Η ενέργεια και τα είδη της. Παραδοσιακές μέθοδοι απόκτησης θερμότητας και ηλεκτρικής ενέργειας. Ενέργεια

24.08.2019

Τύποι, μέθοδοι λήψης, μετατροπής και χρήσης ενέργειας. Η ενέργεια και τα είδη της. Σκοπός και χρήση

Η ενέργεια και τα είδη της. Σκοπός και χρήση

Η ενέργεια παίζει καθοριστικό ρόλο στην ανάπτυξη του ανθρώπινου πολιτισμού. Η κατανάλωση ενέργειας και η συσσώρευση πληροφοριών έχουν περίπου τον ίδιο χαρακτήρα μεταβολής με την πάροδο του χρόνου. Υπάρχει στενή σχέση μεταξύ της κατανάλωσης ενέργειας και της παραγωγής.

Σύμφωνα με τις έννοιες της φυσικής επιστήμης, ενέργεια είναι η ικανότητα ενός σώματος ή ενός συστήματος σωμάτων να κάνει εργασία. Υπάρχουν διάφορες ταξινομήσεις τύπων και μορφών ενέργειας. Ας ονομάσουμε αυτούς τους τύπους που οι άνθρωποι συναντούν πιο συχνά στην καθημερινή τους ζωή: μηχανικό, ηλεκτρικό, ηλεκτρομαγνητικό και εσωτερικό. Η εσωτερική ενέργεια περιλαμβάνει τη θερμική, τη χημική και την ενδοπυρηνική (ατομική) ενέργεια. Η εσωτερική μορφή ενέργειας οφείλεται στη δυναμική ενέργεια αλληλεπίδρασης των σωματιδίων που αποτελούν το σώμα ή στην κινητική ενέργεια της τυχαίας κίνησής τους.

Εάν η ενέργεια είναι το αποτέλεσμα μιας αλλαγής στην κατάσταση κίνησης υλικών σημείων ή σωμάτων, τότε ονομάζεται κινητική. περιλαμβάνει τη μηχανική ενέργεια της κίνησης των σωμάτων, τη θερμική ενέργεια που οφείλεται στην κίνηση των μορίων.

Εάν η ενέργεια είναι το αποτέλεσμα μιας αλλαγής στη σχετική θέση των μερών ενός δεδομένου συστήματος ή της θέσης του σε σχέση με άλλα σώματα, τότε ονομάζεται δυναμικό. περιλαμβάνει την ενέργεια των μαζών που έλκονται από το νόμο της παγκόσμιας βαρύτητας, την ενέργεια της θέσης των ομοιογενών σωματιδίων, για παράδειγμα, την ενέργεια ενός ελαστικού παραμορφωμένου σώματος, τη χημική ενέργεια.

Η κύρια πηγή ενέργειας είναι ο ήλιος. Υπό την επίδραση των ακτίνων της, η χλωροφύλλη των φυτών αποσυνθέτει το διοξείδιο του άνθρακα που απορροφάται από τον αέρα σε οξυγόνο και άνθρακα. το τελευταίο συσσωρεύεται στα φυτά. Ο άνθρακας, το υπόγειο αέριο, η τύρφη, ο σχιστόλιθος και τα καυσόξυλα αντιπροσωπεύουν τα αποθέματα της ακτινοβολούμενης ενέργειας του ήλιου, που εξάγεται από τη χλωροφύλλη με τη μορφή της χημικής ενέργειας του άνθρακα και των υδρογονανθράκων. Η ενέργεια του νερού λαμβάνεται επίσης από την ηλιακή ενέργεια, η οποία εξατμίζει το νερό και ανυψώνει τον ατμό στα ψηλά στρώματα της ατμόσφαιρας. Ο άνεμος που χρησιμοποιείται στις ανεμογεννήτριες προκύπτει από τη διαφορετική θέρμανση της γης από τον ήλιο σε διαφορετικά σημεία. Τεράστια αποθέματα ενέργειας περιέχονται στους πυρήνες των ατόμων των χημικών στοιχείων.

Στο Διεθνές Σύστημα Μονάδων SI, το joule λαμβάνεται ως μονάδα μέτρησης της ενέργειας. Εάν οι υπολογισμοί σχετίζονται με θερμότητα, βιολογική, ηλεκτρική και πολλούς άλλους τύπους ενέργειας, τότε ως μονάδα ενέργειας χρησιμοποιείται μια θερμίδα (cal) ή μια χιλιοθερμίδα (kcal).

1 θερμίδες = 4,18 J.

Για να μετρήσετε την ηλεκτρική ενέργεια, χρησιμοποιήστε μια μονάδα όπως Watt (Wh, kWh, MWh).

1 Watt h = 3,6 MJ ή 1 J = 1 W. με.

Για τη μέτρηση της μηχανικής ενέργειας, χρησιμοποιείται μια μονάδα όπως το kg. Μ.

1 κιλό. m = 9,8 J.

Η ενέργεια, η οποία περιέχεται σε φυσικές πηγές (ενεργειακές πηγές) και μπορεί να μετατραπεί σε ηλεκτρική, μηχανική, χημική, ονομάζεται πρωτογενής.

Οι παραδοσιακοί τύποι πρωτογενούς ενέργειας ή ενεργειακών πόρων περιλαμβάνουν: ορυκτά καύσιμα (άνθρακας, πετρέλαιο, αέριο κ.λπ.), υδροηλεκτρική ενέργεια ποταμών και πυρηνικά καύσιμα (ουράνιο, θόριο κ.λπ.).

Η ενέργεια που λαμβάνει ένα άτομο μετά τον μετασχηματισμό της πρωτογενούς ενέργειας σε ειδικές εγκαταστάσεις σταθμών ονομάζεται δευτερογενής (ηλεκτρική ενέργεια, ενέργεια ατμού, ζεστού νερού κ.λπ.).

Επί του παρόντος, βρίσκονται σε εξέλιξη εργασίες για τη χρήση μη παραδοσιακών, ανανεώσιμων πηγών ενέργειας: ηλιακή, άνεμος, παλίρροιες, θαλάσσια κύματα, θερμότητα της γης. Οι πηγές αυτές, εκτός από ανανεώσιμες, ταξινομούνται στους «καθαρούς» τύπους ενέργειας, αφού η χρήση τους δεν οδηγεί σε ρύπανση του περιβάλλοντος.

Στο σχ. Το 10.1.1 δείχνει την ταξινόμηση της πρωτογενούς ενέργειας. Επισημάνθηκαν οι παραδοσιακοί τύποι ενέργειας, που χρησιμοποιούνται πάντα ευρέως από τον άνθρωπο, και οι μη παραδοσιακοί, σχετικά λίγο χρησιμοποιούμενοι μέχρι πρόσφατα λόγω της έλλειψης οικονομικών μεθόδων βιομηχανικής μετατροπής τους, αλλά ιδιαίτερα επίκαιρες σήμερα λόγω της υψηλής περιβαλλοντικής τους φιλικότητας.

Ρύζι. 10.1.1. Σχέδιο ταξινόμησης πρωτογενούς ενέργειας

Στο διάγραμμα ταξινόμησης, οι μη ανανεώσιμες και οι ανανεώσιμες πηγές ενέργειας υποδεικνύονται με λευκά και γκρι ορθογώνια, αντίστοιχα.

Η κατανάλωση ενέργειας του απαιτούμενου τύπου και η παροχή της στους καταναλωτές γίνεται στη διαδικασία παραγωγής ενέργειας, στην οποία διακρίνονται πέντε στάδια: 1. Απόκτηση και συγκέντρωση ενεργειακών πόρων: εξόρυξη και εμπλουτισμός καυσίμου, συγκέντρωση πίεσης νερού με χρήση υδραυλικού δομές κ.λπ.

2. Μεταφορά ενεργειακών πόρων σε μονάδες μετατροπής ενέργειας. πραγματοποιείται με μεταφορά μέσω ξηράς και νερού ή με άντληση μέσω αγωγών νερού, πετρελαίου, φυσικού αερίου κ.λπ.

3. Μετατροπή της πρωτογενούς ενέργειας σε δευτερογενή ενέργεια, η οποία έχει την πιο βολική μορφή για διανομή και κατανάλωση υπό δεδομένες συνθήκες (συνήθως σε ηλεκτρική και θερμική ενέργεια).

4. Μεταφορά και διανομή μετατρεπόμενης ενέργειας.

5. Κατανάλωση ενέργειας, που πραγματοποιείται τόσο με τη μορφή με την οποία παραδίδεται στον καταναλωτή, όσο και με τη μετατροπή.

Εάν η συνολική ενέργεια των εφαρμοζόμενων πόρων πρωτογενούς ενέργειας ληφθεί ως 100%, τότε η ωφέλιμη ενέργεια θα είναι μόνο 35-40%, η υπόλοιπη χάνεται και το μεγαλύτερο μέρος της έχει τη μορφή θερμότητας.

Το πλεονέκτημα της ηλεκτρικής ενέργειας

Από τους μακρινούς ιστορικούς χρόνους, η ανάπτυξη του πολιτισμού και η τεχνολογική πρόοδος συνδέονται άμεσα με την ποσότητα και την ποιότητα των ενεργειακών πόρων που χρησιμοποιούνται. Λίγο περισσότερο από το ήμισυ της ενέργειας που καταναλώνεται χρησιμοποιείται με τη μορφή θερμότητας για τεχνικές ανάγκες, θέρμανση, μαγείρεμα, η υπόλοιπη με τη μορφή μηχανικής ενέργειας, κυρίως σε εγκαταστάσεις μεταφοράς, και ηλεκτρική ενέργεια. Επιπλέον, το μερίδιο της ηλεκτρικής ενέργειας αυξάνεται κάθε χρόνο (Εικ. 10.2.1).

Ρύζι. 10.2.1. Δυναμική κατανάλωσης ηλεκτρικής ενέργειας

Η ηλεκτρική ενέργεια είναι ο πιο βολικός τύπος ενέργειας και δικαίως μπορεί να θεωρηθεί η βάση του σύγχρονου πολιτισμού. Η συντριπτική πλειονότητα των τεχνικών μέσων μηχανοποίησης και αυτοματοποίησης των διαδικασιών παραγωγής (εξοπλισμός, όργανα, υπολογιστές), η αντικατάσταση της ανθρώπινης εργασίας από την εργασία μηχανών στην καθημερινή ζωή έχουν ηλεκτρική βάση.

Γιατί η ζήτηση για ηλεκτρική ενέργεια αυξάνεται τόσο γρήγορα, ποιο είναι το πλεονέκτημά της;

Η ευρεία χρήση του οφείλεται στους ακόλουθους παράγοντες: τη δυνατότητα παραγωγής μεγάλων ποσοτήτων ηλεκτρικής ενέργειας κοντά σε κοιτάσματα και πηγές νερού.

την ικανότητα μεταφοράς σε μεγάλες αποστάσεις με σχετικά μικρές απώλειες.
τη δυνατότητα μετατροπής της ηλεκτρικής ενέργειας σε άλλους τύπους ενέργειας: μηχανική, χημική, θερμική, ελαφριά.
έλλειψη περιβαλλοντικής ρύπανσης·
τη δυνατότητα χρήσης θεμελιωδώς νέων προοδευτικών τεχνολογικών διαδικασιών με υψηλό βαθμό αυτοματοποίησης με βάση την ηλεκτρική ενέργεια.

