الطاقة وأنواعها. الطرق التقليدية للحصول على الطاقة الحرارية والكهربائية. طاقة

24.08.2019

أنواع وطرق الحصول على الطاقة وتحويلها واستخدامها. الطاقة وأنواعها. الغرض والاستخدام

الطاقة وأنواعها. الغرض والاستخدام

تلعب الطاقة دورًا حاسمًا في تطور الحضارة الإنسانية. يتسم استهلاك الطاقة وتراكم المعلومات بنفس طبيعة التغيير بمرور الوقت تقريبًا. هناك علاقة وثيقة بين استهلاك الطاقة والمخرجات.

وفقًا لمفاهيم العلوم الفيزيائية ، فإن الطاقة هي قدرة الجسم أو نظام الأجسام على القيام بعمل. هناك تصنيفات مختلفة لأنواع وأشكال الطاقة. دعونا نذكر تلك الأنواع التي غالبًا ما يواجهها الناس في حياتهم اليومية: الميكانيكية والكهربائية والكهرومغناطيسية والداخلية. تشمل الطاقة الداخلية الطاقة الحرارية والكيميائية والنووية (الذرية). يرجع الشكل الداخلي للطاقة إلى الطاقة الكامنة لتفاعل الجسيمات التي يتكون منها الجسم ، أو الطاقة الحركية لحركتها العشوائية.

إذا كانت الطاقة ناتجة عن تغيير في حالة حركة النقاط أو الأجسام المادية ، فإنها تسمى الحركية ؛ وتشمل الطاقة الميكانيكية لحركة الأجسام ، الطاقة الحرارية الناتجة عن حركة الجزيئات.

إذا كانت الطاقة ناتجة عن تغيير في الوضع النسبي لأجزاء نظام معين أو موضعه بالنسبة إلى الهيئات الأخرى ، فيُطلق عليها حينئذٍ إمكانات ؛ يتضمن طاقة الكتل التي يجذبها قانون الجاذبية العامة ، طاقة موضع الجسيمات المتجانسة ، على سبيل المثال ، طاقة الجسم المشوه المرن ، الطاقة الكيميائية.

المصدر الرئيسي للطاقة هو الشمس. تحت تأثير أشعتها ، يعمل الكلوروفيل النباتي على تحلل ثاني أكسيد الكربون الممتص من الهواء إلى أكسجين وكربون ؛ هذا الأخير يتراكم في النباتات. يمثل الفحم ، والغاز الجوفي ، والجفت ، والصخر الزيتي ، والحطب احتياطيات الطاقة المشعة للشمس ، المستخرجة بواسطة الكلوروفيل في شكل الطاقة الكيميائية للفحم والهيدروكربونات. يتم الحصول على الطاقة المائية أيضًا من الطاقة الشمسية ، التي تبخر الماء وترفع البخار إلى الطبقات العليا من الغلاف الجوي. تأتي الرياح المستخدمة في توربينات الرياح من التسخين المختلف للأرض بواسطة الشمس في أماكن مختلفة. توجد احتياطيات ضخمة من الطاقة في نوى ذرات العناصر الكيميائية.

في النظام الدولي للوحدات SI ، يتم أخذ الجول كوحدة لقياس الطاقة. إذا كانت الحسابات مرتبطة بالحرارة والبيولوجية والكهربائية وأنواع أخرى من الطاقة ، فسيتم استخدام السعرات الحرارية (السعرات الحرارية) أو كيلو كالوري (kcal) كوحدة للطاقة.

1 كال = 4.18 ج.

لقياس الطاقة الكهربائية ، استخدم وحدة مثل Watt (Wh ، kWh ، MWh).

1 واط ح = 3.6 MJ أو 1 J = 1 W. مع.

لقياس الطاقة الميكانيكية ، يتم استخدام وحدة مثل kg. م.

1 كجم م = 9.8 ج.

تسمى الطاقة ، الموجودة في المصادر الطبيعية (موارد الطاقة) والتي يمكن تحويلها إلى طاقة كهربائية وميكانيكية وكيميائية ، الأولية.

الأنواع التقليدية للطاقة الأولية ، أو موارد الطاقة ، تشمل: الوقود الأحفوري (الفحم ، النفط ، الغاز ، إلخ) ، الطاقة المائية النهرية والوقود النووي (اليورانيوم ، الثوريوم ، إلخ).

الطاقة التي يتلقاها الشخص بعد تحويل الطاقة الأولية في منشآت خاصة للمحطات تسمى الطاقة الثانوية (الطاقة الكهربائية ، طاقة البخار ، الماء الساخن ، إلخ).

يجري العمل حاليًا على استخدام مصادر الطاقة المتجددة غير التقليدية: الطاقة الشمسية وطاقة الرياح والمد والجزر وموجات البحر وحرارة الأرض. وهذه المصادر ، بالإضافة إلى كونها متجددة ، تصنف على أنها أنواع "نظيفة" من الطاقة ، حيث أن استخدامها لا يؤدي إلى تلوث البيئة.

في التين. يوضح الشكل 10.1.1 تصنيف الطاقة الأولية. سلط الضوء على الأنواع التقليدية للطاقة ، المستخدمة على نطاق واسع في جميع الأوقات من قبل الإنسان ، وغير التقليدية ، والقليل نسبيًا المستخدمة حتى وقت قريب بسبب الافتقار إلى الأساليب الاقتصادية لتحولها الصناعي ، ولكنها ذات صلة خاصة اليوم بسبب ملاءمتها العالية للبيئة.

أرز. 10.1.1. مخطط تصنيف الطاقة الأولية

في مخطط التصنيف ، يُشار إلى الطاقات غير المتجددة والمتجددة بواسطة مستطيلات بيضاء ورمادية ، على التوالي.

يحدث استهلاك الطاقة من النوع المطلوب وإمدادها للمستهلكين في عملية إنتاج الطاقة ، والتي يمكن فيها التمييز بين خمس مراحل: 1. الحصول على موارد الطاقة وتركيزها: استخراج الوقود وإثرائه ، تركيز ضغط الماء باستخدام الهيدروليكي الهياكل ، إلخ.

2. تحويل مصادر الطاقة إلى محطات تحويل الطاقة. يتم عن طريق النقل البري والمياه أو عن طريق الضخ عبر خطوط أنابيب المياه والنفط والغاز وما إلى ذلك.

3. تحويل الطاقة الأولية إلى طاقة ثانوية ، والتي لها الشكل الأكثر ملاءمة للتوزيع والاستهلاك في ظل ظروف معينة (عادة إلى طاقة كهربائية وحرارية).

4. نقل وتوزيع الطاقة المحولة.

5. استهلاك الطاقة ، سواء بالشكل الذي يتم تسليمه به للمستهلك ، أو بالشكل المحول.

إذا تم أخذ الطاقة الإجمالية لموارد الطاقة الأولية المطبقة على أنها 100٪ ، فإن الطاقة المفيدة ستكون فقط 35-40٪ ، والباقي يضيع ، ومعظمه في شكل حرارة.

ميزة الطاقة الكهربائية

منذ العصور التاريخية البعيدة ، يرتبط تطور الحضارة والتقدم التكنولوجي ارتباطًا مباشرًا بكمية ونوعية موارد الطاقة المستخدمة. يتم استخدام أكثر من نصف الطاقة المستهلكة بقليل في شكل حرارة للاحتياجات الفنية والتدفئة والطهي والباقي في شكل طاقة ميكانيكية ، في المقام الأول في تركيبات النقل والطاقة الكهربائية. علاوة على ذلك ، تتزايد حصة الطاقة الكهربائية كل عام (الشكل 10.2.1).

أرز. 10.2.1. ديناميات استهلاك الكهرباء

الطاقة الكهربائية هي أكثر أنواع الطاقة ملاءمة ويمكن اعتبارها بحق أساس الحضارة الحديثة. الغالبية العظمى من الوسائل التقنية لميكنة وأتمتة عمليات الإنتاج (المعدات والأدوات والحواسيب) ، واستبدال العمل البشري بآلة العمل في الحياة اليومية لها أساس كهربائي.

لماذا يتزايد الطلب على الطاقة الكهربائية بهذه السرعة ، ما هي ميزتها؟

ويرجع انتشار استخدامه على نطاق واسع إلى العوامل التالية: إمكانية توليد كميات كبيرة من الكهرباء بالقرب من الرواسب ومصادر المياه.

القدرة على النقل لمسافات طويلة مع خسائر صغيرة نسبيًا ؛
إمكانية تحويل الكهرباء إلى أنواع أخرى من الطاقة: ميكانيكية ، كيميائية ، حرارية ، ضوئية ؛
نقص التلوث البيئي ؛
إمكانية استخدام عمليات تكنولوجية تقدمية جديدة بشكل أساسي مع درجة عالية من الأتمتة على أساس الكهرباء.

القضايا قيد النظر:

1. تعريف الطاقة.

2. أنواع الطاقة

3. الغرض من الطاقة واستخدامها.

في العالم من حولنا ، توجد المادة في شكل مادة وحقل وفراغ فيزيائي. في شكل مادة ومجال ، المادة لها كتلة وزخم وطاقة. الشرط الضروري لأي عمل وتفاعل ووجود بشكل عام هو استهلاك الطاقة ، وتبادل الطاقة. في المجتمع البشري ، يرتبط مستوى الثقافة ، المادي والروحي ، ارتباطًا وثيقًا بكمية الطاقة المستهلكة. يحدد مستوى مصدر الطاقة اقتصاد أي بلد. إذن ما هي الطاقة؟

1. الطاقة وأنواعها

طاقة- الأساس العالمي للظواهر الطبيعية ، وأساس الثقافة وجميع الأنشطة البشرية. في نفس الوقت ، تُفهم الطاقة على أنها التقييم الكمي للأشكال المختلفة لحركة المادة ، والتي يمكن أن تحول إحداها إلى أخرى.

وفقا لمفاهيم العلوم الفيزيائية والطاقة - إنها قدرة الجسم أو نظام الهيئات على القيام بعمل.

هناك حوالي 20 نوعًا من الطاقة مثبتة علميًا في الطبيعة. هناك أيضًا تصنيفات مختلفة لأنواع وأشكال الطاقة. غالبًا ما يواجه الشخص في حياته اليومية الأنواع التالية من الطاقة: الميكانيكية والكهربائية والكهرومغناطيسية والحرارية والكيميائية والذرية (داخل النواة) والجاذبية وأنواع أخرى.في الممارسة العملية ، يتم تطبيق 4 أنواع فقط من الطاقة بشكل مباشر: حراري ( 70-75%), ميكانيكي (20-22%), كهربائي(3-5%), الكهرومغناطيسي- خفيف (15٪).

يتم استخدام أكثر من ثلثي إجمالي الطاقة المستهلكة في شكل حرارة للاحتياجات الفنية والتدفئة والطهي والباقي - في شكل ميكانيكي ، في المقام الأول في تركيبات النقل والطاقة الكهربائية. علاوة على ذلك ، تتزايد باستمرار حصة استخدام الطاقة الكهربائية.

إذا طاقة- نتيجة تغيير في حالة حركة النقاط أو الأجسام المادية ، ثم يطلق عليها حركية.وتشمل الطاقة الميكانيكية لحركة الأجسام ، الطاقة الحرارية الناتجة عن حركة الجزيئات.

