. Необходимо отметить, что добыча метана из газогидратов создает большие трудности по его извлечению без ущерба окружающей среде и поэтому требует больших денег.

Широкое внедрение ВТР позволит продлить срок жизни углеводородных секторов топливно-энергетического комплекса, тем самым не дать расти ценам и отчасти решить проблему дефицита. На рисунке 2 представлено соотношение сланцевого газа к запасам традиционного газа по странам.

Рис. 2. Соотношение запасов традиционного газа к запасам сланцевого газа по странам

Нетрадиционные возобновляемые источники энергии НВИЭ позволяют получать энергию, взяв по контроль естественные процессы природы, происходящие на Земле, а также переработка отходов жизнедеятельности человека. К НВИЭ относятся недра планеты, солнце, ветер, малые реки, моря и океаны, а также горючие отходы промышленного производства и домохозяйств. Энергия, получаемая от крупных рек, давно освоена энергетикой, поэтому относится к более широкой группе возобновляемых источников энергии (ВЭИ). ВИЭ неистощимы и способны восстановить энергетический потенциал в течение нескольких десятков лет.

На данный момент, мировой потенциал НВИЭ составляет около 20 млрд. тонн условного топлива (т.у.т.), что почти в два раза превышает количество добываемого минерального топлива. В таблице 1 сопоставлены ресурсы возобновляемых источников энергии в России и мире.

Ресурсы ВИЭ вмире ив России, млн. т.у.т.

Источник

Проблема энергетическая: пути решения

Проблема энергетическая рано или поздно настигает каждое государство на планете. Запасы недр Земли не бесконечны, поэтому планирование будущего является основной задачей исследовательских организаций. На данный момент человечество не придумало альтернативу основным ресурсам, необходимым для ведения жизнедеятельности.

Основная забота человечества

Проблема энергетическая затрагивает каждую ячейку общества. Основные цели использования природных ресурсов — это:

• обогрев жилья;
• транспортировка грузов;
• использование в промышленности.

Естественные источники энергии не могут в полном объёме перекрыть получаемый коэффициент полезного действия от угля, нефти, газа. Насущный вопрос экологичности переработки ископаемых в энергию также волнует все исследовательские сообщества.

Условия изменились

Проблема энергетическая сформировалась десятки лет назад после резкого роста потребления ресурсов, связанного с развитием автотранспортной промышленности.

Кризис разрастался, и были сделаны выводы, что запасов нефти хватит не более чем на 35 лет. Но это мнение поменялось после открытия новых месторождений. Развитие топливной промышленности привело к ухудшению экологии в мире, что породило появление новой проблемы: как сохранить растительность и животный мир.

Проблема энергетическая рассматривается не только как вопрос добычи и запасов ресурсов, но и как побочные эффекты от грязного производства топлива. Из-за желания обладать месторождениями между странами возникают конфликты, перерастающие в затяжную войну. Экономическая ситуация регионов зависит от метода добычи энергии, от доступа к ней, месту разработки и наполнения баз под хранение ресурсов.

Решение энергетической проблемы поможет улучшить ситуацию сразу в нескольких отраслях, что актуально для всех слоев населения. Владение основной частью ресурсов дает возможности для управления странами; здесь затрагивается интерес движения к глобализации экономики.

Варианты закрытия вопроса о топливном кризисе

Основные пути решения проблем уже изучены экономистами. Пока что не существует реально действующего ответа на этот вопрос. Все варианты выхода из топливного кризиса длительны и рассчитаны на сотни лет. Но постепенно человечество осознает необходимость кардинальных действий в направлении замены традиционных методов добычи энергии на экологичные и более полезные.

Проблемы энергетического развития будут расти с ростом технологичности производств и транспорта. В некоторых регионах уже наблюдается нехватка ресурсов в энергетической отрасли. Китай, к примеру, достиг предела в развитии энергетической промышленности, а Великобритания стремится сократить эту область для восстановления экологической обстановки.

Основная же тенденция развития энергетики в мире движется к наращиванию объема поставок энергии, что неизбежно ведет к кризису. Однако у стран, затронутых топливным кризисом 70-х годов, уже выработан механизм защиты от скачков в экономике. Предприняты глобальные меры по энергосбережению, дающие положительные результаты уже в настоящее время.