Θέματα υπό εξέταση:

1. Ορισμός της ενέργειας.

2. Είδη ενέργειας

3. Σκοπός και χρήση της ενέργειας.

Στον κόσμο γύρω μας, η ύλη υπάρχει με τη μορφή ύλης, πεδίου και φυσικού κενού. Με τη μορφή ύλης και πεδίου, η ύλη έχει μάζα, ορμή, ενέργεια. Απαραίτητη προϋπόθεση για κάθε δράση, αλληλεπίδραση και ύπαρξη γενικότερα είναι η κατανάλωση ενέργειας, η ανταλλαγή ενέργειας. Στην ανθρώπινη κοινωνία, το επίπεδο του πολιτισμού, τόσο υλικού όσο και πνευματικού, σχετίζεται στενά με την ποσότητα της ενέργειας που καταναλώνεται. Το επίπεδο παροχής ρεύματος καθορίζει την οικονομία οποιασδήποτε χώρας. Τι είναι λοιπόν ενέργεια;

1. Η ενέργεια και τα είδη της

Ενέργεια- η καθολική βάση των φυσικών φαινομένων, η βάση του πολιτισμού και όλων των ανθρώπινων δραστηριοτήτων. Ταυτόχρονα, η ενέργεια νοείται ως ποσοτική αξιολόγηση διαφόρων μορφών κίνησης της ύλης, οι οποίες μπορούν να μεταμορφωθούν η μία σε άλλη.

Σύμφωνα με τις έννοιες της φυσικής επιστήμης, ενέργεια - είναι η ικανότητα ενός σώματος ή ενός συστήματος σωμάτων να κάνει δουλειά.

Υπάρχουν περίπου 20 επιστημονικά αποδεδειγμένοι τύποι ενέργειας στη φύση. Υπάρχουν επίσης διαφορετικές ταξινομήσεις τύπων και μορφών ενέργειας. Ένα άτομο στην καθημερινή του ζωή συναντά συχνότερα τους ακόλουθους τύπους ενέργειας: μηχανικών, ηλεκτρικών, ηλεκτρομαγνητικών, θερμικών, χημικών, ατομικών (ενδομυρηνικών), βαρυτικών και άλλων τύπων.Στην πράξη, μόνο 4 τύποι ενέργειας εφαρμόζονται άμεσα: θερμική ( 70-75%), μηχανικός (20-22%), ηλεκτρικός(3-5%), ηλεκτρομαγνητικός- φως (15%).

Πάνω από τα δύο τρίτα της συνολικής καταναλισκόμενης ενέργειας χρησιμοποιούνται με τη μορφή θερμότητας για τεχνικές ανάγκες, θέρμανση, μαγείρεμα, το υπόλοιπο - με τη μορφή μηχανικής, κυρίως σε εγκαταστάσεις μεταφοράς, και ηλεκτρικής ενέργειας. Επιπλέον, το μερίδιο της χρήσης ηλεκτρικής ενέργειας αυξάνεται συνεχώς.

Αν ενέργεια- το αποτέλεσμα μιας αλλαγής της κατάστασης κίνησης υλικών σημείων ή σωμάτων, τότε ονομάζεται κινητικός;περιλαμβάνει τη μηχανική ενέργεια της κίνησης των σωμάτων, τη θερμική ενέργεια που οφείλεται στην κίνηση των μορίων.

Εάν η ενέργεια είναι το αποτέλεσμα μιας αλλαγής στην αμοιβαία διάταξη των μερών ενός δεδομένου συστήματος ή της θέσης του σε σχέση με άλλα σώματα, τότε ονομάζεται δυνητικός;περιλαμβάνει την ενέργεια των μαζών που έλκονται από το νόμο της παγκόσμιας βαρύτητας, την ενέργεια της θέσης των ομοιογενών σωματιδίων, για παράδειγμα, την ενέργεια ενός ελαστικού παραμορφωμένου σώματος, τη χημική ενέργεια.

Η ενέργεια στις φυσικές επιστήμες, ανάλογα με τη φύση, χωρίζεται στους παρακάτω τύπους.

Μηχανική ενέργεια- εκδηλώνεται κατά την αλληλεπίδραση, κίνηση μεμονωμένων σωμάτων ή σωματιδίων. Περιλαμβάνει την ενέργεια κίνησης ή περιστροφής του σώματος, την ενέργεια παραμόρφωσης κατά την κάμψη, το τέντωμα, τη συστροφή, τη συμπίεση ελαστικών σωμάτων (ελατήρια). Αυτή η ενέργεια χρησιμοποιείται ευρέως σε διάφορα μηχανήματα - μεταφορικά και τεχνολογικά.

Θερμική ενέργεια- ενέργεια διαταραγμένης (χαοτικής) κίνησης και αλληλεπίδρασης μορίων ουσιών. Η θερμική ενέργεια, που λαμβάνεται συχνότερα από την καύση διαφόρων τύπων καυσίμων, χρησιμοποιείται ευρέως για θέρμανση, πραγματοποιώντας πολυάριθμες τεχνολογικές διεργασίες (θέρμανση, τήξη, ξήρανση, εξάτμιση, απόσταξη κ.λπ.).

Ηλεκτρική ενέργεια- την ενέργεια των ηλεκτρονίων που κινούνται κατά μήκος του ηλεκτρικού κυκλώματος (ηλεκτρικό ρεύμα). Η ηλεκτρική ενέργεια χρησιμοποιείται για τη λήψη μηχανικής ενέργειας χρησιμοποιώντας ηλεκτρικούς κινητήρες και για τη διεξαγωγή μηχανικών διεργασιών για την επεξεργασία υλικών: σύνθλιψη, λείανση, ανάμειξη. για τη διεξαγωγή ηλεκτροχημικών αντιδράσεων. απόκτηση θερμικής ενέργειας σε ηλεκτρικές συσκευές θέρμανσης και φούρνους. για άμεση επεξεργασία υλικών (κατεργασία ηλεκτρικής εκκένωσης).

Αυτός ο τύπος ενέργειας είναι ο πιο τέλειος λόγω των ακόλουθων παραγόντων:

Δυνατότητες απόκτησής του σε μεγάλες ποσότητες κοντά σε κοιτάσματα ορυκτών καυσίμων ή σε πηγές νερού.
Βολική μεταφορά σε μεγάλες αποστάσεις με σχετικά μικρές απώλειες.
Η ικανότητα μετατροπής σε άλλα είδη ενέργειας.
Έλλειψη περιβαλλοντικής ρύπανσης.
Δυνατότητες δημιουργίας θεμελιωδώς νέων τεχνολογικών διαδικασιών με υψηλό βαθμό αυτοματοποίησης και ρομποτικής παραγωγής.

Χημική ενέργεια- Αυτή είναι η ενέργεια που «αποθηκεύεται» στα άτομα των ουσιών, η οποία απελευθερώνεται ή απορροφάται κατά τις χημικές αντιδράσεις μεταξύ των ουσιών. Η χημική ενέργεια είτε απελευθερώνεται με τη μορφή θερμικής ενέργειας κατά τις εξώθερμες αντιδράσεις (για παράδειγμα, καύση καυσίμου), είτε μετατρέπεται σε ηλεκτρική ενέργεια σε γαλβανικές κυψέλες και μπαταρίες. Αυτές οι πηγές ενέργειας χαρακτηρίζονται από υψηλή απόδοση (έως 98%), αλλά χαμηλή χωρητικότητα.

Μαγνητική ενέργεια- την ενέργεια των μόνιμων μαγνητών, οι οποίοι έχουν μεγάλο απόθεμα ενέργειας, αλλά την «παρατούν» πολύ απρόθυμα. Όταν ένα ηλεκτρικό ρεύμα διέρχεται από ένα κύκλωμα, δημιουργείται ένα μαγνητικό πεδίο γύρω από τον αγωγό. Η ηλεκτρική και η μαγνητική ενέργεια είναι στενά συνδεδεμένες μεταξύ τους, καθεμία από αυτές μπορεί να θεωρηθεί ως η «αντίστροφη» πλευρά της άλλης. Δεδομένου ότι η ηλεκτρική και η μαγνητική ενέργεια συνδέονται στενά, στην πράξη χρησιμοποιείται η έννοια της ηλεκτρομαγνητικής ενέργειας.

Ηλεκτρομαγνητική ενέργειαΕίναι η ενέργεια των ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων, δηλ. κινούμενα ηλεκτρικά και μαγνητικά πεδία. Περιλαμβάνει ορατό φως, υπέρυθρο, υπεριώδες, ακτίνες Χ και ραδιοκύματα.

Οι αναφερόμενες περιοχές εκπομπής διαφέρουν ως προς το μήκος κύματος (και τη συχνότητα):

Ραδιοκύματα - περισσότερα από 10 -2 cm.
Υπέρυθρη ακτινοβολία - 2 * 10 -4 - 7, 4 * 10 -5;
Ορατό φως - 7, 4 * 10 -5 -4 * 10 -5; (420-760 nm);
Η υπεριώδης ακτινοβολία - 4 * 10 -5 -10 -6;
Ακτινοβολία ακτίνων Χ - 10 -5 -10 -12;
Η ακτινοβολία γάμμα είναι μεγαλύτερη από 10 -12 cm.

Έτσι, η ηλεκτρομαγνητική ενέργεια είναι ενέργεια ακτινοβολίας. Η ακτινοβολία μεταφέρει ενέργεια με τη μορφή ενέργειας ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων. Όταν η ακτινοβολία απορροφάται, η ενέργειά της μετατρέπεται σε άλλες μορφές, τις περισσότερες φορές θερμότητα.

Πυρηνική δύναμη- ενέργεια που εντοπίζεται στους πυρήνες των ατόμων ραδιενεργών ουσιών. Απελευθερώνεται κατά τη διάσπαση βαρέων πυρήνων (πυρηνική αντίδραση) ή τη σύντηξη ελαφρών πυρήνων (θερμοπυρηνική αντίδραση).

Υπάρχει επίσης ένα παλιό όνομα για αυτό το είδος ενέργειας - ατομική ενέργεια, αλλά αυτό το όνομα αντικατοπτρίζει ανακριβώς την ουσία των φαινομένων που οδηγούν στην απελευθέρωση κολοσσιαίων ποσοτήτων ενέργειας, πιο συχνά με τη μορφή θερμικής και μηχανικής.

Βαρυτική ενέργεια- η ενέργεια που οφείλεται στην αλληλεπίδραση (βαρύτητα) μεγάλων σωμάτων, είναι ιδιαίτερα αισθητή στο διάστημα. Σε επίγειες συνθήκες, αυτή είναι, για παράδειγμα, η ενέργεια που «αποθηκεύεται» από ένα σώμα ανυψωμένο σε ένα ορισμένο ύψος πάνω από την επιφάνεια της Γης - την ενέργεια της βαρύτητας.

Συχνά απελευθερώνονται σε ειδικούς τύπους ενέργειας βιολογική και ψυχικήενέργεια. Ωστόσο, σύμφωνα με τις σύγχρονες απόψεις της φυσικής επιστήμης, οι ψυχικές και βιολογικές διεργασίες είναι μια ειδική ομάδα φυσικοχημικών διεργασιών, αλλά πραγματοποιούνται με βάση τους τύπους ενέργειας που περιγράφονται παραπάνω.