إذا كانت الطاقة ناتجة عن تغيير في الترتيب المتبادل لأجزاء من نظام معين أو موقعه بالنسبة إلى الهيئات الأخرى ، فيُسمى ذلك محتمل؛يتضمن طاقة الكتل التي يجذبها قانون الجاذبية العامة ، طاقة موضع الجسيمات المتجانسة ، على سبيل المثال ، طاقة الجسم المشوه المرن ، الطاقة الكيميائية.

الطاقة في العلوم الطبيعية ، حسب الطبيعة ، تنقسم إلى الأنواع التالية.

الطاقة الميكانيكية- يتجلى أثناء التفاعل ، حركة الأجسام أو الجزيئات الفردية. وهي تشمل طاقة الحركة أو دوران الجسم ، وطاقة التشوه أثناء الانحناء ، والتمدد ، والتواء ، وضغط الأجسام المرنة (الينابيع). تستخدم هذه الطاقة على نطاق واسع في مختلف الآلات - النقل والتكنولوجية.

طاقة حرارية- طاقة الحركة المضطربة (الفوضوية) وتفاعل جزيئات المواد. تُستخدم الطاقة الحرارية ، التي يتم الحصول عليها غالبًا من احتراق أنواع مختلفة من الوقود ، على نطاق واسع للتدفئة ، وتنفيذ العديد من العمليات التكنولوجية (التسخين ، والصهر ، والتجفيف ، والتبخر ، والتقطير ، وما إلى ذلك).

الطاقة الكهربائية- طاقة الإلكترونات التي تتحرك على طول الدائرة الكهربائية (التيار الكهربائي). تُستخدم الطاقة الكهربائية للحصول على الطاقة الميكانيكية باستخدام المحركات الكهربائية ولتنفيذ العمليات الميكانيكية لمعالجة المواد: التكسير والطحن والخلط ؛ لإجراء التفاعلات الكهروكيميائية ؛ الحصول على الطاقة الحرارية في أجهزة وأفران التدفئة الكهربائية ؛ للمعالجة المباشرة للمواد (معالجة التفريغ الكهربائي).

هذا النوع من الطاقة هو الأكثر مثالية بسبب العوامل التالية:

إمكانية الحصول عليها بكميات كبيرة بالقرب من رواسب الوقود الأحفوري أو مصادر المياه ؛
النقل المريح لمسافات طويلة مع خسائر صغيرة نسبيًا ؛
القدرة على التحول إلى أنواع أخرى من الطاقة ؛
عدم وجود تلوث بيئي ؛
احتمالات إنشاء عمليات تكنولوجية جديدة بشكل أساسي بدرجة عالية من التشغيل الآلي وروبوتية الإنتاج.

الطاقة الكيميائية- هذه هي الطاقة "المخزنة" في ذرات المواد ، والتي يتم إطلاقها أو امتصاصها أثناء التفاعلات الكيميائية بين المواد. يتم إطلاق الطاقة الكيميائية إما في شكل طاقة حرارية أثناء التفاعلات الطاردة للحرارة (على سبيل المثال ، احتراق الوقود) ، أو تحويلها إلى طاقة كهربائية في الخلايا والبطاريات الجلفانية. تتميز مصادر الطاقة هذه بكفاءة عالية (تصل إلى 98٪) ، ولكن بقدرة منخفضة.

الطاقة المغناطيسية- طاقة المغناطيس الدائم ، التي لديها قدر كبير من الطاقة ، لكنها "تتخلى عنها" على مضض. عندما يمر تيار كهربائي عبر دائرة ، يتم إنشاء مجال مغناطيسي حول الموصل. ترتبط الطاقات الكهربائية والمغناطيسية ارتباطًا وثيقًا ببعضها البعض ، ويمكن اعتبار كل واحدة منها على أنها الجانب "العكسي" للآخر. نظرًا لارتباط الطاقة الكهربائية والمغناطيسية ارتباطًا وثيقًا ، في الممارسة العملية ، يتم استخدام مفهوم الطاقة الكهرومغناطيسية.

الطاقة الكهرومغناطيسيةهي طاقة الموجات الكهرومغناطيسية ، أي تحريك المجالات الكهربائية والمغناطيسية. ويشمل الضوء المرئي والأشعة تحت الحمراء والأشعة فوق البنفسجية والأشعة السينية وموجات الراديو.

تختلف نطاقات الانبعاثات المدرجة في الطول الموجي (والتردد):

موجات الراديو - أكثر من 10-2 سم ؛
الأشعة تحت الحمراء - 2 * 10-4-7 ، 4 * 10-5 ؛
الضوء المرئي - 7 ، 4 * 10-5-4 * 10-5 ؛ (420-760 نانومتر) ؛
الأشعة فوق البنفسجية - 4 * 10-5-10-6 ؛
إشعاع الأشعة السينية - 10-5-10-12 ؛
إشعاع جاما يزيد عن 10-12 سم.

وبالتالي ، فإن الطاقة الكهرومغناطيسية هي طاقة إشعاعية. يحمل الإشعاع الطاقة على شكل طاقة موجات كهرومغناطيسية. عندما يتم امتصاص الإشعاع ، يتم تحويل طاقته إلى أشكال أخرى ، في أغلب الأحيان حرارة.

الطاقة النووية- الطاقة المترجمة في نوى ذرات المواد المشعة. يتم إطلاقه أثناء انشطار النوى الثقيلة (تفاعل نووي) أو اندماج النوى الخفيفة (تفاعل نووي حراري).

هناك أيضًا اسم قديم لهذا النوع من الطاقة - الطاقة الذرية ، لكن هذا الاسم يعكس بشكل غير دقيق جوهر الظواهر التي تؤدي إلى إطلاق كميات هائلة من الطاقة ، غالبًا في شكل حراري وميكانيكي.

طاقة الجاذبية- الطاقة الناتجة عن تفاعل (الجاذبية) للأجسام الضخمة ، فهي ملحوظة بشكل خاص في الفضاء الخارجي. في الظروف الأرضية ، هذه ، على سبيل المثال ، الطاقة "المخزنة" بواسطة جسم مرفوع إلى ارتفاع معين فوق سطح الأرض - طاقة الجاذبية.

غالبًا ما يطلقون في أنواع خاصة من الطاقة بيولوجية وعقليةطاقة. ومع ذلك ، وفقًا للآراء الحديثة للعلوم الطبيعية ، فإن العمليات العقلية والبيولوجية هي مجموعة خاصة من العمليات الفيزيائية والكيميائية ، ولكنها تتم على أساس أنواع الطاقة الموضحة أعلاه.

وبالتالي ، اعتمادًا على مستوى المظهر ، طاقة الكون- الجاذبية ، طاقة تفاعل الأجسام - الميكانيكية ، طاقة التفاعلات الجزيئية - الحرارية ،

إلى الطاقةشكلت على المستوى العالم الصغيرتشمل - طاقة التفاعلات الذرية - كيميائية ؛ طاقة الإشعاع - الكهرومغناطيسية. الطاقة الموجودة في نوى الذرات هي طاقة نووية.

لا يستبعد العلم الحديث وجود أنواع أخرى من الطاقة ، والتي لم يتم تسجيلها بعد ، ولكنها لا تنتهك صورة علمية طبيعية واحدة للعالم ومفهوم الطاقة وقانون الحفاظ على الطاقة.

في النظام الدولي للوحدات SI as وحدات الطاقةمتبنى جول(ي). 1 J مكافئ
1 نيوتن × متر (نيوتن متر). إذا كانت الحسابات مرتبطة بالحرارة ، مع حساب طاقة الكائنات البيولوجية والعديد من أنواع الطاقة الأخرى ، فسيتم استخدام وحدة خارج النظام كوحدة للطاقة - السعرات الحرارية(كالوري) أو كيلو كالوري (كيلو كالوري) ، 1 كالوري = 4.18 ي. لقياس الطاقة الكهربائية ، استخدم وحدة مثل وات ساعة(Wh ، kWh ، MWh) ، 1 Wh = 3.6 MJ. لقياس الطاقة الميكانيكية ، استخدم قيمة 1 كجم م = 9.8 ج.

الطاقة المستخرجة مباشرة في الطبيعة (طاقة الوقود ، الماء ، الرياح ، الطاقة الحرارية للأرض ، الطاقة النووية) ، والتي يمكن تحويلها إلى طاقة كهربائية ، حرارية ، ميكانيكية ، كيميائية تسمى خبرات... وفقًا لتصنيف موارد الطاقة على أساس الاستنفاد ، يمكن أيضًا تصنيف الطاقة الأولية. في التين. يوضح الشكل 1 مخططًا لتصنيف الطاقة الأولية.

طاقة المد والجزر

الطاقة الحرارية الأرضية

طاقة أمواج البحر

وقود بيولوجي

طاقة الرياح

طاقة شمسية

أنواع الطاقة غير التقليدية

الوقود الغازي

الوقود السائل

الوقود الصلب

الطاقه الذريه

الطاقة المائية للأنهار

الوقود الحفري

الأشكال التقليدية للطاقة

الطاقة الأولية

أرز. 1. تصنيف الطاقة الأولية

تسمى الطاقة التي يتلقاها الشخص ، بعد تحويل الطاقة الأولية في منشآت خاصة - محطات ثانوي(الطاقة الكهربائية ، الطاقة البخارية ، الماء الساخن ، إلخ).

يتم استخدام أكثر من نصف الطاقة المستهلكة بقليل في شكل حرارة للاحتياجات الفنية والتدفئة والطهي والباقي - في شكل ميكانيكي ، في المقام الأول في تركيبات النقل والطاقة الكهربائية.

يمكن اعتبار الطاقة الكهربائية بحق أساس الحضارة الحديثة. وذلك لمزاياه وسهولة استخدامه. الغالبية العظمى من الوسائل التقنية لميكنة وأتمتة عمليات الإنتاج (المعدات والأدوات والحواسيب) ، واستبدال العمل البشري بآلة العمل في الحياة اليومية لها أساس كهربائي.

الطاقة الكهربائية- أكثر أشكال الطاقة تنوعًا. وجدت تطبيقًا واسعًا في الحياة اليومية وفي جميع قطاعات الاقتصاد الوطني. يوجد أكثر من أربعمائة اسم للأجهزة الكهربائية المنزلية: ثلاجات ، غسالات ، مكيفات هواء ، مراوح ، تلفزيونات ، مسجلات شرائط ، أجهزة إضاءة ، إلخ. لا يمكن تخيل الصناعة بدون طاقة كهربائية. في الزراعة ، يتوسع استخدام الكهرباء باستمرار: إطعام الحيوانات وسقيها ، والعناية بها ، والتدفئة والتهوية ، والحاضنات ، وسخانات الهواء ، والمجففات ، إلخ. كهربة- أساس التقدم الفني في أي فرع من فروع الاقتصاد الوطني. يسمح باستبدال موارد الطاقة غير الملائمة للاستخدام بنوع عالمي من الطاقة - الطاقة الكهربائية التي يمكن نقلها عبر أي مسافة ، وتحويلها إلى أنواع أخرى من الطاقة ، على سبيل المثال ، ميكانيكية أو حرارية ، ومقسمة بين المستهلكين.

فوائد الكهرباء:

1. الطاقة الكهربائية عالمية ، ويمكن استخدامها لأغراض متنوعة. على وجه الخصوص ، من السهل جدًا تحويلها إلى حرارة وضوء. يتم ذلك ، على سبيل المثال ، في مصادر الإضاءة الكهربائية (المصابيح المتوهجة) ، في الأفران التكنولوجية المستخدمة في علم المعادن ، في أجهزة التدفئة والتدفئة المختلفة. يستخدم تحويل الطاقة الكهربائية إلى طاقة ميكانيكية في محركات المحركات الكهربائية.