Экономия расхода топлива

Энергетический кризис частично решается за счет мер сбережения. Экономически подсчитано, что единица сэкономленного топлива дешевле на одну треть добытой из недр Земли. Поэтому на каждом предприятии нашей планеты введён режим оправданной экономии энергии. В результате такой подход ведёт к улучшению показателей.

Глобальная энергетическая проблема требует объединения исследовательских институтов всего мира. По результатам экономии расхода энергии в Великобритании экономические показатели повысились в 2 раза, а в США — в 2,5. В качестве альтернативных решений развивающиеся страны проводят действия, направленные на создание энергоемких производств.

Энергетическая и сырьевая проблема присутствует в более острой форме в развивающихся странах, где потребление энергии растёт с повышением уровня жизни. Развитые страны уже приспособились к меняющимся условиям и выработали механизм защиты от резких скачков спроса потребителей. Поэтому у них показатели расхода ресурсов оптимальные и меняются незначительно.

Трудности на пути сбережения ресурсов

При оценке энергозатрат учитывается целый комплекс энергетических проблем. Одной из главных является дешевизна нефти и газа, что мешает внедрению экологически чистых преобразователей естественной энергии (солнца, движения воды, ветра океана) в электрическую. Технологии вносят существенный вклад в энергосбережение. Учёные постоянно находятся в поиске более доступных и экономически выгодных способов выработки энергии. К таким относят электромобили, солнечные батареи, аккумуляторы, изготовленные из отходов.

Варианты замещения энергий

Задачей исследовательских институтов на пути решения энергетической нехватки в определённых регионах является поиск варианта развития технологий, необходимых для регулирования дисбаланса ресурсов. Так, в пустыне лучше развивать добычу электричества из солнечных лучей, а в дождливых тропиках стараются использовать гидроэлектростанции.

Большинство преобразователей чистых энергий требует колоссальных материальных затрат на их внедрение в повседневную жизнь. К этому ещё не готовы развивающиеся страны. Частично проблема нехватки энергии решается равномерным расселением жителей мегаполисов по свободным территориям. Этот процесс должен сопровождаться постройкой новых экологичных станций по переработке естественных энергий в электричество, тепло.

Вред от первичных ресурсов

Основными угрозами для природы и человека являются добыча нефти на шельфе, выбросы продуктов сгорания в атмосферу, результаты химических и атомных реакций, открытая добыча угля. Эти процессы требуется вовсе прекратить, решением может стать развитие научной индустрии в отстающих регионах. Потребление ресурсов растёт с развитием общества, перенаселением местности и открытием мощных производств.

Источник

Энергетическая проблема человечества и пути ее решения

Энергетическая проблема человечества с каждым годом приобретает все большие масштабы. Связано это с ростом населения планеты и интенсивным развитием технологий, что обуславливает постоянно растущий уровень потребления энергоресурсов. Несмотря на использование ядерной, альтернативной и гидроэнергии, львиную долю топлива люди продолжают добывать из недр Земли. Нефть, природный газ и уголь являются невозобновляемыми природными энергетическими ресурсами, к настоящему времени их запасы уменьшились до критического уровня.

Начало конца

Глобализация энергетической проблемы человечества началась в 70-х годах прошлого столетия, когда закончилась эра дешевой нефти. Дефицит и резкое подорожание этого вида топлива спровоцировали серьезный кризис в мировой экономике. И хоть стоимость его со временем снизилась, объемы неуклонно сокращаются, поэтому энергетическая и сырьевая проблема человечества становится все острее.

К примеру, только в период с 60-х по 80-е годы ХХ века мировой объем добычи угля составил 40%, нефти – 75%, природного газа – 80% от общего объема этих ресурсов, использованных с начала столетия.

Несмотря на то что в 70-х годах начался дефицит топлива и обнаружилось, что энергетическая проблема – это глобальная проблема человечества, прогнозы не предусматривали роста его потребления. Планировалось, что объемы добычи полезных ископаемых к 2000 году возрастут в 3 раза. Впоследствии, конечно, эти планы были снижены, но в результате крайне расточительной эксплуатации ресурсов, длившейся десятилетиями, на сегодняшний день их практически не осталось.

