Энергетические природные ресурсы
Что такое энергетические ресурсы
На протяжении многих веков основным источником получения энергии для человека была древесина. В XVIII веке началась промышленная революция, одним из главных достижений которой было изобретение паровой машины. Это привело к резкому увеличению использования каменного угля.
В XIX веке в качестве энергоресурса стала применяться нефть. Ее потребление особенно увеличилось после изобретения двигателей внутреннего сгорания. XX век стал «эрой нефти». Ее производство и использование в экономике неуклонно росло. Даже открытие атомной энергетики не смогло значительно ослабить позиции нефти как ведущего энергоресурса.
В наши дни активно развивается альтернативная энергетика, что в первую очередь связано со стремлением снизить негативное влияние человека на экологию.
Осторожно! Если преподаватель обнаружит плагиат в работе, не избежать крупных проблем (вплоть до отчисления). Если нет возможности написать самому, закажите тут.
Энергетические ресурсы — это все разнообразные источники энергии, которые человек применяет в промышленности и быту.
Характерной особенностью двух последних столетий истории человеческой цивилизации является неуклонное увеличение потребления энергоресурсов. Это связано с ростом населения, расширением масштабов промышленного производства, возрастанием потребностей человека. Во второй половине 20 — начале 21 века потребление энергии увеличивалось в два раза каждые 12—14 лет.
Использованием и распределением энергетических ресурсов занимается специальная отрасль хозяйственно-экономической деятельности человека, которая называется «энергетика». Она является основой для развития всех отраслей промышленности.
Энергетика — это отрасль техники и народного хозяйства, в рамках которой происходит добыча энергии из энергоресурсов и ее донесение до потребителей.
Производство энергии осуществляется за счет преобразования первичной природной энергии во вторичную — например, тепловую или электрическую.
Стадии производства энергии:
- Добыча энергоресурсов — это процесс извлечения энергоносителей из недр Земли или из других природных источников с помощью технических средств. Например, уголь добывается открытым и закрытым способами — в карьерах и шахтах.
- Обогащение — это переработка исходного сырья с целью концентрации полезного вещества. Например, для производства ядерного топлива природный уран разделяют на обогащенный и обедненный.
- Передача ресурсов — транспортировка топлива на энергетические установки. Например, доставка мазута на ТЭС.
- Преобразование энергии — первичная энергия энергоресурсов преобразуется во вторичную. Например, химическая энергия природного газа превращается в тепловую и электрическую энергию.
- Доставка — вторичная энергия доставляется до потребителей, в качестве которых могут выступать как промышленные предприятия, так и бытовые объекты. Например, доставка осуществляется через ЛЭП — линии электропередач.
Энергетика делится на два типа:
- Традиционная — к ней относят хорошо изученные в технологическом отношении и давно используемые человеком способы получения энергии.
- Альтернативная — к ней причисляют все перспективные источники энергии. Поскольку чаще всего в ее рамках происходит использование возобновляемых энергоресурсов, то ее также называют «зеленой» или «регенеративной» энергетикой.
Невозобновляемые энергетические ресурсы
К невозобновляемым относятся энергоресурсы, которые являются исчерпаемыми и ограниченными. Они включают все виды ископаемого топлива.
Ископаемое топливо — это сырье древнего органического происхождения, которое при сгорании выделяет большое количество энергии.
Оно образовалось в глубокой древности в особых условиях. Органические остатки, погруженные в земную кору, пребывали под воздействием повышенного давления, теплоты и отсутствия кислорода. Восстановление данных энергоресурсов невозможно, поскольку ископаемое топливо создавалось природой на протяжении многих миллионов лет в определенные геологические периоды.
Например, горючие сланцы образовались примерно 450 миллионов лет назад в результате разложения морского планктона без доступа воздуха.
К ископаемому топливу относятся:
- нефть и природный газ;
- все виды угля;
- горючие сланцы и торф.
Наибольшее значение в структуре потребления имеет уголь, нефть и газ.