2. عندما يتم استهلاك الطاقة الكهربائية ، يمكن تقسيمها بلا حدود. لذلك ، تختلف قوة الآلات الكهربائية ، اعتمادًا على الغرض منها: من جزء واط في المحركات الدقيقة المستخدمة في العديد من فروع التكنولوجيا وفي المنتجات المنزلية ، إلى قيم ضخمة تتجاوز مليون كيلووات في مولدات محطات الطاقة.

3. في عملية إنتاج ونقل الطاقة الكهربائية ، من الممكن تركيز طاقتها وزيادة الجهد ونقل أي كمية من الطاقة الكهربائية من محطة الطاقة ، حيث يتم توليدها ، إلى جميع المستهلكين ، سواء على المدى القصير أو مسافات طويلة.

لقد أثبت تطور العلوم الطبيعية طوال حياة البشرية بشكل قاطع أن الطاقة لا تنشأ أبدًا من لا شيء ولا يتم تدميرها بدون أثر ، بل تنتقل فقط من نوع إلى آخر ، أي.

يبقى مجموع كل أنواع الطاقة ثابتًا. هذا هو جوهر أحد أكثر قوانين الكون أساسية - قانون الحفاظ على الطاقة.

في أي مناقشة للقضايا المتعلقة باستخدام الطاقة ، من الضروري التمييز بين طاقة الحركة المنظمة ، والمعروفة في الفن باسم طاقة حرة(الميكانيكية والكيميائية والكهربائية والكهرومغناطيسية والنووية) و طاقة فوضوية، بمعنى آخر. الحرارة: يمكن استخدام أي شكل من أشكال الطاقة الحرة بشكل شبه كامل. في نفس الوقت ، الطاقة الحرارية الفوضوية ، عند تحويلها إلى طاقة ميكانيكية ، تُفقد في شكل حرارة. نحن غير قادرين على تنظيم الحركة العشوائية للجزيئات بشكل كامل ، وتحويل طاقتها إلى طاقة حرة. علاوة على ذلك ، في الوقت الحاضر لا توجد طريقة عمليًا لتحويل الطاقة الكيميائية والنووية مباشرة إلى طاقة كهربائية وميكانيكية ، باعتبارها الأكثر استخدامًا. من الضروري تحويل الطاقة الداخلية للمواد إلى طاقة حرارية ، ثم إلى طاقة ميكانيكية أو كهربائية مع خسائر كبيرة لا مفر منها في الحرارة.وبالتالي ، يتم تحويل جميع أنواع الطاقة ، بعد القيام بعمل مفيد ، إلى حرارة بدرجة حرارة منخفضة ، وهي عمليا غير مناسب لمزيد من الاستخدام.

تم تأكيد قانون حفظ الطاقة في مجالات مختلفة - من ميكانيكا نيوتن إلى الفيزياء النووية. علاوة على ذلك ، فإن قانون حفظ الطاقة ليس فقط من نسج الخيال أو تعميم التجارب. لهذا السبب يمكننا أن نتفق تمامًا مع بيان أحد علماء الفيزياء النظرية الرائدين بوانكاريه: "نظرًا لأننا غير قادرين على تقديم تعريف عام للطاقة ، فإن مبدأ الحفاظ عليها يعني أن هناك شيئًا ما يبقى ثابتًا. لذلك ، بغض النظر عن الأفكار الجديدة حول تجارب العالم المستقبلية التي ستقودنا إليها ، فإننا نعلم مقدمًا: سيكون هناك شيء فيها يظل ثابتًا ، والذي يمكن تسميته بالطاقة. "

تم تصميم النظام التعليمي "أساسيات توفير الطاقة" لتزويد المتخصص المستقبلي بالمعرفة بالقوانين العامة والأساليب لحساب العمليات التي تحدث أثناء استلام الطاقة وتحويلها ونقلها.

3. مشاكل استخدام الطاقة البشرية

من بين جميع أنواع موارد الطاقة ، تعتبر طاقة الشمس ذات أهمية خاصة. جميع أنواع موارد الطاقة هي نتيجة للتحولات الطبيعية للطاقة الشمسية. الفحم والنفط والغاز الطبيعي والجفت والصخر الزيتي والحطب هي احتياطيات الطاقة المشعة للشمس التي تستخرجها النباتات وتحولها. في عملية التمثيل الضوئي للتفاعل من العناصر غير العضوية للبيئة - الماء H 2 O وثاني أكسيد الكربون CO 2 - تحت تأثير أشعة الشمس ، تتشكل المواد العضوية في النباتات ، عنصرها الرئيسي هو الكربون مع... في حقبة جيولوجية معينة ، على مدى ملايين السنين ، من النباتات الميتة تحت تأثير ظروف الضغط ودرجة الحرارة ، والتي بدورها هي نتيجة كمية معينة من الطاقة من الشمس التي تسقط على الأرض ، وموارد الطاقة العضوية كانت تشكلت ، أساسها الكربون المتراكم سابقًا في النباتات ... يتم الحصول على الطاقة المائية أيضًا من الطاقة الشمسية ، التي تبخر الماء وترفع البخار إلى الطبقات العليا من الغلاف الجوي. تحدث الرياح بسبب درجات حرارة مختلفة من تسخين الشمس في أجزاء مختلفة من كوكبنا. بالإضافة إلى ذلك ، فإن الإشعاع المباشر للشمس ، الذي يسقط على سطح الأرض ، لديه إمكانات طاقة هائلة.

وبالتالي ، فإن تكوين الوقود الأحفوري هو نتيجة للتحولات الطبيعية للطاقة الشمسية من ناحية ، ومن ناحية أخرى ، نتيجة التأثيرات الحرارية والميكانيكية والبيولوجية لعدة قرون على بقايا النباتات والحيوانات المترسبة في جميع التكوينات الجيولوجية. كل هذه الأنواع من الوقود تعتمد على الكربون ، ويتم إطلاق الطاقة منها بشكل أساسي من خلال تكوين ثاني أكسيد الكربون (CO2).

طوال فترة وجودها ، استخدمت البشرية الطاقة التي تراكمتها الطبيعة على مدى بلايين السنين. في الوقت نفسه ، تم تحسين طرق استخدامه باستمرار من أجل الحصول على أقصى قدر من الكفاءة.

لذلك ، في بداية تطورها التطوري ، فقط طاقة عضلات جسده ... في وقت لاحق ، تعلم الإنسان أن يتلقى ويستخدم طاقة النار ... أتاحت الجولة التالية من التطور التطوري للمجتمع البشري الفرصة للاستفادة منها طاقة الماء والرياح - ظهرت أول طواحين مائية وعجلات مائية وسفن شراعية تستخدم قوة الرياح لتحركها. في القرن الثامن عشر ، تم اختراع المحرك البخاري ، والذي فيه طاقة حرارية ، التي تم الحصول عليها نتيجة احتراق الفحم أو الخشب ، تم تحويلها إلى طاقة حركة ميكانيكية. في القرن التاسع عشر ، تم اكتشاف قوس فولتية ، وإضاءة كهربائية ، واختراع محرك كهربائي ، ثم مولد كهربائي ، وهو بداية القرن. كهرباء ... كان القرن العشرين ثورة حقيقية في تطوير طرق البشرية للحصول على الطاقة واستخدامها: يتم بناء محطات الطاقة الحرارية والهيدروليكية والنووية ذات الطاقة الهائلة ، وخطوط نقل الطاقة الكهربائية عالية وعالية وعالية الجهد هي يجري تطوير طرق جديدة لإنتاج وتحويل ونقل الكهرباء ( تفاعل نووي حراري متحكم فيه ، مولد مغناطيسي هيدروديناميكي ، مولدات توربينية فائقة التوصيل ، إلخ) ، يتم إنشاء أنظمة طاقة قوية... في الوقت نفسه ، ظهرت أنظمة قوية لتزويد النفط والغاز.
وبالتالي ، فإن العالم من حولنا لديه مصدر لا ينضب لأنواع مختلفة من الطاقة. بعضها لم يستخدم بالكامل بعد وفي الوقت الحاضر - طاقة الشمس ، طاقة التفاعل بين الأرض والقمر ، طاقة الاندماج الحراري النووي ، طاقة حرارة الأرض .

تلعب الطاقة الآن دورًا حاسمًا في تطور الحضارة الإنسانية. هناك علاقة وثيقة بين استهلاك الطاقة والمخرجات. للطاقة أهمية كبيرة في حياة البشرية. يعكس مستوى تطورها مستوى تطور القوى المنتجة للمجتمع ، وإمكانيات التقدم العلمي والتكنولوجي ومستوى معيشة السكان. لسوء الحظ ، يتم تحويل معظم الطاقة التي يستهلكها الإنسان إلى حرارة غير مجدية بسبب انخفاض كفاءة استخدام موارد الطاقة المتاحة.

التوزيع التقريبي للطاقة المستهلكة للسنة في العالم مبين في الجدول. 1.1 يتم إعطاء كمية الطاقة بكمية الفحم في ميغاتونس(جبل) ، والتي عند حرقها تعطي نفس الطاقة.
يتم استخدام حوالي 400 طن متري كل عام لإطعام الناس ، منها حوالي 40 مليون طن يتم تحويلها إلى عمالة مفيدة. للاحتياجات المحلية يتم إنفاق حوالي 800 مليون طن ، للإنتاج الاجتماعي - 1000 مليون طن.

جدول 1.1
استهلاك الطاقة السنوي في العالم

شكل من أشكال الطاقة	الكمية ، MT	مصدر
غذاء للإنسان وعلف لحيوانات الجر	650	ضوء الشمس (الحالي)
الحطب	150	ضوء الشمس (في الماضي)
محطات الطاقة الكهرومائية	100	حركة الماء
الفحم والنفط والغاز والجفت	6 600	ضوء الشمس (في الماضي)

وبالتالي ، من الاستهلاك السنوي البالغ 7500 مليون طن ، يتم استخدام 2200 طن متري مفيدة ، والباقي يضيع على شكل حرارة. ولكن حتى مع كفاءة 2200/7500 Mt ، لا يمكن للبشرية التباهي ، لأن الإشعاع الشمسي الساقط على الأرض ، والذي يبلغ 10000000 طن متري في السنة ، لا يؤخذ في الاعتبار.

أرز. 2 توزيع الطاقة من ضوء الشمس.

يظهر الاستخدام غير المتكافئ للطاقة من قبل السكان في الشكل 3.

أرز. 3. الاستخدام غير المتكافئ للطاقة من قبل السكان.

لعبت الطاقة دورًا حاسمًا في تطور الحضارة. استهلاك الطاقة وتخزين المعلومات لها نفس طبيعة التغيير تقريبًا بمرور الوقت ، وهناك علاقة وثيقة بين استهلاك الطاقة وحجم المنتجات. لقد ثبت أن الإنسان الحديث يحتاج إلى نفس القدر من الطاقة لتلبية احتياجاته الفسيولوجية كإنسان بدائي. في الوقت نفسه ، فإن النمو في استهلاك الطاقة مرتفع بشكل لافت للنظر. لكن بفضله يمكن لأي شخص أن يكرس جزءًا كبيرًا من حياته للترفيه والتعليم والنشاط الإبداعي ، وقد حقق متوسط العمر المتوقع الحالي.
نحن نعتبر الطاقة شيئًا نحتاجه ، وقادرة على العمل من أجلنا.