Основные географические аспекты энергетической проблемы человечества

Одной из причин растущего дефицита топлива является утяжеление условий его добычи и, как следствие, удорожание этого процесса. Если еще несколько десятков лет назад природные богатства лежали на поверхности, то сегодня приходится постоянно увеличивать глубину шахт, газовых и нефтяных скважин. Особенно заметно ухудшились горно-геологические условия залегания энергоресурсов в старых промышленных районах Северной Америки, Западной Европы, России и Украины.

Учитывая географические аспекты энергетической и сырьевой проблем человечества, нужно сказать, что их решение заключается в расширении ресурсных рубежей. Необходимо осваивать новые районы с более легкими горно-геологическими условиями. Таким образом можно снизить себестоимость добычи топлива. При этом следует учитывать, что общая капиталоемкость добычи энергоресурсов в новых местах, как правило, намного выше.

Экономические и геополитические аспекты энергетической и сырьевой проблем человечества

Истощение запасов природного топлива стало причиной возникновения жесточайшей конкурентной борьбы в экономической, политической и геополитической сферах. Гигантские топливные корпорации занимаются разделом топливно-энергетических ресурсов и переделом сфер влияния в этой отрасли, что влечет постоянные колебания цен на мировом рынке газа, угля и нефти. Нестабильность ситуации серьезно усугубляет энергетическую проблему человечества.

Глобальная энергетическая безопасность

Это понятие вошло в обиход в начале 21-го века. Принципы стратегии такой безопасности предусматривают надежное, долгосрочное и экологически приемлемое энергоснабжение, цены на которое будут обоснованы и устраивать страны как экспортирующие, так и импортирующие топливо.

Реализация этой стратегии возможна лишь при условии устранения причин энергетической проблемы человечества и практических мер, направленных на дальнейшее обеспечение мировой экономики как традиционными видами топлива, так и энергией из альтернативных источников. Причем развитию альтернативной энергетики должно быть уделено особое внимание.

Политика энергосбережения

Во времена дешевого топлива во многих странах мира сформировалась очень ресурсоемкая экономика. Прежде всего такое явление наблюдалось в государствах, богатых минеральными ресурсами. Возглавляли этот список Советский Союз, США, Канада, Китай и Австралия. При этом В СССР объем потребления условного топлива был в несколько раз больше, чем в Америке.

Такое положение вещей требовало срочного введения политики энергосбережения в коммунально-бытовом, промышленном, транспортном и прочих секторах экономики. С учетом всех аспектов энергетической и сырьевой проблем человечества начали разрабатываться и внедряться технологии, направленные на снижение удельной энергоемкости ВВП этих стран, и перестраиваться вся экономическая структура мирового хозяйства.

Успехи и неудачи

Наиболее заметных успехов в сфере энергосбережения удалось добиться экономически развитым странам Запада. За первые 15 лет им удалось снизить энергоемкость своего ВВП на 1/3, что повлекло сокращение их доли в мировом потреблении энергоресурсов с 60 до 48 процентов. На сегодняшний день эта тенденция сохраняется, и рост ВВП на Западе опережает растущие объемы потребления топлива.

Значительно хуже обстоят дела в Центрально-Восточной Европе, Китае и странах СНГ. Энергоемкость их экономики снижается очень медленно. Но лидерами экономического антирейтинга являются развивающиеся страны. К примеру, в большинстве африканских и азиатских стран потери попутного топлива (природного газа и нефти) составляют от 80 до 100 процентов.

Реалии и перспективы

Энергетическая проблема человечества и пути ее решения сегодня волнуют весь мир. Для улучшения существующей ситуации вводятся различные технико-технологические новшества. С целью энергосбережения усовершенствуется промышленное и коммунальное оборудование, выпускаются более экономичные автомобили и т. д.

К числу первостепенных макроэкономических мероприятий относится поэтапное изменение самой структуры потребления газа, угля и нефти с перспективой увеличения доли нетрадиционных и возобновляемых энергоресурсов.