Έτσι, ανάλογα με το επίπεδο εκδήλωσης, ενέργεια του μακρόκοσμου- βαρυτική, ενέργεια αλληλεπίδρασης σωμάτων - μηχανική, ενέργεια μοριακών αλληλεπιδράσεων - θερμική,

Στην ενέργειαδιαμορφώνεται στο επίπεδο μικρόκοσμος, περιλαμβάνουν - την ενέργεια των ατομικών αλληλεπιδράσεων - χημική? ενέργεια ακτινοβολίας - ηλεκτρομαγνητική? η ενέργεια που περιέχεται στους πυρήνες των ατόμων είναι πυρηνική.

Η σύγχρονη επιστήμη δεν αποκλείει την ύπαρξη άλλων τύπων ενέργειας, που δεν έχουν ακόμη καταγραφεί, αλλά δεν παραβιάζουν μια ενιαία φυσική-επιστημονική εικόνα του κόσμου και την έννοια της ενέργειας και το νόμο της διατήρησης της ενέργειας.

Στο Διεθνές Σύστημα Μονάδων SI ως ενεργειακές μονάδεςθετός Μονάδα ενέργειας ή έργου(J). 1 J ισοδύναμο
1 newton x μέτρο (Nm). Εάν οι υπολογισμοί σχετίζονται με τη θερμότητα, με τον υπολογισμό της ενέργειας των βιολογικών αντικειμένων και πολλών άλλων τύπων ενέργειας, τότε μια μονάδα εκτός συστήματος χρησιμοποιείται ως μονάδα ενέργειας - θερμίδα(cal) ή χιλιοθερμίδες (kcal), 1 cal = 4,18 J. Για να μετρήσετε την ηλεκτρική ενέργεια, χρησιμοποιήστε μια μονάδα όπως π.χ. Βατώρα(Wh, kWh, MWh), 1 Wh = 3,6 MJ. Για να μετρήσετε τη μηχανική ενέργεια, χρησιμοποιήστε την τιμή 1 kg m = 9,8 J.

Η ενέργεια που εξάγεται άμεσα στη φύση (ενέργεια καυσίμου, νερό, άνεμος, θερμική ενέργεια της γης, πυρηνική) και η οποία μπορεί να μετατραπεί σε ηλεκτρική, θερμική, μηχανική, χημική ονομάζεται πρωταρχικός... Σύμφωνα με την ταξινόμηση των ενεργειακών πόρων με βάση την εξάντληση, η πρωτογενής ενέργεια μπορεί επίσης να ταξινομηθεί. Στο σχ. 1 δείχνει ένα σχήμα για την ταξινόμηση της πρωτογενούς ενέργειας.

Ενέργεια της παλίρροιας

Γεωθερμική ενέργεια

Ενέργεια των θαλάσσιων κυμάτων

Βιολογικό καύσιμο

Αιολική ενέργεια

Ηλιακή ενέργεια

Μη συμβατικοί τύποι ενέργειας

Αέρια καύσιμα

Υγρά καύσιμα

Στερεά καύσιμα

Ατομική ενέργεια

Υδροηλεκτρική ενέργεια ποταμών

Ορυκτά καύσιμα

Παραδοσιακές μορφές ενέργειας

Πρωτογενής ενέργεια

Ρύζι. 1. Ταξινόμηση πρωτογενούς ενέργειας

Η ενέργεια που λαμβάνει ένα άτομο, μετά τη μετατροπή της πρωτογενούς ενέργειας σε ειδικές εγκαταστάσεις – σταθμούς, ονομάζεται δευτερεύων(ηλεκτρική ενέργεια, ενέργεια ατμού, ζεστό νερό κ.λπ.).

Λίγο περισσότερο από το ήμισυ του συνόλου της καταναλισκόμενης ενέργειας χρησιμοποιείται με τη μορφή θερμότητας για τεχνικές ανάγκες, θέρμανση, μαγείρεμα, το υπόλοιπο - με τη μορφή μηχανικής, κυρίως σε εγκαταστάσεις μεταφοράς, και ηλεκτρικής ενέργειας.

Η ηλεκτρική ενέργεια μπορεί δικαίως να θεωρηθεί η βάση του σύγχρονου πολιτισμού. Αυτό οφείλεται στα πλεονεκτήματα και την ευκολία χρήσης του. Η συντριπτική πλειονότητα των τεχνικών μέσων μηχανοποίησης και αυτοματοποίησης των διαδικασιών παραγωγής (εξοπλισμός, όργανα, υπολογιστές), η αντικατάσταση της ανθρώπινης εργασίας από την εργασία μηχανών στην καθημερινή ζωή έχουν ηλεκτρική βάση.

Ηλεκτρική ενέργεια- η πιο ευέλικτη μορφή ενέργειας. Βρήκε ευρεία εφαρμογή στην καθημερινή ζωή και σε όλους τους τομείς της εθνικής οικονομίας. Υπάρχουν πάνω από τετρακόσια ονόματα ηλεκτρικών οικιακών συσκευών: ψυγεία, πλυντήρια ρούχων, κλιματιστικά, ανεμιστήρες, τηλεοράσεις, μαγνητόφωνα, συσκευές φωτισμού κ.λπ. Η βιομηχανία δεν μπορεί να φανταστεί χωρίς ηλεκτρική ενέργεια. Στη γεωργία, η χρήση ηλεκτρικής ενέργειας επεκτείνεται συνεχώς: σίτιση και πότισμα ζώων, φροντίδα τους, θέρμανση και αερισμός, θερμοκοιτίδες, θερμαντήρες αέρα, στεγνωτήρια κ.λπ. Εξηλεκτρισμός- τη βάση της τεχνικής προόδου σε οποιονδήποτε κλάδο της εθνικής οικονομίας. Επιτρέπει την αντικατάσταση των άβολων για χρήση ενεργειακών πόρων με έναν καθολικό τύπο ενέργειας - ηλεκτρική ενέργεια που μπορεί να μεταδοθεί σε οποιαδήποτε απόσταση, να μετατραπεί σε άλλους τύπους ενέργειας, για παράδειγμα, μηχανική ή θερμική, και να κατανεμηθεί μεταξύ των καταναλωτών.

Οφέλη από την ηλεκτρική ενέργεια:

1. Η ηλεκτρική ενέργεια είναι καθολική, μπορεί να χρησιμοποιηθεί για διάφορους σκοπούς. Συγκεκριμένα, είναι πολύ εύκολο να το μετατρέψεις σε θερμότητα, φως. Αυτό γίνεται, για παράδειγμα, σε πηγές ηλεκτρικού φωτός (λαμπτήρες πυρακτώσεως), σε τεχνολογικούς φούρνους που χρησιμοποιούνται στη μεταλλουργία, σε διάφορες συσκευές θέρμανσης και θέρμανσης. Ο μετασχηματισμός της ηλεκτρικής ενέργειας σε μηχανική ενέργεια χρησιμοποιείται στους κινητήρες των ηλεκτροκινητήρων.

2. Όταν καταναλώνεται ηλεκτρική ενέργεια, μπορεί να χωριστεί άπειρα. Έτσι, η ισχύς των ηλεκτρικών μηχανών, ανάλογα με τον σκοπό τους, είναι διαφορετική: από το κλάσμα του βατ σε μικροκινητήρες που χρησιμοποιούνται σε πολλούς κλάδους της τεχνολογίας και σε προϊόντα οικιακής χρήσης, σε τεράστιες τιμές που ξεπερνούν το ένα εκατομμύριο κιλοβάτ σε γεννήτριες σταθμών παραγωγής ενέργειας.

3. Κατά τη διαδικασία παραγωγής και μεταφοράς ηλεκτρικής ενέργειας, είναι δυνατή η συγκέντρωση της ισχύος της, η αύξηση της τάσης και η μετάδοση οποιασδήποτε ποσότητας ηλεκτρικής ενέργειας από το εργοστάσιο παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας, όπου παράγεται, σε όλους τους καταναλωτές, τόσο σε σύντομο όσο και σε σύντομο χρονικό διάστημα. μεγάλες αποστάσεις.

Η ανάπτυξη της φυσικής επιστήμης σε όλη τη ζωή της ανθρωπότητας απέδειξε αδιαμφισβήτητα ότι η ενέργεια δεν δημιουργείται ποτέ από το τίποτα και δεν καταστρέφεται χωρίς ίχνος, αλλά περνάει από τον ένα τύπο στον άλλο, δηλ.

το άθροισμα όλων των τύπων ενέργειας παραμένει σταθερό. Αυτή είναι η ουσία ενός από τους πιο θεμελιώδεις νόμους του σύμπαντος - νόμος της διατήρησης της ενέργειας.

Σε κάθε συζήτηση θεμάτων που σχετίζονται με τη χρήση της ενέργειας, είναι απαραίτητο να διακρίνουμε την ενέργεια της διατεταγμένης κίνησης, γνωστή στην τέχνη ως δωρεάν ενέργεια(μηχανική, χημική, ηλεκτρική, ηλεκτρομαγνητική, πυρηνική) και χαοτική ενέργεια, δηλ. Οποιαδήποτε μορφή ελεύθερης ενέργειας μπορεί να χρησιμοποιηθεί σχεδόν πλήρως. Ταυτόχρονα, η χαοτική ενέργεια της θερμότητας, όταν μετατρέπεται σε μηχανική ενέργεια, χάνεται με τη μορφή θερμότητας. Δεν είμαστε σε θέση να ρυθμίσουμε πλήρως την τυχαία κίνηση των μορίων, μετατρέποντας την ενέργειά της σε ελεύθερη ενέργεια. Επιπλέον, επί του παρόντος δεν υπάρχει πρακτικά τρόπος άμεσης μετατροπής της χημικής και πυρηνικής ενέργειας σε ηλεκτρική και μηχανική ενέργεια, ως οι πιο χρησιμοποιούμενες. Είναι απαραίτητο να μετατραπεί η εσωτερική ενέργεια των ουσιών σε θερμική ενέργεια και στη συνέχεια σε μηχανική ή ηλεκτρική ενέργεια με μεγάλες αναπόφευκτες θερμικές απώλειες.Έτσι, όλα τα είδη ενέργειας, μετά την εκτέλεση χρήσιμων εργασιών, μετατρέπονται σε θερμότητα με χαμηλότερη θερμοκρασία, η οποία είναι πρακτικά ακατάλληλο για περαιτέρω χρήση.

Ο νόμος της διατήρησης της ενέργειας έχει επιβεβαιωθεί σε διάφορους τομείς - από τη Νευτώνεια μηχανική έως την πυρηνική φυσική. Επιπλέον, ο νόμος της διατήρησης της ενέργειας δεν είναι μόνο αποκύημα της φαντασίας ή γενίκευσης των πειραμάτων. Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο μπορούμε να συμφωνήσουμε πλήρως με τη δήλωση ενός από τους κορυφαίους θεωρητικούς φυσικούς Poincaré: «Δεδομένου ότι δεν είμαστε σε θέση να δώσουμε έναν γενικό ορισμό της ενέργειας, η αρχή της διατήρησής της σημαίνει ότι υπάρχει κάτι που παραμένει σταθερό. Επομένως, ανεξάρτητα από το ποιες νέες ιδέες για τον κόσμο θα μας οδηγήσουν τα μελλοντικά πειράματα, γνωρίζουμε εκ των προτέρων: θα υπάρχει κάτι σε αυτά που θα παραμείνει σταθερό, το οποίο μπορεί να ονομαστεί ΕΝΕΡΓΕΙΑ».