إن توفير الطاقة للمجتمع ضروري من أجل: تدفئة المباني ، وضمان الحركة ، وإطلاق البضائع التي نحتاجها ، والحفاظ على أداء مختلف الآلات ، والآليات ، والأجهزة ، والطهي ، والإضاءة ، والحفاظ على الحياة ، وما إلى ذلك.

يمكن تقسيم هذه الأمثلة لتطبيقات الطاقة إلى ثلاث مجموعات عريضة:
أ)مزود الطاقة . إنه أغلى من أنواع الطاقة الأخرى: القمح لكل جول أغلى بكثير من الفحم. يوفر الطعام الحرارة للحفاظ على درجة حرارة الجسم ، والطاقة اللازمة للحركة ، وللعمل الذهني والبدني ؛
ب) طاقة على شكل حرارة لتدفئة المنازل والطبخ. يجعل من الممكن العيش في ظروف مناخية مختلفة وتنويع النظام الغذائي للإنسان ؛
الخامس) الطاقة لضمان سير الإنتاج الاجتماعي. هذه هي الطاقة لإنتاج السلع والخدمات ، والحركة المادية للأشخاص والبضائع في الفضاء ، للحفاظ على قابلية تشغيل جميع أنظمة الاتصالات. تكلفة هذه الطاقة للفرد أعلى بكثير من تكلفة الطاقة للغذاء.

لسوء الحظ ، فإن ديناميات تطور الحضارة تجعل البشرية تحتاج كل عام إلى المزيد والمزيد من الطاقة لوجودها وتطورها. على الرغم من وجود عدد كبير من موارد الطاقة واستخدام البشرية لأنواع مختلفة من الطاقة ، فإن معدل استهلاك موارد الطاقة يفوق بشكل كبير إمكانيات تجديدها بطبيعتها. يتعلق هذا في المقام الأول بالموارد الطبيعية غير المتجددة. الحاجات البشرية تتزايد ، والناس يزدادون أكثر فأكثر ، وهذا يسبب كميات هائلة من إنتاج الطاقة ومعدل نمو استهلاكها. اليوم ، لم تعد مصادر الطاقة التقليدية (مختلف أنواع الوقود والموارد المائية) وتقنيات استخدامها قادرة على توفير المستوى المطلوب من إمدادات الطاقة للمجتمع ، لأنها مصادر غير متجددة. وعلى الرغم من أن الاحتياطيات المؤكدة من الوقود الطبيعي كبيرة جدًا ، مشكلة نضوب المخازن الطبيعيةبالمعدلات الحالية والمتوقعة لتطورهم ، فإنهم ينتقلون إلى منظور حقيقي وقريب المدى. اليوم ، هناك عدد من الرواسب ، بسبب النضوب ، غير مناسب للتنمية الصناعية ، وللنفط والغاز ، على سبيل المثال ، يجب على المرء أن يذهب إلى مناطق نائية يصعب الوصول إليها ، إلى جروف المحيط ، إلخ. يثبت المتنبئون الجادون أنه إذا ظلت الأحجام الحالية ومعدلات النمو لاستهلاك الطاقة عند 3 ... 5٪ (وستكون بلا شك أعلى من ذلك) ، فإن احتياطيات الوقود العضوي سوف تجف تمامًا خلال 70 - 150 عامًا.

هناك عامل آخر يحد من الزيادة الكبيرة في إنتاج الطاقة من احتراق الوقود زيادة التلوث البيئي الناتج عن النفايات الناتجة عن إنتاج الطاقة... هذه النفايات ذات وزن كبير وتحتوي على كمية كبيرة من المكونات الضارة المختلفة. وهكذا ، في إنتاج 106 كيلوواط ساعة من الكهرباء في محطة توليد كهرباء حديثة تعمل على الوقود الصلب ، 14000 كجم من الخبث ، 80000 كجم من الرماد ، 1000000 كجم من ثاني أكسيد الكربون ، 14000 كجم من ثاني أكسيد الكبريت ، يتم تصريف 4000 كجم من أكاسيد النيتروجين في 100000 كجم من بخار الماء ، وكذلك مركبات الفلور والزرنيخ والفاناديوم وعناصر أخرى. لكن كمية الكهرباء المولدة سنويًا تُحسب بمئات وآلاف المليارات من الكيلوواط / ساعة! هذا هو المكان الذي تأتي منه الأمطار الحمضية وتسمم الأراضي الزراعية والأجسام المائية وما شابهها. علاوة على ذلك ، لم تعد الطبيعة قادرة على معالجة هذا التلوث والتعافي الذاتي بالطرق الفيزيائية والكيميائية والميكروبيولوجية الطبيعية.

في الطاقة النووية ، تنشأ مشاكل بيئية من نوع مختلف. ترتبط بضرورة استبعاد دخول الوقود النووي إلى البيئة وموثوق بها التخلص من النفايات النووية، والذي في المستوى الحالي لتطور التكنولوجيا والتكنولوجيا يرتبط بصعوبات كبيرة.

لا تقل ضررا التلوث الحراري للبيئةالبيئة التي يمكن أن تؤدي إلى الاحترار العالمي لمناخ الأرض ، وذوبان الأنهار الجليدية وارتفاع مستويات سطح البحر. في ضوء ما سبق ، فإن الاستخدام العملي الواسع النطاق لما يسمى بمصادر الطاقة غير التقليدية والمتجددة ، والتي تعتبر صديقة للبيئة ، ولا تلوث البيئة ، من بين أمور أخرى ، أصبحت أكثر إلحاحًا. وتشمل هذه المصادر الطاقة الشمسية ، وطاقة الرياح ، وطاقة الأمواج والمد والجزر ، وطاقة الكتلة الحيوية ، والطاقة الحرارية الأرضية ، وما إلى ذلك. طبيعة كل من مصادر الطاقة هذه مختلفة ، وطرق تطبيقها واستخدامها مختلفة. في نفس الوقت ، لديهم سمات مشتركة ، على وجه الخصوص ، كثافة منخفضة لتدفق الطاقة المتولدة ، مما يستلزم تراكمها ونسخها احتياطيًا.

4. أمن الطاقة وتوفير الطاقة

يتوقع العلماء أن الوقود الهيدروكربوني والوقود النووي سيظلان المصدر الرئيسي للطاقة في المستقبل المنظور. لكن البشرية تقترب بالفعل من هذا الحد لزيادة القدرة الإجمالية لمحطات الطاقة التقليدية ، والتغلب على ذلك سوف يستلزم حتما كارثة بيئية... لذلك ، فإن الطاقة "غير التقليدية" الحديثة هي الاحتياطي الذي يمنح الأمل والفرصة للتغلب على العديد من المشاكل التي تبدو غير قابلة للحل وتلبية الاحتياجات البشرية المتزايدة في المستقبل. مع تحسين التقنيات وحجم الاستخدام العملي ، ستصبح بعض محطات الطاقة "غير التقليدية" طاقة "كبيرة" تقليدية ، وسيجد الجزء الآخر مكانته في الطاقة "الصغيرة" لإمداد المرافق المحلية بالطاقة. بطريقة أو بأخرى ، تتمتع مصادر الطاقة غير التقليدية بمستقبل عظيم ، وعلينا أن نبذل قصارى جهدنا لجعل هذا المستقبل أكثر احتمالية ليصبح الحاضر. تعتمد قضايا الحياة والموت على كوكبنا على هذا ، وهذا هو الذي يحدد الحاجة الملحة لاستهلاك عقلاني للطاقة ، وتقليل تكاليف وحدتها في جميع مجالات النشاط البشري. تلقى هذا الاتجاه الاسم - توفير الطاقة.

تتمثل إحدى نتائج توفير الطاقة في التخفيض المباشر في التكاليف عدة مرات لتسريع وتيرة البحث المستمر عن مصادر الطاقة وتنميتها. لقد لوحظ عمليا الرغبة في حل هذه المشاكل وغيرها منذ البداية الأولى لهندسة الطاقة على نطاق واسع. يتم تنفيذه في كل من البحث عن مصادر الطاقة الأولية الأخرى (المحولات الكهروكيميائية والنووية الحرارية) ، وفي تطوير طرق جديدة لتحويل طاقة المصادر الأولية إلى طاقة كهربائية ، على سبيل المثال ، في الأجهزة الكهروحرارية أو الحرارية ، في مولدات MHD .

توفير الطاقة- الأنشطة التنظيمية والعلمية والعملية والمعلوماتية لهيئات الدولة والكيانات الاعتبارية والأفراد. يهدف هذا النشاط إلى تقليل استهلاك (خسائر) الوقود وموارد الطاقة في عملية استخراجها ومعالجتها ونقلها وتخزينها وإنتاجها واستخدامها والتخلص منها. توفير الطاقة هو مجموعة من التدابير لضمان الاستخدام الفعال والعقلاني لموارد الطاقة.

حاليًا ، يتم التعرف على المجالات التالية للحفاظ على الطاقة على أنها الأكثر فعالية:

1. إنشاء إطار تنظيمي وقانوني للحفاظ على الطاقة.

2. إيجاد الآليات الاقتصادية اللازمة.

3. إنشاء آليات مالية لتوفير الطاقة.

4. اتباع سياسة تسعير تعكس تكاليف موارد الطاقة والمنتجات المصنعة والخدمات وتحدد المستوى المعيشي للسكان.

5. إنشاء نظام إدارة توفير الطاقة.

6. إنشاء نظام معلومات لتعزيز مشاكل الحفاظ على الطاقة ، والتدريب ، وإعادة تدريب الموظفين ، والمديرين العاملين في هذا المجال.

أساس توفير الطاقة - الاستخدام الرشيد لموارد الطاقةوتقليل خسائرهم. يتم تطبيق سياسة توفير الطاقة على نطاق واسع في جميع البلدان المتقدمة.

بناء على تعريف المفهوم توفير الطاقة كمجموعة من التدابير التي تهدف إلى الاستخدام الفعال للطاقة ،هناك شرط للحد من إمكانيات استخدام الموارد المادية للبيئة الخارجية ، إذا كنا نتحدث عن ما يسمى بمصادر الطاقة الأولية غير المتجددة في شكل وقود معدني عضوي. من المفهوم تمامًا أن العديد من البلدان تسعى جاهدة في ظل الظروف الحديثة لتعظيم استخدام ، ولكن وفقًا لمبادئ جديدة ، لمصادر الطاقة المتجددة - الرياح والشمس والكتلة الحيوية ، إلخ. استخدامها سيسمح اليوم حل الكثير من المشاكل البيئية ،مما يخلق المتطلبات الأساسية لـ حجز جزء من احتياطيات الوقود الأحفوري للأجيال القادمة(إذا لم يتم تصديرها في الوقت نفسه إلى الخارج) ، بما في ذلك الاحتياجات غير المتعلقة بالطاقة: إنتاج المنتجات الكيماوية والأدوية وجميع أنواع الأدوية.

