Единственными энергетическими ресурсами, доступными для экономичного крупномасштабного производства электроэнергии, скорее всего, останутся газ, нефть, уголь и уран. Все возобновляемые источники энергии вместе обеспечивают только около 3% мировой генерации электроэнергии

Очень давно люди научились разводить огонь. Собирая и сжигая древесину, они могли согреться и приготовить еду. Считается, что несколько тысяч лет назад египтяне впервые начали использовать парус. Позднее было изобретено колесо, которое приводилось в движение потоком воды. Во всех этих открытиях используются различные формы энергии - биологическая, химическая, солнечная и гидравлическая.

Уровень жизни и население

Энергия, способная выполнять работу, используя силы природы или состав неживого органического сырья, необходима для удовлетворения основных потребностей человека, увеличения продолжительности и приемлемого уровня его жизни.

За многие тысячи лет люди прошли путь от примитивного использования энергии, источник которой можно было просто собрать, к охотникам, у которых стало больше еды и которые использовали огонь для ее приготовления, а также собственного обогрева, а также пахарям и животноводам, которые использовали домашних животных в качестве источника энергии для осуществления своей деятельности.

Затем люди научились использовать силу ветра и воды. Позже промышленная революция, основанная на использовании угля и выработке энергии пара, заложила основы современного технологического общества, создавшего двигатель внутреннего сгорания для передвижения и крупномасштабного производства электроэнергии.

Вместе с тем потребление первичной энергии увеличилось более чем в сто раз. Сегодня в промышленно развитых странах мира используется от 150 до 350 гигаджоулей на человека в год, и большая часть этого количества приходится на электроэнергию.

Вместе с растущим потреблением энергии стало возможным поддержание темпов роста земного населения. Прогнозируется рост мирового населения до 8 миллиардов к 2025 году и, возможно, 10 миллиардов до конца этого столетия. Большая часть прироста будет приходиться на развивающиеся страны, где уже проживает более трех четвертей мирового населения. Это усилит спрос на энергию, возможно удвоив его к 2050 году.

Первичная и вторичная энергия

Энергию можно разделить на две категории - первичную и вторичную.

  • Первичная энергия - это энергия в форме природных ресурсов, таких как древесина, уголь, нефть, природный газ, природный уран, ветер, гидроэнергия и солнечный свет.
  • Вторичная энергия - это форма энергии, в которую может быть преобразована первичная энергия, например, электричество и бензин.

Первичная энергия может быть возобновляемой или невозобновляемой:

  • К возобновляемым источникам энергии относятся солнечная энергия, энергия ветра и волн, биомасса (древесина или сельскохозяйственные культуры, такие как сахар), геотермальная энергия и гидроэнергия.
  • Невозобновляемые источники энергии включают ископаемое топливо - уголь, нефть и природный газ, на которые в совокупности сегодня приходится более 80% всей мировой энергогенерации, плюс уран.

Доступность энергии

В первичной энергии нет недостатка. Каждый день Солнце изливает ее в огромном количестве на нашу планету. Мы видим эту энергию в различных формах, от солнечного излучения, ветра и волн до деревьев и растений, которые превращают солнечные лучи в растительную биомассу. Кроме того, в материалах, находящихся в земной коре, содержится огромное количество преобразованной солнечной энергии, в ископаемом топливе хранится энергия Солнца. Уран - это источник энергии, который находился в Земле еще до образования Солнечной системы. Сегодняшняя задача состоит в том, чтобы уйти от сильной зависимости от ископаемых видов топлива и более широко использовать неуглеродные энергетические ресурсы. Основная причина этого - опасения по поводу ускорения изменения климата.

Ископаемое топливо

Ископаемое топливо сослужило людям хорошую службу. Уголь был первым ресурсом, который стал широко использоваться в промышленности. Он дал возможность повысить уровень жизни людей. Нефть - удобный и портативный источник энергии, и она остается важнейшим ресурсом при производстве топлива для многих видов транспорта. Природный газ широко используется наряду с углем и нефтью, обладая универсальными свойствами.

Уран остается важнейшим источником энергии при производстве электричества. На производство электроэнергии уже приходится 40% потребления первичной энергии, и при росте на 2,7% энергопотребления в год спрос на нее растет вдвое быстрее, чем на другие мировые энергоресурсы.

Из каких источников в будущем лучше производить электроэнергию? Чтобы сделать выбор, можно кратко взглянуть на возможности и ограничения при использовании каждого из энергетических источников, начиная с возобновляемых.

Гидроэлектрический источник

Гидроэлектростанции обладают способностью производить электроэнергию без загрязнения атмосферы. Они используют энергию падающей воды, происходящей естественным путем или, чаще всего с помощью строительства больших плотин и образующихся водохранилищ. Преимущества гидроэлектроэнергии уже давно оценены, и сегодня на нее приходится 16% мировой энергогенерации. Во многих странах большая часть подходящих участков рек для строительства плотин уже использована, что ограничивает дальнейшее развитие этого энергетического источника.