Уголь
Уголь стал первым ископаемым топливом, который научился использовать человек, и вторым известным энергоресурсом после древесины.
Уголь — это твердое полезное ископаемое осадочного происхождения, состоящее преимущественно из углерода. В основном используется как топливо и ценное сырье для химической промышленности.
Наиболее древние крупные залежи ископаемого угля образовывались в промежутке от 350 до 250 миллионов лет назад. В те времена существовали гигантские папоротники, плауны и другие растения с крупными листьями. Органические растительные остатки переместились на глубину, где подверглись метаморфическим процессам.
Геологический период, в котором сложились особо благоприятные условия для образования угля, так и называется — карбон или каменноугольный период. «Сarbō» — по-латински означает «уголь».
По одной из наиболее вероятных версий, в последующие эпохи образование угля было ограничено тем, что в конце карбона появились грибы и микроорганизмы, способные перерабатывать лигнин — одеревеневшие стенки клеток растений.
Классификация основных видов угля:
- Антрацит — очень плотный и блестящий уголь, содержащий 92—97 % углерода. Обладает наибольшей теплотой сгорания из всех углей, но плохо воспламеняется. Используется как высококачественное топливо в энергетике, а также в металлургии. Самый древний и дорогой из углей.
- Каменный уголь — плотная порода от черного до серо-черного цвета. Самый распространенный вид углей, который используется в энергетике. Дешевле антрацита, но дороже бурого угля. Содержит от 75 до 92 % углерода.
- Бурый уголь — самый низкокачественный, но дешевый вид угля. Содержит больше воды и летучих веществ, чем каменный уголь. При сгорании выделяет мало тепла, но много запаха и дыма. Для улучшения качеств бурого угля его сушат, используют в порошке или брикетах. Содержание углерода варьирует от 50 до 75 %.
Источник: nvph.ru
В 1960-у годы уголь обеспечивал половину мирового производства энергии. В наше время его использование неуклонно сокращается. Это обусловлено крайне негативным воздействием угольной промышленности на окружающую среду.
Сжигание в больших количествах угля является одним из главных источников возникновения «парникового эффекта», который приводит к глобальному изменения климата.
При сжигании одного килограмма каменного угля образуется 6450 килокалорий энергии или 7,5 киловатт.
Нефть
Нефть — это природная горючая жидкость, состоящая из сложной смеси углеводородов.
Известна человечеству с глубокой древности, но в промышленных масштабах стала использоваться только со второй половины 19 века. Особенно интенсивно нефтяная отрасль развивалась в 20-м столетии.
В 1938 году в мире добывалось 280 миллионов тонн нефти, в 1950 — 550, в 1970 — свыше 2-х миллиардов тонн.
Обычно нефть имеет черный или буровато-коричневый цвет. Крайне редко встречается нефть зеленоватых оттенков или даже бесцветная.
Большинство нефтяных месторождений приурочены к осадочным породам и располагаются на глубине от одного до трех километров. Известны случаи естественных выходов нефти на поверхность.
Источник: Gettyimages.ru
Существуют разные теории происхождения нефти. Наиболее вероятно, что она образовалась из остатков морского органического вещества — планктона и водорослей. Ученые предполагают, что процесс нефтеобразования был очень длительным и занимал от 50 до 350 миллионов лет.
По преобладающим в составе углеводородам нефть делится на виды:
- парафиновые;
- нафтеновые;
- ароматические.
Выделяют также промежуточные виды. Например, нафтено-ароматические нефти.
Классификация по плотности:
- легкие;
- утяжеленные;
- тяжелые.
По товарным сортам:
- «Brent» — эталонная марка, добываемая в Северном море;
- «Siberian light» — легкая западносибирская нефть с низким содержанием серы;
- «Urals» — российская экспортная марка нефтяной смеси, которая получается путем смешивания высокосернистой, тяжелой уральской нефти и сорта «Siberian light»;
- и другие.
При сжигании одного литра нефти образуется 10500 ккал энергии или 12,2 киловатт.