Ο εκπαιδευτικός κλάδος "Βασικές αρχές της εξοικονόμησης ενέργειας" έχει σχεδιαστεί για να εξοπλίσει τον μελλοντικό ειδικό με γνώση των γενικών νόμων και προσεγγίσεων για τον υπολογισμό των διαδικασιών που συμβαίνουν κατά τη λήψη, τη μετατροπή και τη μετάδοση ενέργειας.

3. Προβλήματα χρήσης ενέργειας από τον άνθρωπο

Από όλους τους τύπους ενεργειακών πόρων, η ενέργεια του ήλιου έχει ιδιαίτερη σημασία. Όλοι οι τύποι ενεργειακών πόρων είναι αποτέλεσμα φυσικών μετασχηματισμών της ηλιακής ενέργειας. Ο άνθρακας, το πετρέλαιο, το φυσικό αέριο, η τύρφη, ο σχιστόλιθος πετρελαίου και τα καυσόξυλα είναι τα αποθέματα της ηλιακής ενέργειας ακτινοβολίας που εξάγεται και μετασχηματίζεται από τα φυτά. Κατά τη διαδικασία της αντίδρασης φωτοσύνθεσης από ανόργανα στοιχεία του περιβάλλοντος - νερό H 2 O και διοξείδιο του άνθρακα CO 2 - υπό την επίδραση του ηλιακού φωτός, σχηματίζεται οργανική ύλη στα φυτά, το κύριο στοιχείο της οποίας είναι ο άνθρακας ΜΕ... Σε μια ορισμένη γεωλογική εποχή, για εκατομμύρια χρόνια, από νεκρά φυτά υπό την επίδραση των συνθηκών πίεσης και θερμοκρασίας, οι οποίες, με τη σειρά τους, είναι το αποτέλεσμα μιας συγκεκριμένης ποσότητας ενέργειας από τον Ήλιο που πέφτει στη Γη, και οργανικοί ενεργειακοί πόροι σχηματίζεται, η βάση του οποίου είναι ο άνθρακας που είχε συσσωρευτεί προηγουμένως στα φυτά ... Η ενέργεια του νερού λαμβάνεται επίσης από την ηλιακή ενέργεια, η οποία εξατμίζει το νερό και ανυψώνει τον ατμό στα ψηλά στρώματα της ατμόσφαιρας. Ο άνεμος εμφανίζεται λόγω των διαφορετικών θερμοκρασιών θέρμανσης από τον Ήλιο σε διάφορα μέρη του πλανήτη μας. Επιπλέον, η άμεση ακτινοβολία του Ήλιου, που πέφτει στην επιφάνεια της Γης, έχει τεράστιο ενεργειακό δυναμικό.

Έτσι, ο σχηματισμός ορυκτών καυσίμων είναι το αποτέλεσμα, αφενός, των φυσικών μετασχηματισμών της ηλιακής ενέργειας και, αφετέρου, το αποτέλεσμα θερμικών, μηχανικών και βιολογικών επιδράσεων για πολλούς αιώνες στα υπολείμματα της χλωρίδας και πανίδας που έχουν αποτεθεί σε όλα τα γεωλογικούς σχηματισμούς. Όλα αυτά τα καύσιμα βασίζονται στον άνθρακα και η ενέργεια απελευθερώνεται από αυτά κυρίως μέσω του σχηματισμού διοξειδίου του άνθρακα (CO2).

Καθ' όλη τη διάρκεια της ύπαρξής της, η ανθρωπότητα έχει χρησιμοποιήσει την ενέργεια που έχει συσσωρεύσει η φύση για δισεκατομμύρια χρόνια. Ταυτόχρονα, οι τρόποι χρήσης του βελτιώνονται συνεχώς ώστε να επιτυγχάνεται η μέγιστη απόδοση.

Έτσι, στην αρχή κιόλας της εξελικτικής του εξέλιξης, μόνο την ενέργεια των μυών του σώματός του ... Αργότερα, ο άνθρωπος έμαθε να λαμβάνει και να χρησιμοποιεί ενέργεια φωτιάς ... Ο επόμενος γύρος της εξελικτικής ανάπτυξης της ανθρώπινης κοινωνίας έφερε την ευκαιρία για χρήση ενέργεια του νερού και του ανέμου - εμφανίστηκαν τα πρώτα νερά και ανεμόμυλοι, υδάτινες ρόδες, ιστιοφόρα, χρησιμοποιώντας τη δύναμη του ανέμου για την κίνησή τους. Τον 18ο αιώνα εφευρέθηκε η ατμομηχανή, στην οποία θερμική ενέργεια , που ελήφθη ως αποτέλεσμα της καύσης άνθρακα ή ξύλου, μετατράπηκε σε ενέργεια μηχανικής κίνησης. Τον 19ο αιώνα ανακαλύφθηκε ένα βολταϊκό τόξο, ηλεκτρικός φωτισμός, εφευρέθηκε ένας ηλεκτροκινητήρας και στη συνέχεια μια ηλεκτρική γεννήτρια, που ήταν η αρχή του αιώνα. ηλεκτρική ενέργεια ... Ο ΧΧ αιώνας ήταν μια πραγματική επανάσταση στην ανάπτυξη των μεθόδων απόκτησης και χρήσης ενέργειας της ανθρωπότητας: κατασκευάζονται θερμικοί, υδραυλικοί και πυρηνικοί σταθμοί τεράστιας ισχύος, γραμμές μεταφοράς ηλεκτρικής ενέργειας υψηλής, υπερυψηλής και υπερυψηλής τάσης. υπό κατασκευή, αναπτύσσονται νέες μέθοδοι παραγωγής, μετατροπής και μεταφοράς ηλεκτρικής ενέργειας ( ελεγχόμενη θερμοπυρηνική αντίδραση, μαγνητοϋδροδυναμική γεννήτρια, υπεραγώγιμες γεννήτριες στροβίλων κ.λπ.), δημιουργούνται ισχυρά συστήματα ισχύος... Ταυτόχρονα, εμφανίστηκαν ισχυρά συστήματα παροχής πετρελαίου και φυσικού αερίου.
Έτσι, ο κόσμος γύρω μας έχει μια πραγματικά ανεξάντλητη πηγή διαφόρων ειδών ενέργειας. Ορισμένα από αυτά δεν έχουν χρησιμοποιηθεί ακόμη πλήρως και επί του παρόντος - η ενέργεια του Ήλιου, η ενέργεια της αλληλεπίδρασης μεταξύ της Γης και της Σελήνης, η ενέργεια της θερμοπυρηνικής σύντηξης, η ενέργεια της θερμότητας της Γης .

Τώρα η ενέργεια παίζει καθοριστικό ρόλο στην ανάπτυξη του ανθρώπινου πολιτισμού. Υπάρχει στενή σχέση μεταξύ της κατανάλωσης ενέργειας και της παραγωγής. Η ενέργεια έχει μεγάλη σημασία στη ζωή της ανθρωπότητας. Το επίπεδο ανάπτυξής του αντανακλά το επίπεδο ανάπτυξης των παραγωγικών δυνάμεων της κοινωνίας, τις δυνατότητες επιστημονικής και τεχνολογικής προόδου και το βιοτικό επίπεδο του πληθυσμού. Δυστυχώς, το μεγαλύτερο μέρος της ενέργειας που καταναλώνεται από τον άνθρωπο μετατρέπεται σε άχρηστη θερμότητα λόγω της χαμηλής απόδοσης χρήσης των διαθέσιμων ενεργειακών πόρων.

Η κατά προσέγγιση κατανομή της καταναλισκόμενης ενέργειας για το έτος στον κόσμο δίνεται στον πίνακα. 1.1. Η ποσότητα ενέργειας δίνεται στην ποσότητα του άνθρακα μέσα μεγατόνων(Mt), που όταν καιγόταν θα έδινε την ίδια ενέργεια.
Κάθε χρόνο χρησιμοποιούνται περίπου 400 Mt για τη διατροφή των ανθρώπων, εκ των οποίων περίπου 40 Mt μετατρέπονται σε χρήσιμη εργασία. Για τις εγχώριες ανάγκες δαπανώνται περίπου 800 Mt, για την κοινωνική παραγωγή - 1000 Mt.

Πίνακας 1.1
Ετήσια κατανάλωση ενέργειας στον κόσμο

Μορφή ενέργειας	Ποσότητα, MT	Μια πηγή
Τροφή για ανθρώπους και ζωοτροφές για έλξη ζώων	650	ηλιακό φως (παρόν)
Καυσόξυλα	150	ηλιακό φως (στο παρελθόν)
Υδροηλεκτρικοί σταθμοί	100	Κίνηση νερού
Άνθρακας, πετρέλαιο, αέριο, τύρφη	6 600	ηλιακό φως (στο παρελθόν)

Έτσι, από την ετήσια κατανάλωση των 7500 Mt, τα 2200 Mt χρησιμοποιούνται χρήσιμα, τα υπόλοιπα σπαταλούνται με τη μορφή θερμότητας. Αλλά ακόμη και με την απόδοση των 2200/7500 Mt, η ανθρωπότητα δεν μπορεί να καυχηθεί, αφού η ηλιακή ακτινοβολία που πέφτει στη Γη, η οποία είναι 10.000.000 Mt ετησίως, δεν λαμβάνεται υπόψη.

Ρύζι. 2 Κατανομή της ενέργειας από το ηλιακό φως.

Η άνιση χρήση της ενέργειας από τον πληθυσμό φαίνεται στο Σχ. 3.

Ρύζι. 3. Ανομοιόμορφη χρήση ενέργειας από τον πληθυσμό.

Η ενέργεια έπαιξε καθοριστικό ρόλο στην ανάπτυξη του πολιτισμού. Κατανάλωση ενέργειας και αποθήκευση πληροφοριών έχει περίπου την ίδια φύση αλλαγής με την πάροδο του χρόνου, υπάρχει στενή σχέση μεταξύ της κατανάλωσης ενέργειας και του όγκου των προϊόντων. Έχει διαπιστωθεί ότι ένας σύγχρονος άνθρωπος χρειάζεται περίπου την ίδια ποσότητα ενέργειας για να ικανοποιήσει τις φυσιολογικές του ανάγκες με έναν πρωτόγονο άνθρωπο. Ταυτόχρονα, η αύξηση της κατανάλωσης ενέργειας είναι εντυπωσιακά υψηλή. Αλλά είναι χάρη σε αυτόν που ένα άτομο μπορεί να αφιερώσει ένα σημαντικό μέρος της ζωής του στην αναψυχή, την εκπαίδευση, τη δημιουργική δραστηριότητα και έχει επιτύχει το σημερινό υψηλό προσδόκιμο ζωής.
Θεωρούμε ότι η ενέργεια είναι κάτι που χρειαζόμαστε, ικανό να λειτουργήσει για εμάς.

Η παροχή ενέργειας στην κοινωνία είναι απαραίτητη για: τη θέρμανση των χώρων, τη διασφάλιση της κίνησης, την απελευθέρωση των αγαθών που χρειαζόμαστε, τη διατήρηση της απόδοσης διαφόρων μηχανημάτων, μηχανισμών, συσκευών, μαγείρεμα, φωτισμό, διατήρηση ζωής κ.λπ.