تحت أمن الطاقةتُفهم حالة الدولة عندما لا يعاني جميع المستهلكين الذين يحتاجون إليها من نقص في جميع أنواع الطاقة. على نطاق أوسع -

هذه هي حالة مجمع الوقود والطاقة الذي يضمن إمدادات طاقة كافية وموثوقة للبلد ، وهو أمر ضروري للتنمية الاقتصادية المستدامة وظروف معيشية مريحة للسكان في ظل الظروف العادية وتقليل الضرر في حالات الطوارئ.
- إنها دولة المجتمع للحفاظ على المستوى المطلوب من الأمن القومي

الرئيسية مبادئ أمن الطاقةنكون:

توافر موارد أو احتياطيات الطاقةالمواد الخام للطاقة
احتياطيات الطاقة الكهربائية والحرارية(على الأقل 15٪ مقارنة بذروة الحمل)
موثوقية معدات الطاقة
التحكم في نظام الطاقةمن دولة إلى دولة
إذا كان قطاع الطاقة في الدولة يعتمد على استيراد موارد الطاقة - يجب ألا تتم عمليات الشراء في بلد واحد... يجب ألا تتجاوز حصة كل مصدر من مصادر إمداد الطاقة 50٪
سياسة توفير الطاقة للدولة- التنظيم القانوني والتنظيمي والمالي والاقتصادي للأنشطة في مجال ترشيد الطاقة. من الأمثلة على إدراك أهمية حل مشكلة الحفاظ على الطاقة قانون جمهورية بيلاروس "بشأن توفير الطاقة" ، المعتمد في عام 1998. ينظم هذا القانون العلاقات التي تنشأ في سياق أنشطة الكيانات القانونية والأفراد في مجال توفير الطاقة من أجل زيادة كفاءة استخدام موارد الوقود والطاقة ، ويضع الأساس القانوني لهذه العلاقات. ... لتنفيذ توفير الطاقة على مستوى الدولة ، برامج توفير الطاقة.
جمهوري - لمدة 5 سنوات ابتداء من عام 2001.
إقليمي - لمدة سنة
قطاعي علمي وفني - يوجد مدى طويل (لمدة 5 سنوات) ومدى قصير (لمدة سنة واحدة)
تواجه بيلاروسيا مهمة توفير الطاقة وتقليل كثافة الطاقة للناتج المحلي الإجمالي.
لحل هذه المشكلة من الضروري:
- إنشاء نظام تدريب للمتخصصين في مجال توفير الطاقة وتقنيات توفير الطاقة وإدارة الطاقة ؛
- ضمان إعادة هيكلة تفكير المجتمع ككل ، لتغيير موقفه جذريًا تجاه مشكلة الحفاظ على الطاقة والموارد.

محاضرة 2

موارد الطاقة في العالم

القضايا قيد النظر:

1. التعريفات الأساسية

2. أنواع مصادر الطاقة وتصنيفها.

3. هيكل وحالة اقتصاد الطاقة العالمي

2.1. مصادر الطاقة وتصنيفها

وفقا للقانونجمهورية بيلاروسيا "بشأن توفير الطاقة" ،التي تم اعتمادها في 29/6/1998 ، مصدر الطاقة هو مصادر الطاقة:

موارد حيوية- هذه أشياء مادية تتركز فيها الطاقة ، ومناسبة للاستخدام البشري العملي. مصدر الطاقة هو أي مصدر للطاقة ، طبيعي أو مفعل بشكل مصطنع. موارد حيوية- ناقلات الطاقة المستخدمة حاليًا أو التي قد تكون مفيدة في المستقبل.

موارد الوقود والطاقة(FER) - مجموعة من جميع أنواع الوقود والطاقة الطبيعية والمحولة المستخدمة في الجمهورية ، وتصنف موارد الطاقة وفقًا للمخطط التالي (الشكل 1).

مصادر الطاقة الطبيعية الأولية- تكونت بشكل طبيعي نتيجة التطور الجيولوجي للأرض أو تجلى من خلال الوصلات الكونية (إشعاع من الشمس) ، وتنقسم إلى غير متجدد (الفحم والنفط والغاز الطبيعي والصخر الزيتي والجفت) و قابل للتجديد (طاقة النهر ، الإشعاع الشمسي ، طاقة المد والجزر ، الوقود الحيوي).

قابل للتجديدتشمل الموارد المتجددة بطبيعتها (الأرض ، النباتات ، الحيوانات ، إلخ) ، غير قابلة للتجديد- الموارد التي تراكمت في الطبيعة سابقًا ، ولكنها لم تتشكل عمليًا في ظل ظروف جيولوجية جديدة (النفط والفحم واحتياطيات أخرى من باطن الأرض) .

مصادر الطاقة الثانوية(VER)- الطاقة التي يتم الحصول عليها في سياق أي عملية تكنولوجية نتيجة قلة استخدام الطاقة الأولية في شكل منتج ثانوي للإنتاج الرئيسي ولا يتم استخدامها في عملية الطاقة هذه. يشمل هذا النوع من الموارد: النفايات المنزلية والصناعية ، وناقلات حرارة النفايات الساخنة ، ونفايات المواد العضوية القابلة للاحتراق ، والنفايات الزراعية.

R&S 1. هيكل موارد الطاقة.

أحد تصنيفات الموارد الطبيعية هو التصنيف على أساس الاستنفاد ، والذي تقسم إليه موارد الطاقة مستنفدولا ينضب (الشكل 3)... في المقابل ، يمكن تقسيم المنضب إلى قابل للتجديدوغير متجدد.

ل لا ينتهيتشمل الفضاء ، والمناخ ، والموارد المائية.

الصورة 2. موارد طاقة لا تنضب ولا تنضب.

تعتبر جميع مصادر الطاقة التي لا تنضب من مصادر الطاقة المتجددة.

في الواقع ، لا توجد موارد طاقة لا تنضب في الكون. عاجلا أم آجلا سوف ينفد. لذلك ، على سبيل المثال ، في 4.5 مليار سنة ، سيدخل نجمنا ، الشمس ، مرحلته التالية من التطور ويتحول إلى قزم أبيض. يسمى هذا الانتقال بانفجار مستعر أعظم. في الوقت نفسه ، سينبعث تيار هائل من الطاقة إلى الفضاء الخارجي ، والذي سيصل إلى كوكبنا ، ويدمر (يحرق) الغلاف الجوي للأرض ، ويتبخر المحيطات ، وستتحول الأرض إلى جسم فضائي هامد.

ومع ذلك ، بالمقارنة مع حياة الإنسان ووقت وجود الحضارة الإنسانية ، فإن هذه المصادر تعتبر لا تنضب. وبالتالي ، فإن مصادر الطاقة المتجددة تسمى المصادر ، والتي تتواجد تدفقات الطاقة باستمرار أو تنشأ بشكل دوري في البيئة وليست نتيجة لنشاط بشري هادف.

تشمل مصادر الطاقة المتجددةطاقة:

المحيط العالمي على شكل طاقة المد والجزر ، طاقة الأمواج ؛

- ريح؛

التيارات البحرية

مملح.

الأعشاب البحرية.

ينتج من الكتلة الحيوية ؛

المزاريب.

نفايات منزلية صلبة

الينابيع الحرارية الجوفية.

مساوئ مصادر الطاقة المتجددةدرجة منخفضة من تركيزه. لكن هذا يقابله إلى حد كبير توزيعها الواسع ، ونظافتها البيئية العالية نسبيًا وعدم استنفادها العملي. من المنطقي للغاية استخدام مثل هذه المصادر بالقرب من المستهلك مباشرة دون نقل الطاقة عبر مسافة. الطاقة ، التي تعمل على هذه المصادر ، تستخدم تدفقات الطاقة الموجودة بالفعل في الفضاء المحيط ، وتعيد توزيعها ، ولكنها لا تنتهك توازنها العام.

حوالي 90 ٪ من موارد الطاقة المستخدمة حاليا هي غير متجدد(فحم ، نفط ، غاز ، إلخ). ويرجع ذلك إلى إمكانات طاقتها العالية ، والتوافر النسبي لاستخراجها. تحدد معدلات استخراج واستهلاك هذه الموارد سياسة الطاقة. يتم استدعاء موارد الطاقة الأكثر استخدامًا اليوم التقليديين،أنواع جديدة من موارد الطاقة ، والتي بدأ استخدامها مؤخرًا نسبيًا - لبديل (موارد الطاقة للأنهار والخزانات والمصارف الصناعية وطاقة الرياح والطاقة الشمسية والغاز الطبيعي المنخفض والكتلة الحيوية (بما في ذلك نفايات الخشب) ومياه الصرف الصحي والنفايات الصلبة البلدية) .

في إدارة الطبيعة الحديثة ، يتم تصنيف موارد الطاقة إلى ثلاث مجموعات

– المشاركة في دوران وتدفق مستمر للطاقة(الطاقة الشمسية ، الطاقة الكونية ، إلخ) ،

- ترسب موارد الطاقة(النفط والغاز والجفت والصخر الزيتي ، وما إلى ذلك) و

- مصادر الطاقة المنشطه صناعيا(الطاقة الذرية والنووية الحرارية).

من وجهة نظر اقتصادية ، هناك الإجمالي والتقني والاقتصاديموارد نشطة.

إجمالي الموارديمثل إجمالي الطاقة الموجودة في مورد طاقة فيديو معين.

الموارد الفنية – هذه هي الطاقة التي يمكن الحصول عليها من هذا النوع من مصادر الطاقة مع التطور الحالي للعلم والتكنولوجيا. يتراوح من جزء بسيط من نسبة مئوية إلى عشرة في المائة من الإجمالي ، ولكنه يتزايد باستمرار مع تحسين معدات الطاقة وإتقان التقنيات الجديدة.

الموارد الاقتصادية – الطاقة ، التي يعتبر الحصول عليها من هذا النوع من الموارد مربحًا اقتصاديًا مع النسبة الحالية لأسعار المعدات والمواد والعمالة. إنه يشكل حصة معينة من الجانب التقني ويزيد أيضًا مع تطوير قطاع الطاقة.

من المعتاد وصف موارد الطاقة بعدد السنوات التي يكون خلالها هذا المورد كافياً لإنتاج الطاقة بمستوى جودة حديث. من تقرير لجنة مجلس الطاقة العالمي (1994) ، بالنظر إلى مستوى الاستهلاك الحالي ، فإن احتياطيات الفحم ستستمر لمدة 250 عامًا ، والغاز - لمدة 60 عامًا ، والنفط - لمدة 40 عامًا. في الوقت نفسه ، وفقًا للمعهد الدولي لتحليل النظم التطبيقية ، سينمو الطلب العالمي على الطاقة من 9.2 مليار طن من حيث النفط (أواخر التسعينيات) إلى 14.2-24.8 مليار طن في عام 2050.

مؤشر كفاءة الطاقة- المقدار العلمي المطلق أو المحدد لاستهلاك الوقود وموارد الطاقة (مع مراعاة الخسائر التنظيمية) لأي غرض من الأغراض ، تحدده الوثائق التنظيمية.

كفاءةيتم تحديد استخدام موارد الطاقة من خلال درجة تحول طاقتها المحتملة إلى المنتجات النهائية المستخدمة أو أنواع الطاقة المستهلكة النهائية وتتميز بـ عامل استخدام الطاقة:

أين η د – عامل الانتعاشالعرض المحتمل للطاقة (نسبة المستخرج إلى الكمية الإجمالية للمورد) ،

η ص – عامل التحويل(نسبة الطاقة المفيدة المستلمة إلى جميع موارد الطاقة الموردة) ، η و – عامل استخدام الطاقة(نسبة الطاقة المستخدمة إلى الطاقة المزودة للمستهلك).

