Способы решения энергетических проблем

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: причины и возможные пути решения

Люди постоянно создают новые технологии, совершая огромные прорывы в разных сферах. С одной стороны, это шанс раскрыть тайны, связанные с человеческим телом, мирозданием, Космосом, созданием планеты, преодолением смертельных болезней. С другой же стороны, это истощение ресурсов, которые дает планета людям.

Кроме того, из-за активной деятельности человечества наблюдается серьезное давление на природу, окружающую среду. Из-за этого ученые уже несколько десятилетий говорят о глобальных проблемах, с которыми нужно бороться. Одной из самых острых и актуальных является энергетическая проблема.

Причины появления

Впервые об энергетической проблеме заговорили в 1970-е годы, когда ученые стали утверждать, что жители планеты столкнуться со сложностями обеспечения топливом и энергией. Серьезные опасения ученых возникли из-за крупного энергетического кризиса, который положил конец эпохе недорогой нефти.

После этого начался экономический кризис, затронувший весь мир. Сложности закончились, нефть снова стала дешевой, но энергетическая проблема и дальше продолжает беспокоить правительства стран мира.

1. Быстрый, взрывной рост потребления минерального топлива и ускоренная добыча полезных ископаемых. С начала ХХ века и до 1980-х годов человечество добыло и использовало больше топлива, чем за все столетия истории. В период с 1960-го по 1980-й год добыли 40% угля, около 75% нефти и почти 80% природного газа. До 1970-х годов не было разговоров о том, чтобы сократить потребления природных ископаемых, после энергетического кризиса планы и прогнозы использования ресурсов пересмотрели в сторону сокращения. Негативные последствия активной добычи во второй половине ХХ века ощущаются и сегодня. Сложности возникают из-за ухудшения горно-геологических условий залегания топлива и подорожания добычи ископаемых.
2. Ухудшение экологической обстановки под влиянием горнодобывающей промышленности.
3. Глобальная конкурентная борьба за топливно-энергетические ресурсы, их раздел и передел между топливными корпорациями.
4. Постоянно возрастающая потребность в электричестве и электроэнергии. Связано это с ростом ВВП и потреблением энергии, которая нужна для полноценного производственного цикла.
5. Активные процессы урбанизации. Люди все чаще переезжают из сел в города. Ученые подсчитали, что к 2050 году 2/3 населения мира будет жить в крупных мегаполисах. Урбанизация требует обеспечения всех городских жителей едой, товарами, коммунальными услугами, логистикой. Кроме того, в городах строятся многоэтажки и небоскребы, для функционирования которых нужны безопасные и надежные электросети.
6. Изменение климата. Из-за этого меняется количество выбросов, связанных с энергетикой. Электросети надо использовать более рационально, чтобы снизить уровень производства углекислого газа.
7. Рост затрат на оборудование, учитывая срок их службы.
8. Расширение «умных» сетей.

На самом деле, причин развития и углубления энергетической проблемы гораздо больше. Современные корпорации, предприятия, сфера образования, коммунальных услуг, инфраструктура, логистическая и транспортная системы требуют колоссальных затрат электричества и топлива. Ресурсов постоянно не хватает, поэтому в некоторых странах увеличивается их потребление, в других – правительство пытается разработать альтернативные источники топлива и сделать использование традиционных вариантов энергии эффективным и безопасным.

Способы решения энергетической проблемы

Выделяют традиционные и инновационные пути преодоления данной глобальной проблемы. Большинство стран мира стараются наращивать ресурсы минерального топлива. Суть метода заключается в увеличении запасов нефти и газа за счет поиска новых мест ископаемых. Количество ресурсов возросло в несколько раз, если сравнивать с темпами добычи топлива.

Этот способ предусматривает не только наращивание количество топлива, но и их экономное и рациональное использование. В результате чего возникла ресурсоемкая экономика, базирующая на энергосбережении.

Второй способ касается сохранения ресурсов. Данная политика проводится в различных технологиях, в промышленности, транспорте, коммунальной и бытовой сфере, обществе, сфере образования.

Чтобы усилить процесс энергосбережения, стали использовать технологические нововведения. В частности, улучшили промышленное и коммунальное оборудование, стали выпускать экономичные автомобили. Постепенно стала меняться структура потребления энергетических ресурсов, направленных на увеличение числа возобновляемых и нетрадиционных первичных энергоресурсов.

Третий способ касается развития атомной энергетики, которая основана на использовании атомных реакторов нового поколения. Несмотря на закрытие в Европе многочисленных АЭС и массового отказа от такого вида энергетики, способ и дальше рассматривается как основной для решения энергетической проблемы.

Четвертый метод – прямое преобразование тепловой энергии в энергетическую с помощью магнитогидродинамических генераторов. Они имеют высокий уровень КПД, не осуществляют выбросы вредных веществ в атмосферу.

Пятый метод – создание криогенного турбогенератора, который должен работать за счет охлаждения ротора жидким гелием, благодаря чему достигается эффект сверхпроводимости.

Шестой способ – использование в качестве топлива водорода, на котором будет работать новый тип двигателя.

Ведутся разработки по созданию электрохимических генераторов (топливных элементов). Они тоже должны работать на водороде, который должны пропускать через полимерные мембраны с катализатором. Последние новинки в сфере поиска новых видов топлива касаются создания управляемого термоядерного синтеза. Он основан на слиянии ядер изотопов водорода. При ядерном сжигании 1 кг дейтерия выделяется в 10 млн. раз больше энергии, чем при сжигании 1 килограмма угля.

Перспективы

Один из способов развиваться не будет. Ставка делается на использовании всех возможных методов, чтобы уменьшить долю использования различных видов топлива. В результате, в энергетической сфере будут происходить важные структурные изменения. Прогнозируется, что возрастет доля возобновляемых источников топлива при уменьшении части ископаемых. Ученые говорят, что в последующие годы будут активно использовать солнечную, ветровую, приливную и геотермальную энергии.

Огромные перспективы у биотоплива, способного давать огромное количество электроэнергии.

Несмотря на разработки и достижения, и дальше будут наблюдаться истощения отдельных бассейнов топлива, что поменяет структуру горной промышленности. Альтернативные источники энергетики не помешают наращивать темпы добычи ископаемых.

Ситуация может поменяться, если ученые добьются значительного прорыва в ядерной энергетике.

Таким образом, энергетическая проблема обострилась в 1970-е годы в результате активной деятельности людей по добыче топливных ископаемых. Глобально заниматься проблемой стали только в конце ХХ века, сделав ставку на уменьшение традиционных минералов, необходимых в энергосфере. Большой прорыв в данной области связан с созданием альтернативных источников энергетики.

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