Для успешного решения энергетической проблемы человечества необходимо особое внимание уделить развитию и внедрению принципиально новых технологий, доступных на современном этапе научно-технической революции.

Атомная энергетика

Одним из наиболее перспективных направлений в сфере энергоснабжения является атомная энергетика. В некоторых развитых странах уже введены в эксплуатацию атомные реакторы нового поколения. Ученые-ядерщики сегодня опять активно обсуждают тему реакторов, работающих на быстрых нейронах, которые, как когда-то предполагалось, станут новой и значительно более эффективной волной атомной энергетики. Однако их разработка была прекращена, но ныне этот вопрос снова стал актуальным.

Использование МГД-генераторов

Прямое преобразование теплоэнергии в электроэнергию без паровых котлов и турбин позволяют выполнять магнитогидродинамические генераторы. Разработка этого перспективного направления началась еще в начале 70-х годов прошлого века. В 1971 году в Москве был произведен пуск первой опытно-промышленного МГД мощностью 25000 кВт.

• высокий КПД;
• экологичность (отсутствуют вредные выбросы в атмосферу);
• моментальный запуск.

Криогенный турбогенератор

Принцип работы криогенного генератора заключается в том, что ротор охлаждается жидким гелием, за счет чего получается эффект сверхпроводимости. К бесспорным преимуществам этого агрегата относятся высокий КПД, небольшая масса и габариты.

Опытно-промышленный образец криогенного турбогенератора был создан еще в советскую эпоху, а ныне подобные разработки ведутся в Японии, США и других развитых странах.

Водород

Использование водорода в качестве топлива имеет огромные перспективы. По мнению многих специалистов, эта технология поможет решить важнейшие лобальные проблемы человечества – энергетическую и сырьевую проблему. Прежде всего водородное топливо станет альтернативой природным энергоресурсам в машиностроении. Первый автомобиль на водороде был создан японской компанией «Мазда» еще в начале 90-х годов, для него был разработан новый двигатель. Эксперимент оказался довольно удачным, что подтверждает перспективность этого направления.

Электрохимические генераторы

Это топливные элементы, которые также работают на водороде. Горючее пропускают сквозь полимерные мембраны со специальным веществом – катализатором. В результате химической реакции с кислородом сам водород преобразуется в воду, выделяя химическую энергию при сгорании, которая превращается в электрическую.

Двигатели с топливными элементами отличаются максимально высоким КПД (свыше 70 %), что вдвое больше, чем у обычных силовых установок. Плюс к этому они удобны в применении, бесшумны при работе и нетребовательны к ремонту.

Еще недавно топливные элементы имели узкую сферу применения, к примеру в космических исследованиях. Но ныне работы по внедрению электрохимических генераторов активно ведутся в большинстве экономически развитых государств, первое место среди которых занимает Япония. Общая мощность этих агрегатов в мире измеряется миллионами кВт. К примеру, в Нью-Йорке и Токио уже действуют электростанции на таких элементах, а немецкий автопроизводитель «Даймлер-Бенц» первым создал рабочий прототип автомобиля с двигателем, работающим по этому принципу.

Управляемый термоядерный синтез

Уже несколько десятков лет ведутся исследования в области термоядерной энергетики. В основе атомной энергии лежит реакция деления ядер, а термоядерная базируется на обратном процессе – ядра изотопов водорода (дейтерия, трития) сливаются. В процессе ядерного сжигания 1 кг дейтерия количество выделяемой энергии превосходит в 10 миллионов раз аналогичный показатель, получаемый от угля. Результат поистине впечатляющий! Именно поэтому термоядерная энергетика считается одним из наиболее перспективных направлений в решении проблем глобального энергетического дефицита.

Прогнозы

Сегодня существуют различные сценарии развития ситуации в мировой энергетике в будущем. Согласно некоторым из них, к 2060 году глобальное энергопотребление в нефтяном эквиваленте возрастет до 20 млрд тонн. При этом по объемам потребления ныне развивающиеся страны обгонят развитые.

К середине 21-го века должен значительно уменьшиться объем ископаемых видов энергоресурсов, но увеличится доля возобновляемых, в частности ветровых, солнечных, геотермальных и приливных источников энергии.

Источник