Другие возобновляемые источники энергии имеют нераскрытый потенциал для более широкого их использования, но также имеют характеристики, которые ограничивают их способность играть важную роль в удовлетворении потребностей в электроэнергии, учитывая, что большая часть энергетического спроса связана с непрерывным, надежным энергоснабжением в больших масштабах:

Солнечная энергия

Солнечная энергия обладает значительной популярностью и привлекательностью. Однако для выработки электроэнергии возможности солнечной энергетики ограничены, поскольку она использует рассеянный и непостоянный источник. Даже если он сконцентрирован, поступление солнечной энергии прерывается ночью и вследствие облачности, а это означает, что солнечная электростанция обычно используется только в небольшой части своей расчетной мощности.

Фотогальваническое преобразование поступающего излучения низкой интенсивности непосредственно в высококачественную электроэнергию все еще относительно неэффективным технологиям (менее 20%), хотя это направление было предметом многих исследований в течение нескольких десятилетий, и затраты на ее реализацию значительно снизились. Мировая мощность солнечных панелей на конец 2011 года составляла 67 ГВт.

Ветер

Ветер, как и солнце, «бесплатный» и все чаще используется для производства электроэнергии. По состоянию на конец 2011 года во всем мире было установлено около 238 000 мегаватт ветровых мощностей. Однако они не всегда доступны, когда это необходимо, и требуются некоторые средства для их замещения в безветренные периоды. Тем не менее, технологические затраты на ветроэнергетику снизились, а иногда эксплуатационные расходы получаются даже меньше, чем при использовании традиционных источников.

В небольших масштабах (и при относительно высоких затратах) электроэнергию можно хранить. В больших масштабах любое солнечное электрическое или ветровое производство должно работать в сочетании с другими источниками электроэнергии с полным резервом. В этом случае системные затраты оказываются относительно высоки. Основная часть солнечной энергогенерации в будущем будет приходиться на прямое энергопотребление.

Геотермальный источник

Геотермальная энергия поступает из естественных источников, находящихся под поверхностью Земли. Там, где горячий подземный пар можно отбирать и выводить на поверхность, он может использоваться для выработки электроэнергии. Такие геотермальные источники в некоторых частях мира обладают большими возможностями. Сейчас введенные в эксплуатацию энергетические мощности от этих источников составляют около 10 000 МВт. Имеются перспективы и в других регионах планеты, если производить перекачку воды под землей в очень горячие области земной коры и использовать производимый таким образом пар для выработки электроэнергии. Остается решить только технические проблемы.

Биомасса

Большинство лесов и сельскохозяйственных культур технически можно использовать в качестве топлива, даже если основная цель урожая - производство еды. Есть также некоторые «энергетические угодья», где урожай выращивается исключительно для производства энергии. Однако такое использование земель соперничает с другими сельскохозяйственными культурами за потребление воды, удобрений и самих земельных площадей, что требует определенного выбора между топливом и едой.

Биомасса действительно является полезным и растущим источником энергии, особенно для сельских сообществ в различных странах мира, а органические отходы и водоочистные сооружения могут использоваться для производства метана или биогаза. Тем не менее в целом этот источник, вероятно, будет играть лишь небольшую роль в производстве электроэнергии.

Производство электроэнергии

Единственными энергетическими ресурсами, доступными для экономичного крупномасштабного производства электроэнергии, скорее всего, останутся газ, нефть, уголь и уран. Все вышеперечисленные возобновляемые источники вместе обеспечивают только около 3% мировой генерации электроэнергии.

Нефть

Нефть стала слишком дорогой в использовании при производстве электричества. Она имеет большое преимущество в том, что является легко транспортабельным ресурсом. По возможности её используют для узких целей, таких как производство топлива для транспорта и нефтехимической промышленности.

Природный газ

Газ можно рассматривать так же, как и нефть, поскольку он слишком ценен, чтобы его можно было тратить на такие цели, как крупномасштабное производство электроэнергии. Однако после резкого скачка цен на нефть в 1970-х годах, благодаря усилиям по геологоразведке, были обнаружены огромные залежи природного газа во многих частях мира, и сегодня они широко используются на электростанциях, обеспечивая 21% мировой генерации электроэнергии. Однако главное достоинство газа заключается в том, что его можно безопасно и дешево перерабатывать для бытовых и промышленных потребителей и сжигать для очень эффективного производства тепла. Газ является также ценным химическим сырьем.

Каменный уголь

Уголь имеется в изобилии, и мировая его добыча составляет около 6 миллиардов тонн в год, большая часть из которых используется для производства электроэнергии. Он доминирует на рынке и служит для производства 40% всей электроэнергии в мире, в то время как на уран приходится 13,5%.

Уран

Урана также много, и существуют технологии, позволяющие расширить его использование в 60 раз, если этого потребует спрос. Мировое производство урановой руды составляет около 60 000 тонн в год. Однако большая часть рынка приходится на вторичные источники, такие как складские запасы, включая материалы от демонтированного ядерного оружия. Практически все это идет на производство электроэнергии.

Комментарии

Написать комментарий

Нажимая на кнопку, вы даете согласие на обработку персональных данных и соглашаетесь с политикой конфиденциальности

  • Дата:04.01.2021
  • Просмотры:108
  • Источник: World Nuclear Association

Другие публикации по теме