لبعض أنواع الوقود الأحفوري η ديكون:

للنفط  30 ، ... 40٪ ، للغاز 80٪ ، للفحم 40٪. عند حرق الوقود η صيساوي 94-98٪.

يرتبط مفهوم كفاءة الطاقة بمفهوم الاستخدام الفعال والعقلاني لموارد الطاقة.

توازن الطاقةهو نظام من المؤشرات يعكس التطابق الكمي بين الدخل واستهلاك موارد الطاقة ، والتوزيع حسب النوع والمستهلكين (انظر الشكل 3).

أرز. 3. هيكل ميزان الطاقة.

الاستخدام الرشيد للموارد -إنه نظام من الأنشطة المصممة لتوفير الاقتصادية استخدام الموارد والتكاثرمراعاة المصالح الواعدة للاقتصاد الوطني المتنامي والحفاظ على صحة الشعب.

الاستخدام الفعال للموارد -استخدام جميع أنواع الطاقة بطرق تقدمية ومبررة اقتصاديًا مع المستوى الحالي لتطور التكنولوجيا والتكنولوجيا (يتضمن الاستخدام الثانوي للموارد ، والحد من الاستهلاك ، وتوفير الطاقة ، بما لا يتجاوز العتبة البيئية لاستدامة النظام البيئي).

مستخدمو موارد الوقود والطاقة- الكيانات التجارية ، بغض النظر عن شكل ملكيتها ، مسجلة على أراضي جمهورية بيلاروسيا ككيانات قانونية أو رواد أعمال دون تشكيل كيان قانوني ، وكذلك الأشخاص الآخرين الذين لديهم ، وفقًا لتشريعات جمهورية بيلاروسيا ، الحق في إبرام العقود التجارية ، والمواطنين باستخدام الوقود ومصادر الطاقة.

منتجي مصادر الوقود والطاقة- الكيانات التجارية ، بغض النظر عن شكل الملكية ، المسجلة على أراضي جمهورية بيلاروسيا ككيانات قانونية ، والتي يعتبر أي نوع من مصادر الوقود والطاقة المستخدمة في الجمهورية سلعة لها.

تحت نظام الطاقة أو الطاقةيجب على المرء أن يفهم مجمل الأنظمة الطبيعية (الطبيعية) والاصطناعية (من صنع الإنسان) المصممة للحصول على موارد الطاقة من جميع الأنواع وتحويلها وتوزيعها واستخدامها في الاقتصاد الوطني.

طاقةيعتبر نظامًا كبيرًا يتضمن أجزاء من أنظمة كبيرة أخرى كنظم فرعية.
التفسير الثاني لنظام الطاقة، المعتمد بين مهندسي الطاقة ، على النحو التالي: نظام الطاقة- عبارة عن مجموعة من محطات توليد الكهرباء والمحطات الفرعية وخطوط الكهرباء وشبكات الكهرباء والتدفئة المترابطة ، ومراكز استهلاك الطاقة الكهربائية والحرارة.
تعمل الأنظمة الكبيرة التالية كجزء من نظام الطاقة ، والذي يلبي احتياجات الاقتصاد بأكمله في الطاقة الكهربائية والحرارية:

نظام الطاقة الكهربائية (صناعة الطاقة الكهربائية) ، والذي يتضمن نظام إمداد حراري (هندسة الطاقة الحرارية) كنظام فرعي ؛

نظام إمداد النفط والغاز.

نظام صناعة الفحم

الطاقة النووية؛

طاقة غير تقليدية.

توليد الطاقةتوفير محطات توليد الطاقة ؛ تحويل- المحولات والنقل.

توزيع الطاقة الكهربائية- خطوط الكهرباء؛ استهلاك- أجهزة استقبال مختلفة.

2.2 أنواع الوقود والخصائص والاحتياطيات

وفقًا لتعريف DI Mendeleev ، "الوقود مادة قابلة للاحتراق يتم حرقها عمدًا للحصول على الحرارة". الوقود المعدني هو المصدر الرئيسي للطاقة في الاقتصاد الحديث وأهم مادة خام صناعية. تعتبر معالجة الوقود المعدني الأساس لتشكيل المؤسسات الصناعية ، بما في ذلك البتروكيماويات ، والغاز الكيميائي ، وقوالب الخث ، إلخ.

يتم تصنيف الوقود إلى المجموعات الأربع التالية:

صلب؛

الغازي؛

نووي.

كان أول نوع من الوقود الصلب (ولا يزال في كثير من الأماكن) الخشب والنباتات الأخرى: القش ، والقصب ، وسيقان الذرة ، وما إلى ذلك.

حدثت الثورة الصناعية الأولى ، التي غيرت بالكامل البلدان الزراعية في أوروبا ، ثم أمريكا في القرن التاسع عشر ، كنتيجة للانتقال من الوقود الخشبي إلى الفحم الأحفوري. ثم جاء عصر الكهرباء.

كان لاكتشاف الكهرباء تأثير كبير على حياة البشرية وأدى إلى ولادة ونمو أكبر مدن العالم.

سمح استخدام النفط (الوقود السائل) والغاز الطبيعي بالتزامن مع تطوير صناعة الطاقة الكهربائية ، ثم تطوير الطاقة النووية ، للدول الصناعية بإجراء تحولات ضخمة ، نتج عنها تشكيل العصر الحديث. ظهور الأرض.

وهكذا ، ل وقود صلبتضمن:

الخشب والمنتجات النباتية الأخرى؛

الفحم (بأنواعه: الحجر ، البني) ؛

الخث.

- الصخر الزيتي.

الوقود الأحفوري الصلب (باستثناء الصخر الزيتي) هو نواتج تحلل المواد العضوية في النباتات. أصغرهم الجفت، وهي كتلة كثيفة تكونت من بقايا نباتات المستنقعات المتعفنة. الأقدم التالي هم الفحم البني- كتلة متجانسة ترابية أو سوداء ، والتي ، عند تخزينها لفترة طويلة في الهواء ، تتأكسد جزئيًا (تتآكل) وتتفتت إلى مسحوق. ثم اذهب فحم، كقاعدة عامة ، زيادة القوة وانخفاض المسامية. الكتلة العضوية لأقدمهم - أنثراسايتخضع لأكبر التغييرات وهو 93٪ كربون. أنثراسايت صعب جدا.

الصخر الزيتيعبارة عن معدن من مجموعة الكاوستوبيوليت الصلبة ، والتي ، أثناء التقطير الجاف ، تعطي كمية كبيرة من الراتنج ، والتي تكون قريبة من الزيت.

الوقود السائلتم الحصول عليها عن طريق تكرير النفط. يتم تسخين الزيت الخام إلى 300 ... 370 درجة مئوية ، وبعد ذلك تتشتت الأبخرة الناتجة إلى كسور تتكثف عند درجات حرارة مختلفة:

الغاز المسال (ينتج حوالي 1٪) ؛

البنزين (حوالي 15٪ ، tк = 30 ... 180 درجة مئوية) ؛

الكيروسين (حوالي 17٪ ، tk = 120 ... 135 درجة مئوية) ؛

ديزل (حوالي 18٪ ، طن متري = 180 ... 350 درجة مئوية).

بقايا السائل مع نقطة غليان أولية من 330 - 350 درجة مئوية تسمى زيت الوقود.

الوقود الغازينكون غاز طبيعي،ينتج بشكل مباشر أو عرضي مع إنتاج النفط ، يسمى مرتبط. المكون الرئيسي للغاز الطبيعي هو الميثان СН4 وكمية صغيرة من النيتروجين N2 ، وارتفاع الهيدروكربونات СnНm ، وثاني أكسيد الكربون СО2.يحتوي الغاز المصاحب على غاز ميثان أقل من الغاز الطبيعي ، ولكنه يحتوي على كمية أكبر من الهيدروكربونات ، وبالتالي يطلق مزيدًا من الحرارة أثناء الاحتراق.

في الصناعة ، وخاصة في الحياة اليومية ، منتشر على نطاق واسع غاز مسالتم الحصول عليها من تكرير النفط الأولي. في النباتات المعدنية ، كمنتجات ثانوية يتلقونها أفران الكوك وغازات الأفران العالية... يتم استخدامها هنا في المصانع لأفران التدفئة والأجهزة التكنولوجية. في المناطق التي توجد فيها مناجم الفحم ، يمكن أن يكون هناك نوع من "الوقود" الميثانتنطلق من الطبقات أثناء التهوية. تم استبدال الغازات التي تم الحصول عليها عن طريق التغويز (المولد) أو عن طريق التقطير الجاف (التسخين دون الوصول إلى الهواء) للوقود الصلب عمليًا بالغاز الطبيعي في معظم البلدان ، ولكن هناك الآن اهتمام متجدد بإنتاجها واستخدامها.

في الآونة الأخيرة ، تم العثور على المزيد والمزيد من التطبيقات الغاز الحيوي- منتج التخمر اللاهوائي (التخمير) للنفايات العضوية (السماد الطبيعي ، مخلفات النباتات ، القمامة ، الصرف الصحي ، إلخ).

وقود نوويهو أورانوس.تتجلى كفاءة استخدامه من خلال عمل أول كاسحة جليد تعمل بالطاقة النووية في العالم "لينين" بإزاحة 19 ألف طن ، بطول 134 م ، وعرض 23.6 م ، وارتفاع 16.1 م ، وغاطس 10.5 م بسرعة 18 عقدة (حوالي 30 كم / ساعة). تم إنشاؤه لمرافقة قوافل السفن على طول طريق البحر الشمالي ، والتي يصل سمك الجليد على طولها إلى مترين أو أكثر. كان يستهلك 260-310 جرامًا من اليورانيوم يوميًا. ستحتاج كاسحة الجليد التي تعمل بالديزل إلى 560 طنًا من وقود الديزل للقيام بنفس قدر العمل الذي تحتاجه كاسحة الجليد لينين.

يُظهر تحليل تقييم الإمداد بالوقود وموارد الطاقة أن أكثر أنواع الوقود ندرة هو النفط. وفقًا لمصادر مختلفة ، سيكون هذا كافياً لمدة 250 عامًا. ثم ، بعد 35-64 سنة ، سيتم استنفاد احتياطيات الغاز القابل للاحتراق واليورانيوم. الوضع أفضل بالنسبة للفحم ، احتياطياته كبيرة بما يكفي في العالم ، وسيتراوح المعروض من الفحم ما بين 218 و 330 سنة.

2.2 الوقود التقليدي ، القيمة الحرارية ، الطاقة الكامنة.

يجب إجراء الحسابات الاقتصادية ومقارنة مؤشرات الأجهزة التي تستخدم الوقود مع بعضها البعض والتخطيط على أساس واحد. لذلك ، تم تقديم مفهوم ما يسمى بالوقود المكافئ.

الوقود التقليدي هو وحدة محاسبة الوقود الأحفوري المستخدمة لمقارنة كفاءة أنواع الوقود المختلفة والمحاسبة الإجمالية. يعد استخدام الوقود المكافئ مناسبًا بشكل خاص لمقارنة كفاءة مختلف محطات الحرارة والطاقة.