Αυτά τα παραδείγματα ενεργειακών εφαρμογών μπορούν να χωριστούν σε τρεις μεγάλες ομάδες:
ένα)παροχή ηλεκτρικού ρεύματος . Είναι πιο ακριβό από άλλα είδη ενέργειας: το σιτάρι ανά Joule είναι πολύ πιο ακριβό από τον άνθρακα. Το φαγητό παρέχει θερμότητα για τη διατήρηση της θερμοκρασίας του σώματος, ενέργεια για κίνηση, για πνευματική και σωματική εργασία.
σι) ενέργεια με τη μορφή θερμότητας για τη θέρμανση των σπιτιών και το μαγείρεμα. Καθιστά δυνατή τη ζωή σε διαφορετικές κλιματικές συνθήκες και τη διαφοροποίηση της ανθρώπινης διατροφής.
v) ενέργεια για τη διασφάλιση της λειτουργίας της κοινωνικής παραγωγής. Αυτή είναι ενέργεια για την παραγωγή αγαθών και υπηρεσιών, τη φυσική κίνηση ανθρώπων και αγαθών στο διάστημα, για τη διατήρηση της λειτουργικότητας όλων των συστημάτων επικοινωνίας. Το κόστος αυτής της ενέργειας κατά κεφαλήν είναι σημαντικά υψηλότερο από το κόστος της ενέργειας για τα τρόφιμα.

Δυστυχώς, η δυναμική της ανάπτυξης του πολιτισμού είναι τέτοια που κάθε χρόνο η ανθρωπότητα χρειάζεται όλο και περισσότερη ενέργεια για την ύπαρξη και την ανάπτυξή της. Παρά την παρουσία μεγάλου αριθμού ενεργειακών πόρων και τη χρήση διαφόρων τύπων ενέργειας από την ανθρωπότητα, ο ρυθμός κατανάλωσης των ενεργειακών πόρων υπερβαίνει σημαντικά τις δυνατότητες ανανέωσής τους από τη φύση. Αυτό αφορά πρωτίστως τους μη ανανεώσιμους φυσικούς πόρους. Οι ανθρώπινες ανάγκες αυξάνονται, οι άνθρωποι γίνονται όλο και περισσότεροι, και αυτό προκαλεί τεράστιους όγκους παραγωγής ενέργειας και το ρυθμό αύξησης της κατανάλωσής της. Σήμερα, οι παραδοσιακές πηγές ενέργειας (διάφορα καύσιμα, υδάτινοι πόροι) και οι τεχνολογίες για τη χρήση τους δεν είναι πλέον σε θέση να παρέχουν το απαιτούμενο επίπεδο παροχής ενέργειας στην κοινωνία, επειδή πρόκειται για μη ανανεώσιμες πηγές. Και παρόλο που τα αποδεδειγμένα αποθέματα φυσικών καυσίμων είναι πολύ μεγάλα, το πρόβλημα της εξάντλησης των φυσικών αποθηκώνμε τους σημερινούς και προβλεπόμενους ρυθμούς ανάπτυξής τους, κινούνται σε μια πραγματική και βραχυπρόθεσμη προοπτική. Ήδη σήμερα, ορισμένα κοιτάσματα, λόγω εξάντλησης, είναι ακατάλληλα για βιομηχανική ανάπτυξη και για το πετρέλαιο και το φυσικό αέριο, για παράδειγμα, πρέπει να πάει κανείς σε δυσπρόσιτες, απομακρυσμένες περιοχές, σε ράφια ωκεανών κ.λπ. Οι σοβαροί μετεωρολόγοι αποδεικνύουν ότι εάν οι σημερινοί όγκοι και οι ρυθμοί αύξησης της κατανάλωσης ενέργειας παραμείνουν στο 3 ... 5% (και αναμφίβολα θα είναι ακόμη υψηλότεροι), τα αποθέματα οργανικών καυσίμων θα στεγνώσουν εντελώς σε 70 - 150 χρόνια.

Ένας άλλος παράγοντας που περιορίζει τη σημαντική αύξηση της παραγωγής ενέργειας από την καύση καυσίμου είναι όλος αυξανόμενη περιβαλλοντική ρύπανση από απόβλητα από την παραγωγή ενέργειας... Αυτά τα απόβλητα είναι σημαντικά σε βάρος και περιέχουν μεγάλη ποσότητα διαφόρων επιβλαβών συστατικών. Έτσι, στην παραγωγή 106 kWh ηλεκτρικής ενέργειας σε ένα σύγχρονο εργοστάσιο παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας που λειτουργεί με στερεά καύσιμα, 14.000 kg σκωρίας, 80.000 kg τέφρας, 1.000.000 kg διοξειδίου του άνθρακα, 14.000 kg διοξειδίου του θείου, 4.000 kg αζώτου διασπώνται σε οξείδια. 100.000 κιλά υδρατμών, καθώς και ενώσεις φθορίου, αρσενικού, βαναδίου και άλλων στοιχείων. Όμως η ποσότητα ηλεκτρικής ενέργειας που παράγεται ετησίως υπολογίζεται σε εκατοντάδες και χιλιάδες δισεκατομμύρια κιλοβατώρες! Από εδώ προέρχονται οι όξινες βροχές, οι δηλητηριάσεις των καλλιεργειών και των υδάτινων σωμάτων και παρόμοια φαινόμενα. Επιπλέον, η φύση δεν είναι πλέον σε θέση να επεξεργαστεί αυτή τη ρύπανση και να αυτοανακτηθεί με φυσικές φυσικοχημικές και μικροβιολογικές μεθόδους.

Στην πυρηνική ενέργεια, προκύπτουν περιβαλλοντικά προβλήματα διαφορετικού είδους. Συνδέονται με την ανάγκη αποκλεισμού της εισροής πυρηνικών καυσίμων στο περιβάλλον και αξιόπιστα διάθεση πυρηνικών αποβλήτων, που στο σημερινό επίπεδο ανάπτυξης της τεχνολογίας και της τεχνολογίας συνδέεται με μεγάλες δυσκολίες.

Δεν είναι λιγότερο επιβλαβές θερμική ρύπανση του περιβάλλοντοςπεριβάλλον που μπορεί να οδηγήσει σε υπερθέρμανση του πλανήτη του κλίματος της Γης, λιώσιμο των παγετώνων και άνοδο της στάθμης της θάλασσας. Υπό το πρίσμα των παραπάνω, γίνεται όλο και πιο επιτακτική η ευρεία πρακτική χρήση των λεγόμενων μη παραδοσιακών και ανανεώσιμων πηγών ενέργειας, οι οποίες, μεταξύ άλλων, είναι και φιλικές προς το περιβάλλον, δεν ρυπαίνουν το περιβάλλον. Τέτοιες πηγές περιλαμβάνουν την ηλιακή ενέργεια, την αιολική ενέργεια, την ενέργεια των θαλάσσιων κυμάτων και παλίρροιων, την ενέργεια από βιομάζα, τη γεωθερμική ενέργεια κ.λπ. Η φύση καθεμιάς από αυτές τις πηγές ενέργειας δεν είναι η ίδια και οι τρόποι εφαρμογής και χρήσης τους είναι διαφορετικοί. Ταυτόχρονα, έχουν κοινά χαρακτηριστικά, ιδίως μια χαμηλή πυκνότητα της παραγόμενης ροής ενέργειας, η οποία καθιστά αναγκαία τη συσσώρευση και την εφεδρεία της.

4. Ενεργειακή ασφάλεια και εξοικονόμηση ενέργειας

Οι επιστήμονες προβλέπουν ότι τα καύσιμα υδρογονανθράκων και τα πυρηνικά καύσιμα θα παραμείνουν η κύρια πηγή ενέργειας για το άμεσο μέλλον. Όμως η ανθρωπότητα πλησιάζει ήδη ένα τέτοιο όριο για την αύξηση της συνολικής δυναμικότητας των παραδοσιακών σταθμών ηλεκτροπαραγωγής, η υπέρβαση του οποίου θα συνεπάγεται αναπόφευκτα οικολογική καταστροφή... Επομένως, η σύγχρονη «μη παραδοσιακή» ενέργεια είναι το απόθεμα που δίνει ελπίδα και την ευκαιρία να ξεπεραστούν πολλά φαινομενικά άλυτα προβλήματα και να ικανοποιηθούν οι αυξανόμενες ανθρώπινες ανάγκες στο μέλλον. Με τη βελτίωση των τεχνολογιών και την κλίμακα της πρακτικής χρήσης, ορισμένοι από τους «μη παραδοσιακούς» σταθμούς ηλεκτροπαραγωγής θα γίνουν παραδοσιακοί «μεγάλοι» ενεργειακοί σταθμοί, το άλλο μέρος θα βρει τη θέση του στη «μικρή» ενέργεια για την τροφοδοσία τοπικών εγκαταστάσεων. Με τον ένα ή τον άλλο τρόπο, οι μη συμβατικές πηγές ενέργειας έχουν μεγάλο μέλλον και πρέπει να κάνουμε ό,τι καλύτερο μπορούμε για να κάνουμε αυτό το μέλλον πιο πιθανό να γίνει παρόν. Τα ζητήματα της ζωής και του θανάτου στον πλανήτη μας εξαρτώνται από αυτό, και είναι αυτό που καθορίζει την επείγουσα ανάγκη για ορθολογική κατανάλωση ενέργειας, μειώνοντας το μοναδιαίο κόστος της σε όλους τους τομείς της ανθρώπινης δραστηριότητας. Αυτή η κατεύθυνση έχει λάβει το όνομα - εξοικονόμηση ενέργειας.

Ένα από τα αποτελέσματα της εξοικονόμησης ενέργειας είναι η άμεση πολλαπλή μείωση του κόστους για την επιτάχυνση του ρυθμού συνεχών αναζητήσεων για πηγές ενέργειας και την ανάπτυξή τους. Η επιθυμία επίλυσης αυτών και άλλων προβλημάτων παρατηρήθηκε πρακτικά από την αρχή της μεγάλης κλίμακας μηχανικής ενέργειας. Εφαρμόζεται τόσο στην αναζήτηση άλλων πηγών πρωτογενούς ενέργειας (ηλεκτροχημικούς και θερμοπυρηνικούς μετατροπείς), όσο και στην ανάπτυξη νέων μεθόδων για τη μετατροπή της ενέργειας των πρωτογενών πηγών σε ηλεκτρική ενέργεια, για παράδειγμα, σε θερμοηλεκτρικές ή θερμιονικές συσκευές, σε γεννήτριες MHD .

Εξοικονόμησης ενέργειας- οργανωτικές, επιστημονικές, πρακτικές, ενημερωτικές δραστηριότητες κρατικών φορέων, νομικών και φυσικών προσώπων. Η δραστηριότητα αυτή στοχεύει στη μείωση της κατανάλωσης (απώλειας) καυσίμων και ενεργειακών πόρων κατά τη διαδικασία εξόρυξης, επεξεργασίας, μεταφοράς, αποθήκευσης, παραγωγής, χρήσης και διάθεσής τους. Η εξοικονόμηση ενέργειας είναι ένα σύνολο μέτρων για τη διασφάλιση της αποτελεσματικής και ορθολογικής χρήσης των ενεργειακών πόρων.