Природный газ
Природный газ — это горючая смесь газов природного происхождения, которая добывается из осадочных пород.
В основном состоит из метана — его количество может варьировать от 70 до 98 %.
Также содержит:
- более тяжелые углеводороды — этан, пропан и др.;
- азот;
- углекислый газ;
- сероводород;
- инертные газы — например, гелий.
Почти в два раза легче воздуха, потому при утечках поднимается вверх. Часто добывается вместе с нефтью путем разработки нефтегазоносных залежей.
Известен людям давно, но в промышленных масштабах как ценный энергоресурс начал активно использоваться только с середины XX века. При сжигании одного кубического метра природного газа выделяется 8000 ккал энергии или 9,3 киловатт.
Возобновляемые энергетические ресурсы
К возобновляемым относятся энергоресурсы, которые восполняются естественным путем и являются неисчерпаемыми по человеческим меркам.
Солнечная энергетика
Первые опыты по использованию солнечной энергии производил еще Леонардо да Винчи в эпоху Возрождения. В конце XIX века в США были изобретены экспериментальные солнечные элементы, но они показывали низкую эффективность. Впервые в промышленном масштабе энергия солнца стала использоваться с 1960-х годов в космической отрасли.
Солнечные батареи были установлены на советском пилотируемом космическом корабле «Союз-1», который вышел на орбиту в 1967.
Интерес к солнечной энергетике возрос в начале XXI века, когда остро встал вопрос об исчерпаемости природных ресурсов и необходимости уменьшения негативного воздействия человека на окружающую среду.
Солнечная энергия является экологически чистой, во время ее производства не создаются вредные отходы.
Источник: scientificrussia.ru
В настоящее время солнечная энергетика активно развивается в государствах Евросоюза, США, Китае, Японии и ряде других стран.
Лидером по использованию солнечной энергии на душу населения является Германия. Больше всего фотоэлементов для солнечной энергетики производится в Китае и США.
При всех своих достоинствах солнечная энергетика имеет ряд минусов:
- относительно высокая стоимость конструкций;
- зависимость от сезона и погоды;
- потребность в больших площадях;
- сложность утилизации фотоэлементов;
- малая плотность мощности.
Ветроэнергетика
Ветряная энергетика основана на превращении кинетической энергии воздушных масс в различные виды энергии, пригодные для использования в промышленности и быту.
С данным типом энергетики человечество знакомо с давних времен. На Востоке ветряные мельницы использовались уже более двух тысяч лет назад, а в XI—XIII веках они распространились по Европе. С XVI века европейцы начинают возводить водонасосные станции, оснащенные гидродвигателями и ветряными мельницами.
В 1887 году в Великобритании была построена первая ветряная электростанция.
В XX веке интерес к ветроэнергетике упал, так как по рентабельности она уступала более дешевым источникам энергии. В наши дни она рассматривается как одно из перспективных направлений развития, поскольку является экологически чистым источником возобновляемой энергии.
Эксплуатация ветряных электростанций (ВЭС) связана с рядом проблем:
- сила энергии ветра непостоянна и не всегда предсказуема;
- работа ВЭС сопровождается сильным шумом;
- по выходу электроэнергии уступает другим типам электростанций.
Гидроэнергетика
В гидроэнергетике кинетическая энергия быстро текущей или падающей воды преобразуется в другие виды энергии. Данный тип энергетики использовался человеком с глубокой древности — например, для орошения полей или сооружения водяных мельниц.
Первая гидротурбина современного типа была изобретена в 1848 году французским инженером Бенуа Фурнероном.
В настоящее время существуют тысячи гидроэлектростанций (ГЭС), расположенных по всему миру. Крупнейшей является китайская ГЭС «Три ущелья», построенная на реке Янцзы. По мощности она равна трем атомным электростанциям.
Источник: www.ixbt.com
Плюсы ГЭС:
- возобновляемый энергоресурс;
- большая мощность;
- невысокая стоимость;
- удобство и простота эксплуатации;
- нет вредных выбросов в атмосферу.