كوحدة من الوقود المكافئ ، يتم استخدام 1 كجم من الوقود بقيمة حرارية 7000 كيلو كالوري / كجم (29.3 ميجا جول / كجم) ، وهو ما يتوافق مع الفحم الجاف منخفض الرماد الجيد. للمقارنة ، دعنا نشير إلى أن الفحم البني له قيمة حرارية أقل من 24 ميغا جول / كيلوغرام ، وأنثراسيت وفحم قاري - 23-27 ميغا جول / كيلوغرام. يتم التعبير عن النسبة بين الوقود التقليدي والوقود الطبيعي من خلال الصيغة

W = (Qnr / 7000) Int = E Ext ،

حيث W هي كتلة الكمية المعادلة من الوقود المكافئ ، كجم ؛

VN - كتلة الوقود الطبيعي ، كجم (وقود صلب وسائل) أو متر مكعب - غازي ؛

Qнр - أقل قيمة حرارية للوقود الطبيعي المحدد ، كيلو كالوري / كجم أو كيلو كالوري / م 3.

النسبة E = Qнр / 7000

اتصل معامل السعرات الحرارية، ويتم قبوله من أجل:

النفط - 1.43 ؛

الغاز الطبيعي - 1.15 ؛

الخث - 0.34-0.41 (حسب الرطوبة) ؛

قوالب الخث - 0.45 -0.6 (حسب الرطوبة) ؛

وقود الديزل - 1.45 ؛

زيت الوقود - 1.37.

القيمة الحرارية لأنواع الوقود المختلفة، كيلو كالوري / كجم تقريبًا:

الزيت - 10000 (كيلو كالوري / كجم) ؛

الغاز الطبيعي - 8000 (كيلو كالوري / م 3) ؛

الفحم الصلب - 7000 (كيلو كالوري / كغ) ؛

الحطب الذي يحتوي على نسبة رطوبة 10 ٪ - 3900 (كيلو كالوري / كغ) ؛

40٪ - 2400 (كيلو كالوري / كغ) ؛

محتوى رطوبة الخث 10٪ - 4100 (كيلو كالوري / كغ) ؛

40٪ - 2500 (كيلو كالوري / كغ) ؛

المعلمة التي تحدد إمكانية استخدام مصدر للطاقة هي إمكانات الطاقة... يتم التعبير عنها بوحدات الطاقة J أو kWh. تقاس إمكانات الطاقة لموارد طاقة الأرض بـ إكساجول, (eJ = 10 18 ي) ، تقدر بالقيم التالية:

طاقة الانشطار النووي 1.9710 6
الطاقة الحرارية الجوفية 2.94 10 6
طاقة الشمس على مستوى الأرض لمدة عام واحد 2.41 10 6
الطاقة الكيميائية للوقود الكيميائي 5.21 10 5
الطاقة النووية الحرارية 3.60 10 5
طاقة المد والجزر لمدة عام 2.52 10 5
طاقة الرياح لمدة سنة واحدة 6.12 × 10 3
الطاقة الحيوية للغابات لمدة عام 1.46103
طاقة الأنهار لمدة سنة واحدة 1.19 10 2

2.3 موارد الطاقة في العالم

لقد تطور هيكل اقتصاد الطاقة العالمي اليوم بحيث يتم الحصول على 80٪ من الكهرباء المستهلكة عن طريق حرق الوقود في محطات توليد الطاقة ، حيث يتم تحويل الطاقة الكيميائية للوقود أولاً إلى حرارة ، وحرارة - إلى عمل ، وعمل - في الكهرباء. يتم توفير نسبة كبيرة من الطاقة الكهرومائية (حوالي 15 ٪) ، والباقي يتم تغطيته من قبل مصادر أخرى ، وخاصة محطات الطاقة النووية. الحاجات البشرية تتزايد ، والناس يزدادون أكثر فأكثر ، وهذا يسبب كميات هائلة من إنتاج الطاقة ومعدل نمو استهلاكها. اليوم ، لم تعد مصادر الطاقة التقليدية (أنواع مختلفة من الوقود ، وموارد المياه) وتقنيات استخدامها قادرة على توفير المستوى المطلوب من إمدادات الطاقة للمجتمع ، لأنها مصادر غير متجددة وعددها يتناقص بسرعة. وعلى الرغم من ضخامة الاحتياطيات المؤكدة من الوقود الطبيعي ، فإن مشكلة نضوب المحميات الطبيعية بالمعدلات الحالية والمتوقعة لتطورها تتحول إلى منظور حقيقي وقريب المدى. اليوم ، هناك عدد من الرواسب ، بسبب النضوب ، غير مناسب للتنمية الصناعية ، وللنفط والغاز ، على سبيل المثال ، يجب على المرء أن يذهب إلى مناطق نائية يصعب الوصول إليها ، إلى جروف المحيط ، إلخ. يثبت المتنبئون الجادون أنه إذا ظلت الأحجام الحالية ومعدلات النمو لاستهلاك الطاقة عند 3 ... 5٪ (وستكون بلا شك أعلى من ذلك) ، فإن احتياطيات الوقود العضوي سوف تجف تمامًا خلال 70 - 150 عامًا.

ينعكس الجدول 2.1 الاحتياطيات المحدودة من الموارد غير المتجددة المستخدمة في توليد الكهرباء ، حتى مع مراعاة المدخرات. يتطلب تطوير التقنيات الحديثة زيادة مستوى استخدام الكهرباء. بالإضافة إلى ذلك ، من الضروري مراعاة أن معدل النمو السكاني يجعل من الممكن التنبؤ بأنه في غضون 40 عامًا من الآن سيعيش 12 مليار شخص على الأرض ، وهذا هو السبب في أن مشاكل الحفاظ على الطاقة صعبة للغاية.

الجدول 2.1. موارد الطاقة في العالم

تعد صناعة الطاقة الكهربائية أهم فرع من فروع الاقتصاد في أي دولة ، حيث أن منتجاتها (الطاقة الكهربائية) هي نوع عالمي من الطاقة. يمكن نقلها بسهولة عبر مسافات كبيرة ، مقسمة إلى عدد كبير من المستهلكين. بدون طاقة كهربائية يستحيل القيام بالعديد من العمليات التكنولوجية ، مثلما يستحيل تخيل حياتنا اليومية بدون تدفئة وإضاءة وتبريد ونقل وتلفاز وثلاجة وغسالة ومكنسة كهربائية ومكواة وباستخدام وسائل الاتصال الحديثة (هاتف ، تلغراف ، فاكس ، كمبيوتر) ، والتي تستهلك أيضًا الكهرباء.

في معظم البلدان الأجنبية المتقدمة ، تصل المكونات الكهربائية لمجمع الوقود والطاقة بأكمله إلى 35-40٪ ، وبحلول بداية القرن الحادي والعشرين ، تجاوزت 50٪. يتم إدخال الطاقة الكهربائية عمليا في جميع المجالات الجديدة للصناعة والزراعة والحياة اليومية.

تنتج الولايات المتحدة حوالي 2.5 تريليون دولار. كيلوواط ساعة من الكهرباء ، في رابطة الدول المستقلة - حوالي 1.75 تريليون. كيلوواط ساعة. تبلغ القدرة الإجمالية لمحطة الطاقة في الولايات المتحدة الأمريكية 660 مليون كيلووات ساعة ، في رابطة الدول المستقلة - حوالي 350 مليون كيلوواط ساعة ، 30٪ منها في الولايات المتحدة في وضع الاستعداد الساخن. في رابطة الدول المستقلة ، لا يوجد احتياطي ساخن ، والبرد هو 6-8 ٪ ، في حين أن المعيار هو 13 ٪. درجة التسلح الكهربائي في جمهورية بيلاروسيا هي 22 ٪ ، وهي أقل بكثير من مؤشرات ليس فقط الدول المتقدمة ، ولكن المتوسط العالمي (27٪).

على الرغم من أن البلدان المتقدمة قد توقفت عن زيادة نصيب الفرد من استهلاك الطاقة على مدار الخمسة وعشرين عامًا الماضية ، إلا أن نمو الاستهلاك لا يزال مرتفعًا ، مدفوعًا بزيادة استهلاك الفرد من الطاقة في البلدان النامية. بالمعدل الحالي ، سيستمر نمو صناعة الطاقة الكهربائية لفترة طويلة ، بما في ذلك بلدنا.

بمعنى ، لمعرفة كيف يمكنك توفير الطاقة ، تحتاج إلى تحديد ما الذي يشكل مفهوم "الطاقة" بوضوح؟

الطاقة (اليونانية - الفعل ، النشاط) هي مقياس كمي عام لأشكال مختلفة من حركة المادة.

هذا التعريف يعني:

الطاقة شيء يتجلى فقط عندما تتغير حالة (موضع) الأشياء المختلفة في العالم من حولنا ؛

الطاقة شيء يمكن أن ينتقل من شكل إلى آخر (الشكل 1.1) ؛

تتميز الطاقة بالقدرة على إنتاج عمل مفيد للإنسان ؛

الطاقة شيء يمكن تحديده وتحديده بشكل موضوعي.

الطاقة في شكل أ			الطاقة في شكل ب

أرز. 1.1 مخطط لتحويل الطاقة من نوع إلى آخر

الطاقة في العلوم الطبيعية ، حسب الطبيعة ، تنقسم إلى الأنواع التالية.

الطاقة الميكانيكية - تتجلى أثناء التفاعل وحركة الأجسام أو الجزيئات الفردية.

وهي تشمل طاقة الحركة أو دوران الجسم ، وطاقة التشوه أثناء الانحناء ، والتمدد ، والالتواء ،

ضغط الأجسام المرنة (الينابيع). تستخدم هذه الطاقة على نطاق واسع في مختلف الآلات - النقل والتكنولوجية.

الطاقة الحرارية هي طاقة الحركة المضطربة (الفوضوية) وتفاعل جزيئات المواد.

تُستخدم الطاقة الحرارية ، التي يتم الحصول عليها غالبًا من احتراق أنواع مختلفة من الوقود ، على نطاق واسع للتدفئة ، وتنفيذ العديد من العمليات التكنولوجية (التسخين ، والصهر ، والتجفيف ، والتبخر ، والتقطير ، وما إلى ذلك).

لمقارنة أنواع الوقود المختلفة والمحاسبة الإجمالية لاحتياطياته ، تم اعتماد وحدة المحاسبة - الوقود التقليدي ، حيث تم أخذ حرارة الاحتراق على أنها 29.3 ميجا جول / كجم (7000 كيلو كالوري / كجم) (الجدول 1.1). "

الطاقة الكهربائية - طاقة الإلكترونات (التيار الكهربائي) التي تتحرك على طول دائرة كهربائية.

تُستخدم الطاقة الكهربائية للحصول على الطاقة الميكانيكية باستخدام المحركات الكهربائية ولتنفيذ العمليات الميكانيكية لمعالجة المواد: التكسير والطحن والخلط ؛ لإجراء التفاعلات الكهروكيميائية ؛ الحصول على الطاقة الحرارية في أجهزة وأفران التدفئة الكهربائية ؛ للمعالجة المباشرة للمواد (معالجة التفريغ الكهربائي).

الطاقة الكيميائية هي الطاقة "المخزنة" في ذرات المواد ، والتي يتم إطلاقها أو امتصاصها من خلال التفاعلات الكيميائية بين المواد.

يتم إطلاق الطاقة الكيميائية إما في شكل حرارة أثناء التفاعلات الطاردة للحرارة (على سبيل المثال ، احتراق الوقود) ، أو تحويلها إلى طاقة كهربائية في الخلايا والبطاريات الجلفانية. تتميز مصادر الطاقة هذه بكفاءة عالية (تصل إلى 98٪) ، ولكن بقدرة منخفضة.