Επί του παρόντος, οι ακόλουθοι τομείς εξοικονόμησης ενέργειας αναγνωρίζονται ως οι πιο αποτελεσματικοί:

1. Δημιουργία ρυθμιστικού και νομικού πλαισίου για την εξοικονόμηση ενέργειας.

2. Δημιουργία των απαραίτητων οικονομικών μηχανισμών.

3. Δημιουργία οικονομικών μηχανισμών εξοικονόμησης ενέργειας.

4. Ακολούθηση τιμολογιακής πολιτικής που αντανακλά το κόστος των ενεργειακών πόρων, των βιομηχανικών προϊόντων, των υπηρεσιών και καθορίζει το βιοτικό επίπεδο του πληθυσμού.

5. Δημιουργία συστήματος διαχείρισης εξοικονόμησης ενέργειας.

6. Δημιουργία πληροφοριακού συστήματος για την προώθηση προβλημάτων εξοικονόμησης ενέργειας, εκπαίδευση, μετεκπαίδευση προσωπικού, διευθυντικών στελεχών που εργάζονται στον τομέα αυτό.

Η βάση της εξοικονόμησης ενέργειας - ορθολογική χρήση των ενεργειακών πόρωνκαι μειώνοντας τις απώλειές τους. Η πολιτική εξοικονόμησης ενέργειας εφαρμόζεται ευρέως σε όλες τις προηγμένες χώρες.

Με βάση τον ορισμό της έννοιας εξοικονόμηση ενέργειας ως σύνολο μέτρων που στοχεύουν στην αποτελεσματική χρήση της ενέργειας,υπάρχει απαίτηση περιορισμού των δυνατοτήτων χρήσης υλικών πόρων του εξωτερικού περιβάλλοντος, εάν μιλάμε για τις λεγόμενες μη ανανεώσιμες πρωτογενείς πηγές ενέργειας με τη μορφή οργανικών ορυκτών καυσίμων. Είναι απολύτως κατανοητό ότι πολλές χώρες προσπαθούν σε σύγχρονες συνθήκες να μεγιστοποιήσουν τη χρήση, αλλά με νέες αρχές, των ανανεώσιμων πηγών ενέργειας - άνεμος, ήλιος, βιομάζα κ.λπ. Η χρήση τους θα επιτρέψει σήμερα επίλυση πολλών περιβαλλοντικών προβλημάτων,που δημιουργεί τις προϋποθέσεις για δεσμεύοντας μέρος των αποθεμάτων ορυκτών καυσίμων για τους επόμενους(εάν, ταυτόχρονα, δεν θα εξαχθούν ακόμη στο εξωτερικό), μεταξύ άλλων για μη ενεργειακές ανάγκες: παραγωγή χημικών προϊόντων, φαρμάκων, κάθε είδους φαρμάκων.

Υπό ενεργειακή ασφάλειαΗ κατάσταση του κράτους γίνεται κατανοητή όταν όλοι οι καταναλωτές που τα χρειάζονται δεν αντιμετωπίζουν έλλειψη όλων των ειδών ενέργειας. Ευρύτερα -

Αυτή είναι η κατάσταση του συμπλέγματος καυσίμων και ενέργειας που διασφαλίζει επαρκή και αξιόπιστο ενεργειακό εφοδιασμό της χώρας, κάτι που είναι απαραίτητο για βιώσιμη οικονομική ανάπτυξη και άνετες συνθήκες διαβίωσης του πληθυσμού υπό κανονικές συνθήκες και ελαχιστοποίηση των ζημιών σε καταστάσεις έκτακτης ανάγκης.
- Είναι η κατάσταση της κοινωνίας να διατηρεί το απαιτούμενο επίπεδο εθνικής ασφάλειας

Το κύριο αρχές ενεργειακής ασφάλειαςείναι:

Διαθεσιμότητα ενεργειακών πόρων ή αποθεμάτωνενεργειακές πρώτες ύλες
Αποθέματα ηλεκτρικής και θερμικής ισχύος(τουλάχιστον 15% σε σύγκριση με το μέγιστο φορτίο)
Αξιοπιστία εξοπλισμού ισχύος
Έλεγχος συστήματος ισχύοςχώρα σε κράτος
Εάν ο ενεργειακός τομέας του κράτους βασίζεται στην εισαγωγή ενεργειακών πόρων - οι αγορές δεν πρέπει να γίνονται σε μία χώρα... Το μερίδιο κάθε πηγής ενεργειακού εφοδιασμού δεν πρέπει να υπερβαίνει το 50%
Πολιτική εξοικονόμησης ενέργειας του κράτους- νομική, οργανωτική, χρηματοοικονομική και οικονομική ρύθμιση των δραστηριοτήτων στον τομέα της εξοικονόμησης ενέργειας. Ένα παράδειγμα συνειδητοποίησης της σημασίας της επίλυσης του προβλήματος της εξοικονόμησης ενέργειας είναι ο νόμος της Δημοκρατίας της Λευκορωσίας "για την εξοικονόμηση ενέργειας", που εγκρίθηκε το 1998. Ο νόμος αυτός ρυθμίζει τις σχέσεις που προκύπτουν κατά τη διάρκεια των δραστηριοτήτων νομικών και φυσικών προσώπων στον τομέα της εξοικονόμησης ενέργειας με σκοπό την αύξηση της αποδοτικότητας της χρήσης καυσίμων και ενεργειακών πόρων και θεσπίζει τη νομική βάση αυτών των σχέσεων. ... Για την εφαρμογή της εξοικονόμησης ενέργειας σε κρατικό επίπεδο, προγράμματα εξοικονόμησης ενέργειας.
Ρεπουμπλικανός - για 5 χρόνια, ξεκινώντας από το 2001.
Περιφερειακό - για 1 έτος
Τομεακές επιστημονικές και τεχνικές - υπάρχουν μακροπρόθεσμες (για 5 χρόνια) και βραχυπρόθεσμες (για 1 έτος)
Η Λευκορωσία αντιμετωπίζει ένα έργο εξοικονόμηση ενέργειας και μείωση της ενεργειακής έντασης του ακαθάριστου εγχώριου προϊόντος.
Για να λυθεί αυτό το πρόβλημα είναι απαραίτητο:
- δημιουργία συστήματος κατάρτισης για ειδικούς στον τομέα της εξοικονόμησης ενέργειας, των τεχνολογιών εξοικονόμησης ενέργειας και της διαχείρισης ενέργειας·
- να διασφαλίσει την αναδιάρθρωση της σκέψης της κοινωνίας στο σύνολό της, να αλλάξει ριζικά τη στάση της στο πρόβλημα της διατήρησης της ενέργειας και των πόρων.

Διάλεξη 2

Ενεργειακοί πόροι του κόσμου

Θέματα υπό εξέταση:

1. Βασικοί ορισμοί

2. Είδη ενεργειακών πόρων και ταξινόμηση τους.

3. Η δομή και η κατάσταση της παγκόσμιας ενεργειακής οικονομίας

2.1. Ενεργειακοί πόροι και η ταξινόμηση τους

Σύμφωνα με τον νόμοΔημοκρατία της Λευκορωσίας «Σχετικά με την εξοικονόμηση ενέργειας»,που εγκρίθηκε στις 29 Ιουνίου 1998, η πηγή ενέργειας είναι οι ενεργειακοί πόροι:

Ενεργειακοί πόροι- πρόκειται για υλικά αντικείμενα στα οποία συγκεντρώνεται ενέργεια, κατάλληλα για πρακτική ανθρώπινη χρήση. Ενεργειακός πόρος είναι κάθε πηγή ενέργειας, φυσική ή τεχνητά ενεργοποιημένη. Ενεργειακοί πόροι- φορείς ενέργειας που χρησιμοποιούνται επί του παρόντος ή μπορεί να είναι χρήσιμοι στο μέλλον.

καυσίμων και ενεργειακών πόρων(FER) - ένα σύνολο όλων των φυσικών και μετατρεπόμενων τύπων καυσίμων και ενέργειας που χρησιμοποιούνται στη δημοκρατία Οι ενεργειακοί πόροι ταξινομούνται σύμφωνα με το ακόλουθο σχήμα (Εικ. 1).

Πρωτογενείς φυσικοί πόροι ενέργειας- που σχηματίζονται φυσικά ως αποτέλεσμα της γεωλογικής ανάπτυξης της Γης ή εκδηλώνονται μέσω κοσμικών συνδέσεων (ακτινοβολία από τον Ήλιο), χωρίζονται σε μη ανανεώσιμο (άνθρακας, πετρέλαιο, φυσικό αέριο, σχιστόλιθος, τύρφη) και ανανεώσιμος (ενέργεια ποταμών, ηλιακή ακτινοβολία, παλιρροιακή ενέργεια, βιοκαύσιμα).

Ανανεώσιμοςπεριλαμβάνει ανανεώσιμους πόρους από τη φύση (γη, φυτά, ζώα κ.λπ.), σε μη ανανεώσιμες- πόροι που είχαν προηγουμένως συσσωρευτεί στη φύση, αλλά πρακτικά δεν σχηματίστηκαν υπό νέες γεωλογικές συνθήκες (πετρέλαιο, άνθρακας και άλλα αποθέματα υπεδάφους) .

Δευτερογενείς ενεργειακοί πόροι(VER)- ενέργεια που λαμβάνεται κατά τη διάρκεια οποιασδήποτε τεχνολογικής διαδικασίας ως αποτέλεσμα της υποχρησιμοποίησης της πρωτογενούς ενέργειας με τη μορφή υποπροϊόντος της κύριας παραγωγής και δεν χρησιμοποιείται σε αυτήν την ενεργειακή διαδικασία. Αυτός ο τύπος πόρων περιλαμβάνει: οικιακά και βιομηχανικά απόβλητα, θερμά απόβλητα μεταφορείς θερμότητας, απόβλητα εύφλεκτων οργανικών ουσιών, γεωργικά απόβλητα.

Ε&Α 1. Η δομή των ενεργειακών πόρων.

Μία από τις ταξινομήσεις των φυσικών πόρων είναι η ταξινόμηση με βάση την εξάντληση, σύμφωνα με την οποία οι ενεργειακοί πόροι χωρίζονται σε εξαντλητόςκαιανεξάντλητος (εικ. 3)... Με τη σειρά του, το εξαντλητικό μπορεί να χωριστεί σε ανανεώσιμοςκαιμη ανανεώσιμο.

ΠΡΟΣ ΤΟ ανεξάντλητοςπεριλαμβάνουν διαστημικούς, κλιματικούς, υδάτινους πόρους.

Εικ. 2. Ανεξάντλητοι και ανεξάντλητοι ενεργειακοί πόροι.

Όλες οι ανεξάντλητες πηγές ενέργειας θεωρούνται ανανεώσιμες.