Минусы:
- нарушение местных экосистем;
- возможность затопления окрестных территорий;
- можно строить только в возвышенных районах, где имеются крупные реки;
- при авариях происходят сильные наводнения;
- разрушается естественное развитие реки, пересыхают ее притоки и ручьи.
Поскольку эксплуатация ГЭС несет огромное количество негативных последствий для природы, то ученые находятся в поисках альтернативных вариантов использования энергии воды.
Примеры альтернативной гидроэнергетики — использование энергии морей, океанов, подземных вод, термальных источников.
Биоэнергетика
Биоэнергетика — это производство энергии путем переработки органических остатков.
Учеными разработано три способа получения биотоплива:
- сжигание биомассы;
- брожение;
- извлечение из нее спирта и газов.
К настоящему времени создано биотопливо трех поколений:
- Первого поколения — сырьем для него служат остатки сельскохозяйственных культур, трава, древесина.
- Второго — получается в результате пиролиза биомассы, то есть ее термического разложения.
- Третьего — производится из водорослей.
В Германии биоэнергетика рассматривается как перспективное направление для создания автомобильного топлива.
Роль и значение энергетических ресурсов
Энергоресурсы играют ключевую роль в развитии как отдельных стран и народов, так и всего человечества. Энергетика является основой развития всех отраслей народного хозяйства, а также обеспечивает бытовые потребности людей. Без энергии остановятся фабрики и заводы, отключится электричество в домах, перестанут работать системы газо- и водоснабжения.
Международными организациями обеспеченность энергоресурсами рассматривается в рамках концепции устойчивого развития.
Устойчивое развитие — это глобальный подход к стратегии дальнейшего развития человеческой цивилизации, направленный на создание сбалансированного, устойчивого мира, в котором научно-технический и социальный прогресс сочетается с ответственностью за окружающую среду.
Потенциал энергетических ресурсов
В связи с постоянным увеличением населения Земли и возрастанием уровня потребностей перед человечеством остро встает проблема быстрого сокращения энергоресурсов. Уже сейчас многие страны испытывают их нехватку, что нередко становится причиной серьезных социально-экономических и политических потрясений.
По подсчетам специалистов, мировых запасов нефти и природного газа при текущем потреблении хватит максимум на 60—70 лет, угля — на 100 лет.
При этом энергоресурсы на планете распределены крайне неравномерно. Значительная часть нефти и газа сосредоточена в Ближневосточном регионе, в то время как многие государства совсем не имеют нефтяных и газовых месторождений.
Лидерами по мировым запасам нефти являются Венесуэла, Саудовская Аравия и Иран. Больше всего месторождений природного газа в России, Иране и Катаре.
Залежи каменного угля встречаются чаще, но 75 % мировых угольных запасов приходится на пять стран — Китай, Индию, США, Австралию и Россию.
Способы сохранения энергетических ресурсов
Существуют два основных решения, направленных на сохранение энергоресурсов:
- Энергосбережение — это сокращение использования всех источников энергии как в промышленном масштабе, так и на бытовом уровне. Для этого создаются энергосберегающие технологии, вводятся ограничения на использование электричества в ночное время, проводятся просветительские акции экологической направленности. Например, с 2007 года в конце марта ежегодно проходит «Час Земли». Все участники акции на один час отключают электричество, привлекая таким образом внимание к экологическим проблемам. В этом мероприятии уже приняли участие около миллиарда человек.
- Переход на «зеленую энергетику» — использование экологически чистых, возобновляемых источников энергии является важной основой устойчивого развития человечества. Этот переход сопряжен с огромными трудностями, требует больших капиталовложений и людских ресурсов, но пока альтернативы ему нет.
Заметили ошибку?
Выделите текст и нажмите одновременно клавиши «Ctrl» и «Enter»
Нашли ошибку?
Текст с ошибкой:
Расскажите, что не так