الطاقة المغناطيسية - طاقة المغناطيس الدائم ، التي لديها إمداد كبير من الطاقة ، لكنها "تتخلى عنها" على مضض. ومع ذلك ، فإن التيار الكهربائي يخلق مجالات مغناطيسية ممتدة وقوية حول نفسه ، وبالتالي ، غالبًا ما يتحدثون عن الطاقة الكهرومغناطيسية.

ترتبط الطاقات الكهربائية والمغناطيسية ارتباطًا وثيقًا ببعضها البعض ، ويمكن اعتبار كل واحدة منها على أنها الجانب "العكسي" للآخر.

الطاقة الكهرومغناطيسية هي طاقة الموجات الكهرومغناطيسية ، أي تحريك المجالات الكهربائية والمغناطيسية. ويشمل الضوء المرئي والأشعة تحت الحمراء والأشعة فوق البنفسجية والأشعة السينية وموجات الراديو.

الطاقة النووية هي طاقة موضعية في نوى ذرات ما يسمى بالمواد المشعة. يتم إطلاقه أثناء انشطار النوى الثقيلة (تفاعل نووي) أو اندماج النوى الخفيفة (تفاعل نووي حراري).

طاقة الجاذبية هي طاقة ناتجة عن تفاعل (جاذبية) الأجسام الضخمة ، وهي ملحوظة بشكل خاص في الفضاء الخارجي. في الظروف الأرضية ، هذه ، على سبيل المثال ، الطاقة "المخزنة" بواسطة جسم مرفوع إلى ارتفاع معين فوق سطح الأرض - طاقة الجاذبية.

وهكذا ، اعتمادًا على مستوى المظهر ، يمكن للمرء أن يختار طاقة الكون الكبير - الجاذبية ، طاقة تفاعل الأجسام - الميكانيكية ، طاقة التفاعلات الجزيئية - الحرارية ، طاقة التفاعلات الذرية - الكيميائية ، طاقة الإشعاع - الكهرومغناطيسية ، الطاقة الموجودة في نوى الذرات - النووية.

لا يستبعد العلم الحديث وجود أنواع أخرى من الطاقة ، والتي لم يتم تسجيلها بعد ، ولكنها لا تنتهك صورة علمية طبيعية واحدة للعالم ومفهوم الطاقة.

بشكل عام ، مفهوم الطاقة ، فكرة أنها مصطنعة وتم إنشاؤها خصيصًا لتكون نتيجة انعكاساتنا على العالم من حولنا. على عكس المادة ، التي يمكننا القول بوجودها ، الطاقة هي ثمرة الفكر البشري ، "اختراعه" ، مبني بطريقة تجعل من الممكن وصف التغيرات المختلفة في العالم المحيط وفي نفس الوقت الحديث عن الثبات ، وهو الحفاظ على الشيء الذي يسمى الطاقة ، حتى لو تغير فهمنا للطاقة من سنة إلى أخرى.

وحدة قياس الطاقة هي 1 جول (جول). في نفس الوقت ، لقياس كمية الحرارة ، استخدم الوحدة "القديمة" - 1 كالوري (كالوري) = 4.18 جول ، لقياس الطاقة الميكانيكية ، استخدم قيمة 1 كجم م = 9.8 جول ، الطاقة الكهربائية - 1 كيلو وات ساعة = 3.6 ميجا جول ، مع 1 J = = 1 WS.

وتجدر الإشارة إلى أنه في أدبيات العلوم الطبيعية ، يتم أحيانًا دمج الطاقات الحرارية والكيميائية والنووية مع مفهوم الطاقة الداخلية ، أي الموجودة في مادة ما.

فيما يتعلق بتطور تقنيات الإنتاج والتدهور الكبير في الوضع البيئي في العديد من مناطق العالم ، تواجه البشرية مشكلة إيجاد مصادر جديدة للطاقة. من ناحية ، يجب أن تكون كمية الطاقة المنتجة كافية لتطوير الإنتاج والعلوم والمرافق العامة ، ومن ناحية أخرى ، يجب ألا يؤثر إنتاج الطاقة سلبًا على البيئة.

أدت صياغة السؤال هذه إلى البحث عما يسمى بمصادر الطاقة البديلة - المصادر التي تلبي المتطلبات المذكورة أعلاه. من خلال جهود علوم العالم ، تم اكتشاف العديد من هذه المصادر ، في الوقت الحالي ، يتم استخدام معظمها بالفعل على نطاق واسع. نلفت انتباهكم إلى لمحة موجزة عنها:

طاقة شمسية

تُستخدم محطات الطاقة الشمسية بنشاط في أكثر من 80 دولة ؛ حيث تقوم بتحويل الطاقة الشمسية إلى كهرباء. هناك طرق مختلفة لهذا التحويل ، وبالتالي أنواع مختلفة من محطات الطاقة الشمسية. تستخدم المحطات الأكثر شيوعًا المحولات الكهروضوئية (الخلايا الكهروضوئية) مجتمعة في الألواح الشمسية. تقع معظم أكبر التركيبات الكهروضوئية في العالم في الولايات المتحدة.

طاقة الرياح

تستخدم محطات طاقة الرياح (مزارع الرياح) على نطاق واسع في الولايات المتحدة الأمريكية ، والصين ، والهند ، وكذلك في بعض دول أوروبا الغربية (على سبيل المثال ، في الدنمارك ، حيث يتم إنتاج 25٪ من إجمالي الكهرباء بهذه الطريقة). تعد طاقة الرياح مصدرًا واعدًا للغاية للطاقة البديلة ؛ في الوقت الحالي ، تعمل العديد من البلدان بشكل كبير على توسيع استخدام محطات الطاقة من هذا النوع.

الوقود الحيوي

تتمثل المزايا الرئيسية لمصدر الطاقة هذا على الأنواع الأخرى من الوقود في ملاءمته للبيئة وقابليته للتجديد. لا تنتمي جميع أنواع الوقود الحيوي إلى مصادر طاقة بديلة: الحطب التقليدي هو أيضًا وقود حيوي ، ولكنه ليس مصدرًا بديلاً للطاقة. الوقود الحيوي البديل هو الوقود الصلب (الخث والنجارة والنفايات الزراعية) والسائل (الديزل الحيوي وزيت الكتلة الحيوية ، وكذلك الميثانول والإيثانول والبوتانول) والغازية (الهيدروجين والميثان والغاز الحيوي).

طاقة المد والجزر والأمواج

على عكس الطاقة الكهرومائية التقليدية ، التي تستخدم طاقة تدفق المياه ، فإن الطاقة الكهرومائية البديلة لم تنتشر بعد. تتمثل العيوب الرئيسية لمحطات توليد الطاقة في المد والجزر في التكلفة العالية لبناءها والتغيرات اليومية في السعة ، حيث يُنصح باستخدام محطات توليد الطاقة من هذا النوع فقط كجزء من أنظمة الطاقة التي تستخدم أيضًا مصادر طاقة أخرى. تتمثل المزايا الرئيسية في التوافق مع البيئة العالية والتكلفة المنخفضة لإنتاج الطاقة.

الطاقة الحرارية للأرض

لتطوير مصدر الطاقة هذا ، يتم استخدام محطات الطاقة الحرارية الأرضية ، باستخدام طاقة المياه الجوفية ذات درجة الحرارة العالية ، وكذلك البراكين. في الوقت الحالي ، تعد الطاقة الحرارية المائية أكثر شيوعًا ، وذلك باستخدام طاقة الينابيع الحارة تحت الأرض. الطاقة الحرارية البترولية القائمة على استخدام الحرارة "الجافة" لباطن الأرض غير متطورة حاليًا ؛ تعتبر المشكلة الرئيسية هي انخفاض الربحية لهذه الطريقة في الحصول على الطاقة.

كهرباء الغلاف الجوي

(تحدث ومضات البرق على سطح الأرض في وقت واحد تقريبًا في أماكن مختلفة على الكوكب.)

طاقة العواصف الرعدية ، القائمة على التقاط وتراكم طاقة البرق ، لا تزال في مهدها. تتمثل المشاكل الرئيسية لطاقة العواصف الرعدية في حركة جبهات العواصف الرعدية ، وكذلك سرعة التصريفات الكهربائية في الغلاف الجوي (البرق) ، مما يجعل من الصعب تجميع طاقتها.

قبل الحديث عن التدابير الرئيسية لتوفير الطاقة ، أي لمعرفة كيف يمكنك توفير الطاقة ، تحتاج إلى تحديد ما يشكل "الطاقة" بوضوح؟

الطاقة (اليونانية - الفعل ، النشاط) هي مقياس كمي عام لأشكال مختلفة من حركة المادة.

هذا التعريف يعني:

الطاقة شيء يتجلى فقط عندما تتغير حالة (موضع) الأشياء المختلفة في العالم من حولنا ؛

الطاقة شيء يمكن أن ينتقل من شكل إلى آخر ؛

تتميز الطاقة بالقدرة على إنتاج عمل مفيد للإنسان ؛

الطاقة شيء يمكن تحديده وتحديده بشكل موضوعي.

الطاقة في العلوم الطبيعية ، حسب الطبيعة ، تنقسم إلى الأنواع التالية.

الطاقة الميكانيكية - تتجلى أثناء التفاعل وحركة الأجسام أو الجزيئات الفردية.

وهي تشمل طاقة الحركة أو دوران الجسم ، وطاقة التشوه أثناء الانحناء ، والتمدد ، والتواء ، وضغط الأجسام المرنة (الينابيع). تستخدم هذه الطاقة على نطاق واسع في مختلف الآلات - النقل والتكنولوجية.

الطاقة الحرارية هي طاقة الحركة المضطربة (الفوضوية) وتفاعل جزيئات المواد.

للمقارنة بين أنواع الوقود المختلفة والمحاسبة الإجمالية لاحتياطياته ، وتقييم كفاءة استخدام موارد الطاقة ، ومقارنة مؤشرات الأجهزة التي تستخدم الحرارة ، تم اعتماد وحدة القياس - وقود تقليدي، وتؤخذ حرارة الاحتراق 29.33 ميجا جول / كجم (7000 كيلو كالوري / كجم). للتحليل المقارن ، عادة ما تكون وحدة القياس طن من مكافئ الوقود.

1 طن من مكافئ الوقود = 29.33 10 9 J = 7 10 6 kcal = 8.12 10 3 kWh

هذا يتوافق مع الفحم الحجري منخفض الرماد ، والذي يشار إليه أحيانًا بمكافئ الفحم. للتحليل في الخارج ، يتم استخدام وقود مرجعي بقيمة حرارية 41.9 ميجا جول / كجم. يسمى هذا المؤشر معادل الزيت.

الطاقة الكهربائية - طاقة الإلكترونات (التيار الكهربائي) التي تتحرك على طول دائرة كهربائية.

وحدة الطاقةيساوي 1 J (جول). في نفس الوقت ، لقياس كمية الحرارة ، استخدم الوحدة "القديمة" - 1 كالوري (كالوري) = 4.18 جول ، لقياس الطاقة الميكانيكية ، استخدم قيمة 1 كجم م = 9.8 جول ، الطاقة الكهربائية - 1 كيلو وات ساعة = 3 ، 6 ميجا جول ، مع 1 J = 1 W S.

وتجدر الإشارة إلى أنه في أدبيات العلوم الطبيعية ، يتم أحيانًا دمج الطاقات الحرارية والكيميائية والنووية مع مفهوم الطاقة الداخلية ، أي داخل المادة.