Στην πραγματικότητα, δεν υπάρχουν ανεξάντλητοι ενεργειακοί πόροι στο σύμπαν. Αργά ή γρήγορα θα εξαντληθούν. Έτσι, για παράδειγμα, σε 4,5 δισεκατομμύρια χρόνια το αστέρι μας, ο Ήλιος, θα εισέλθει στο επόμενο στάδιο της εξέλιξής του και θα μετατραπεί σε λευκό νάνο. Αυτή η μετάβαση ονομάζεται έκρηξη σουπερνόβα. Ταυτόχρονα, ένα τεράστιο ρεύμα ενέργειας θα εκπέμπεται στο διάστημα, το οποίο θα φτάσει στον πλανήτη μας, θα καταστρέψει (κάψει) την ατμόσφαιρα της Γης, θα εξατμίσει τους ωκεανούς και η Γη θα μετατραπεί σε ένα άψυχο διαστημικό σώμα.

Ωστόσο, σε σύγκριση με την ανθρώπινη ζωή και τον χρόνο ύπαρξης του ανθρώπινου πολιτισμού, τέτοιες πηγές θεωρούνται ανεξάντλητες. Έτσι, οι ανανεώσιμες πηγές ενέργειας ονομάζονται πηγές, οι ενεργειακές ροές των οποίων υπάρχουν συνεχώς ή προκύπτουν περιοδικά στο περιβάλλον και δεν αποτελούν συνέπεια της σκόπιμης ανθρώπινης δραστηριότητας.

Οι ανανεώσιμες πηγές ενέργειας περιλαμβάνουνενέργεια:

Ο Παγκόσμιος Ωκεανός με τη μορφή της ενέργειας της άμπωτης και της ροής, η ενέργεια των κυμάτων.

- άνεμος;

Θαλάσσια ρεύματα;

Αλατισμένος;

Φύκι;

Παράγεται από βιομάζα.

Υδρορροές?

Στερεά οικιακά απορρίμματα;

Γεωθερμικές πηγές.

Το μειονέκτημα των ανανεώσιμων πηγών ενέργειας είναιχαμηλό βαθμό συγκέντρωσής του. Αυτό όμως αντισταθμίζεται σε μεγάλο βαθμό από την ευρεία κατανομή τους, τη σχετικά υψηλή οικολογική καθαριότητα και την πρακτική τους ανεξάντλητη. Είναι πιο λογικό να χρησιμοποιείτε τέτοιες πηγές απευθείας κοντά στον καταναλωτή χωρίς να μεταφέρετε ενέργεια σε απόσταση. Η ενέργεια, δουλεύοντας σε αυτές τις πηγές, χρησιμοποιεί τις ενεργειακές ροές που υπάρχουν ήδη στον περιβάλλοντα χώρο, αναδιανέμει, αλλά δεν παραβιάζει τη συνολική τους ισορροπία.

Περίπου το 90% των ενεργειακών πόρων που χρησιμοποιούνται σήμερα είναι μη ανανεώσιμο(άνθρακας, πετρέλαιο, φυσικό αέριο κ.λπ.). Αυτό οφείλεται στο υψηλό ενεργειακό τους δυναμικό, στη σχετική διαθεσιμότητα της εξόρυξής τους. Οι ρυθμοί εξόρυξης και κατανάλωσης αυτών των πόρων καθορίζουν την ενεργειακή πολιτική. Οι πιο συχνά χρησιμοποιούμενοι ενεργειακοί πόροι σήμερα ονομάζονται παραδοσιακός,νέοι τύποι ενεργειακών πόρων, η χρήση των οποίων ξεκίνησε σχετικά πρόσφατα - εναλλακτική (ενεργειακοί πόροι ποταμών, ταμιευτήρες και βιομηχανικές αποχετεύσεις, αιολική ενέργεια, ηλιακή ενέργεια, μειωμένο φυσικό αέριο, βιομάζα (συμπεριλαμβανομένων των απορριμμάτων ξύλου), λύματα και αστικά στερεά απόβλητα) .

Στη σύγχρονη διαχείριση της φύσης, οι ενεργειακοί πόροι ταξινομούνται σε τρεις ομάδες

– συμμετέχοντας σε έναν σταθερό κύκλο εργασιών και ροή ενέργειας(ηλιακή, κοσμική ενέργεια κ.λπ.),

- κατατεθειμένων ενεργειακών πόρων(πετρέλαιο, φυσικό αέριο, τύρφη, σχιστόλιθος κ.λπ.) και

- τεχνητά ενεργοποιημένες πηγές ενέργειας(ατομική και θερμοπυρηνική ενέργεια).

Από οικονομικής άποψης υπάρχουν ακαθάριστο, τεχνικό και οικονομικόενεργειακούς πόρους.

Ακαθάριστος πόροςαντιπροσωπεύει τη συνολική ενέργεια που περιέχεται σε μια δεδομένη πηγή ενέργειας βίντεο.

Τεχνικός πόρος – Αυτή είναι η ενέργεια που μπορεί να ληφθεί από αυτόν τον τύπο ενεργειακού πόρου με την υπάρχουσα ανάπτυξη της επιστήμης και της τεχνολογίας. Κυμαίνεται από ένα κλάσμα του ποσοστού έως το δέκα τοις εκατό του ακαθάριστου, αλλά αυξάνεται συνεχώς καθώς βελτιώνεται ο εξοπλισμός ισχύος και οι νέες τεχνολογίες κατακτώνται.

Οικονομικός πόρος – ενέργειας, η λήψη της οποίας από αυτόν τον τύπο πόρων είναι οικονομικά κερδοφόρα με την υπάρχουσα αναλογία τιμών για εξοπλισμό, υλικά και εργασία. Αποτελεί ένα ορισμένο μερίδιο του τεχνικού και επίσης αυξάνεται με την ανάπτυξη του ενεργειακού τομέα.

Είναι σύνηθες να χαρακτηρίζονται οι ενεργειακοί πόροι με τον αριθμό των ετών κατά τα οποία αυτός ο πόρος θα είναι επαρκής για την παραγωγή ενέργειας σε σύγχρονο ποιοτικό επίπεδο. Από την έκθεση της Επιτροπής του Παγκόσμιου Συμβουλίου Ενέργειας (1994), δεδομένου του σημερινού επιπέδου κατανάλωσης, τα αποθέματα άνθρακα θα διαρκέσουν για 250 χρόνια, το φυσικό αέριο - για 60 χρόνια, το πετρέλαιο - για 40 χρόνια. Την ίδια στιγμή, σύμφωνα με το Διεθνές Ινστιτούτο Ανάλυσης Εφαρμοσμένων Συστημάτων, η παγκόσμια ζήτηση ενέργειας θα αυξηθεί από 9,2 δισεκατομμύρια τόνους σε πετρέλαιο (τέλη δεκαετίας του 1990) σε 14,2-24,8 δισεκατομμύρια τόνους το 2050.

Δείκτης ενεργειακής απόδοσης- επιστημονικά τεκμηριωμένη απόλυτη ή συγκεκριμένη ποσότητα κατανάλωσης καυσίμων και ενεργειακών πόρων (λαμβάνοντας υπόψη τις ρυθμιστικές απώλειές τους) για οποιονδήποτε σκοπό, που καθορίζεται από κανονιστικά έγγραφα.

Αποδοτικότηταη χρήση των ενεργειακών πόρων καθορίζεται από το βαθμό μετατροπής του ενεργειακού τους δυναμικού στα τελικά χρησιμοποιούμενα προϊόντα ή τελικούς τύπους ενέργειας που καταναλώνονται και χαρακτηρίζεται από συντελεστής χρήσης ενέργειας:

όπου η ρε – παράγοντα ανάκτησηςδυναμική παροχή ενέργειας (ο λόγος της εξαγόμενης προς τη συνολική ποσότητα του πόρου),

η NS – συντελεστής μετατροπής(ο λόγος της λαμβανόμενης χρήσιμης ενέργειας προς όλους τους παρεχόμενους ενεργειακούς πόρους), η και – συντελεστής χρήσης ενέργειας(ο λόγος της χρησιμοποιούμενης ενέργειας προς την ενέργεια που παρέχεται στον καταναλωτή).

Για ορισμένους τύπους ορυκτών καυσίμων η ρεείναι:

για το πετρέλαιο  30,… 40%, για το αέριο  80%, για τον άνθρακα  40%. Κατά την καύση καυσίμου η NSισούται με 9498%.

Η έννοια της ενεργειακής απόδοσης συνδέεται με την έννοια της αποδοτικής και ορθολογικής χρήσης των ενεργειακών πόρων.

Ενεργειακό ισοζύγιοΕίναι ένα σύστημα δεικτών που αντικατοπτρίζει την ποσοτική αντιστοιχία μεταξύ του εισοδήματος και της κατανάλωσης ενεργειακών πόρων, της κατανομής ανά τύπο και των καταναλωτών (βλ. Εικ. 3).

Ρύζι. 3. Η δομή του ενεργειακού ισοζυγίου.

Ορθολογική χρήση των πόρων -είναι ένα σύστημα δραστηριοτήτων σχεδιασμένο να παρέχει οικονομική χρήση και αναπαραγωγή πόρωνλαμβάνοντας υπόψη τα πολλά υποσχόμενα συμφέροντα της αναπτυσσόμενης εθνικής οικονομίας και τη διατήρηση της υγείας των ανθρώπων.

Αποτελεσματική χρήση των πόρων -η χρήση όλων των ειδών ενέργειας με οικονομικά δικαιολογημένους, προοδευτικούς τρόπους με το υπάρχον επίπεδο ανάπτυξης τεχνολογίας και τεχνολογίας (συνεπάγεται δευτερογενής χρήση πόρων, μείωση κατανάλωσης, εξοικονόμηση ενέργειας, μη υπέρβαση του οικολογικού ορίου βιωσιμότητας του οικοσυστήματος).

Χρήστες καυσίμων και ενεργειακών πόρων- επιχειρηματικές οντότητες, ανεξάρτητα από τη μορφή ιδιοκτησίας τους, εγγεγραμμένες στο έδαφος της Δημοκρατίας της Λευκορωσίας ως νομικά πρόσωπα ή επιχειρηματίες χωρίς να αποτελούν νομική οντότητα, καθώς και άλλα πρόσωπα που, σύμφωνα με τη νομοθεσία της Δημοκρατίας της Λευκορωσίας, έχουν το δικαίωμα σύναψης επιχειρηματικών συμβάσεων και οι πολίτες που χρησιμοποιούν καύσιμα και ενεργειακούς πόρους.

Παραγωγοί καυσίμων και ενεργειακών πόρων- επιχειρηματικές οντότητες, ανεξάρτητα από τη μορφή ιδιοκτησίας, εγγεγραμμένες στο έδαφος της Δημοκρατίας της Λευκορωσίας ως νομικά πρόσωπα, για τις οποίες κάθε είδος καυσίμου και ενεργειακών πόρων που χρησιμοποιούνται στη δημοκρατία είναι εμπόρευμα.

Κάτω από το ενεργειακό ή ενεργειακό σύστημα, θα πρέπει να κατανοήσει κανείς το σύνολο των μεγάλων φυσικών (φυσικών) και τεχνητών (ανθρωπογενών) συστημάτων που έχουν σχεδιαστεί για την απόκτηση, μετατροπή, διανομή και χρήση ενεργειακών πόρων κάθε είδους στην εθνική οικονομία.

Ενέργειαθεωρείται ως ένα μεγάλο σύστημα που περιλαμβάνει τμήματα άλλων μεγάλων συστημάτων ως υποσυστήματα.
Η δεύτερη ερμηνεία του συστήματος εξουσίας, που υιοθετήθηκε μεταξύ των μηχανικών ενέργειας, έχει ως εξής: ενεργειακό σύστημα- είναι ένα σύνολο διασυνδεδεμένων σταθμών ηλεκτροπαραγωγής, υποσταθμών, ηλεκτροφόρων γραμμών, δικτύων ηλεκτρικής και θέρμανσης, κέντρων κατανάλωσης ηλεκτρικής ενέργειας και θερμότητας.
Τα ακόλουθα μεγάλα συστήματα λειτουργούν ως μέρος του ενεργειακού συστήματος, το οποίο καλύπτει τις ανάγκες ολόκληρης της οικονομίας σε ηλεκτρική και θερμική ενέργεια:

σύστημα ηλεκτρικής ενέργειας (βιομηχανία ηλεκτρικής ενέργειας), το οποίο περιλαμβάνει ένα σύστημα παροχής θερμότητας (μηχανική θερμικής ενέργειας) ως υποσύστημα·

σύστημα παροχής πετρελαίου και φυσικού αερίου·

σύστημα βιομηχανίας άνθρακα·

πυρηνική ενέργεια;

αντισυμβατική ενέργεια.

Παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειαςπαροχή σταθμών παραγωγής ενέργειας· μεταμόρφωση- μετασχηματιστές, μεταφορές.

διανομή ηλεκτρικής ενέργειας- ηλεκτρικά καλώδια; κατανάλωση- διάφορους δέκτες.

2.2 Τύποι καυσίμων, χαρακτηριστικά και αποθέματα

Σύμφωνα με τον ορισμό του DI Mendeleev, «το καύσιμο είναι μια εύφλεκτη ουσία που καίγεται σκόπιμα για να ληφθεί θερμότητα». Τα ορυκτά καύσιμα είναι η κύρια πηγή ενέργειας στη σύγχρονη οικονομία και η σημαντικότερη βιομηχανική πρώτη ύλη. Η επεξεργασία ορυκτών καυσίμων είναι η βάση για τη δημιουργία βιομηχανικών επιχειρήσεων, συμπεριλαμβανομένων πετροχημικών, χημικών αερίων, μπρικέτες τύρφης κ.λπ.

Τα καύσιμα ταξινομούνται στις ακόλουθες τέσσερις ομάδες:

Στερεός;

Αεριώδης;

Πυρηνικός.

Ο αρχαιότερος τύπος στερεού καυσίμου ήταν (και σε πολλά μέρη εξακολουθεί να είναι) το ξύλο και άλλα φυτά: άχυρο, καλάμια, μίσχοι καλαμποκιού κ.λπ.

Η πρώτη βιομηχανική επανάσταση, η οποία τον 19ο αιώνα μεταμόρφωσε πλήρως τις αγροτικές χώρες της Ευρώπης και στη συνέχεια της Αμερικής, συνέβη ως αποτέλεσμα της μετάβασης από το καύσιμο ξύλου στον ορυκτό άνθρακα. Μετά ήρθε η εποχή του ηλεκτρισμού.

Η ανακάλυψη της ηλεκτρικής ενέργειας είχε τεράστιο αντίκτυπο στη ζωή της ανθρωπότητας και οδήγησε στη γέννηση και ανάπτυξη των μεγαλύτερων πόλεων στον κόσμο.

Η χρήση πετρελαίου (υγρού καυσίμου) και φυσικού αερίου σε συνδυασμό με την ανάπτυξη της βιομηχανίας ηλεκτρικής ενέργειας και στη συνέχεια η ανάπτυξη της πυρηνικής ενέργειας, επέτρεψαν στις βιομηχανικές χώρες να πραγματοποιήσουν μεγαλειώδεις μετασχηματισμούς, αποτέλεσμα των οποίων ήταν η διαμόρφωση του σύγχρονου εμφάνιση της Γης.

Έτσι, να στερεό καύσιμοπεριλαμβάνω:

Ξύλο, άλλα φυτικά προϊόντα.

Άνθρακας (με τις ποικιλίες του: πέτρα, καφέ).

Τύρφη;

- σχιστόλιθος πετρελαίου.

Τα ορυκτά στερεά καύσιμα (εξαιρουμένου του σχιστόλιθου) είναι τα προϊόντα αποσύνθεσης της οργανικής ύλης στα φυτά. Ο μικρότερος από αυτούς τύρφη, η οποία είναι μια πυκνή μάζα που σχηματίζεται από τα σάπια υπολείμματα των ελών φυτών. Οι επόμενοι παλαιότεροι είναι καφέ κάρβουνα- μια γήινη ή μαύρη ομοιογενής μάζα, η οποία, όταν αποθηκεύεται για μεγάλο χρονικό διάστημα στον αέρα, οξειδώνεται εν μέρει (διαβρώνεται) και θρυμματίζεται σε σκόνη. Τοτε ΠΗΓΑΙΝΕ κάρβουνο, έχοντας κατά κανόνα αυξημένη αντοχή και χαμηλότερο πορώδες. Η οργανική μάζα από τα παλαιότερα από αυτά - ανθρακίτηςέχει υποστεί τις μεγαλύτερες αλλαγές και είναι 93% άνθρακας. Ο ανθρακίτης είναι πολύ σκληρός.

Σχιστόλιθος πετρελαίουείναι ένα ορυκτό από την ομάδα των σκληρών καυστοβιόλιθων, που κατά την ξηρή απόσταξη δίνει σημαντική ποσότητα ρητίνης, η οποία είναι κοντά σε σύσταση με το λάδι.

Υγρά καύσιμαπου λαμβάνεται με διύλιση λαδιού. Το αργό πετρέλαιο θερμαίνεται στους 300 ... 370 ° C, μετά από το οποίο οι προκύπτοντες ατμοί διασπείρονται σε κλάσματα που συμπυκνώνονται σε διαφορετικές θερμοκρασίες:

Υγροποιημένο αέριο (απόδοση περίπου 1%).

Βενζίνη (περίπου 15%, tк = 30 ... 180 ° С);

Κηροζίνη (περίπου 17%, tк = 120 ... 135 ° С);

Ντίζελ (περίπου 18%, tк = 180 ... 350 ° С).

Το υγρό υπόλειμμα με αρχικό σημείο βρασμού 330 - 350 ° C ονομάζεται μαζούτ.

Αέρια καύσιμαείναι φυσικό αέριο,παράγονται τόσο άμεσα όσο και παρεμπιπτόντως με την παραγωγή πετρελαίου, που ονομάζεται συνδεδεμένη. Το κύριο συστατικό του φυσικού αερίου είναι μεθάνιο СН4 και μικρή ποσότητα αζώτου N2, υψηλότεροι υδρογονάνθρακες СnНm, διοξείδιο του άνθρακα СО2.Το σχετικό αέριο περιέχει λιγότερο μεθάνιο από το φυσικό αέριο, αλλά περισσότερους υψηλότερους υδρογονάνθρακες, και επομένως απελευθερώνει περισσότερη θερμότητα κατά την καύση.

Στη βιομηχανία και, ιδιαίτερα στην καθημερινή ζωή, είναι ευρέως διαδεδομένο υγροποιημένο αέριοπροέρχεται από πρωτογενή διύλιση πετρελαίου. Στα μεταλλουργικά εργοστάσια, ως υποπροϊόντα που λαμβάνουν αέρια φούρνου οπτάνθρακα και υψικαμίνου... Χρησιμοποιούνται εδώ σε εργοστάσια για θέρμανση κλιβάνων και τεχνολογικών συσκευών. Σε περιοχές όπου βρίσκονται ανθρακωρυχεία, ένα είδος «καυσίμου» μπορεί να είναι μεθάνιοαπελευθερώνονται από τα στρώματα κατά τον αερισμό τους. Τα αέρια που λαμβάνονται με αεριοποίηση (γεννήτρια) ή με ξηρή απόσταξη (θέρμανση χωρίς πρόσβαση αέρα) στερεών καυσίμων έχουν πρακτικά αντικατασταθεί από φυσικό αέριο στις περισσότερες χώρες, αλλά τώρα υπάρχει ανανεωμένο ενδιαφέρον για την παραγωγή και χρήση τους.

Πρόσφατα, όλο και περισσότερες εφαρμογές βρίσκονται βιοαέριο- προϊόν αναερόβιας ζύμωσης (ζύμωσης) οργανικών αποβλήτων (κοπριά, φυτικά υπολείμματα, σκουπίδια, λύματα κ.λπ.).

Πυρηνικό καύσιμοείναι ένα Ουρανός.Η αποτελεσματικότητα της χρήσης του φαίνεται από το έργο του πρώτου παγκοσμίου πυρηνικού παγοθραυστικού «Λένιν» με εκτόπισμα 19 χιλιάδων τόνων, μήκος 134 μέτρα, πλάτος 23,6 μέτρα, ύψος 16,1 μέτρα, βύθισμα 10,5 m, με ταχύτητα 18 κόμβων (περίπου 30 km/h). Δημιουργήθηκε για τη συνοδεία καραβανιών πλοίων κατά μήκος της Βόρειας Θαλάσσιας Διαδρομής, το πάχος του πάγου κατά μήκος του οποίου έφτανε τα 2 μέτρα ή περισσότερο. Κατανάλωνε 260-310 γραμμάρια ουρανίου την ημέρα. Ένα παγοθραυστικό ντίζελ θα χρειαζόταν 560 τόνους καυσίμου ντίζελ για να εκτελέσει τον ίδιο όγκο εργασίας με το παγοθραυστικό Λένιν.

Η ανάλυση της αξιολόγησης της προσφοράς καυσίμων και ενεργειακών πόρων δείχνει ότι το πιο σπάνιο είδος καυσίμου είναι το πετρέλαιο. Σύμφωνα με διάφορες πηγές, θα είναι αρκετό για 250 χρόνια. Στη συνέχεια, μετά από 35-64 χρόνια, τα αποθέματα καύσιμου αερίου και ουρανίου θα εξαντληθούν. Η κατάσταση είναι καλύτερη με τον άνθρακα, τα αποθέματα του οποίου είναι αρκετά μεγάλα στον κόσμο και η προσφορά άνθρακα θα είναι 218-330 χρόνια.

2.2 Συμβατικό καύσιμο, θερμογόνος δύναμη, ενεργειακό δυναμικό.

Οι οικονομικοί υπολογισμοί, η σύγκριση των δεικτών των συσκευών κατανάλωσης καυσίμου μεταξύ τους και ο σχεδιασμός πρέπει να πραγματοποιούνται σε ενιαία βάση. Ως εκ τούτου, εισήχθη η έννοια του λεγόμενου ισοδύναμου καυσίμου.

Τα συμβατικά καύσιμα είναι μια λογιστική μονάδα ορυκτών καυσίμων που χρησιμοποιείται για τη σύγκριση της απόδοσης διαφορετικών καυσίμων και της συνολικής λογιστικής. Η χρήση ισοδύναμου καυσίμου είναι ιδιαίτερα βολική για τη σύγκριση της απόδοσης διαφόρων σταθμών θερμότητας και ηλεκτροπαραγωγής.

Ως μονάδα ισοδύναμου καυσίμου, χρησιμοποιείται 1 kg καυσίμου με θερμογόνο δύναμη 7000 kcal / kg (29,3 MJ / kg), που αντιστοιχεί σε καλό ξηρό άνθρακα χαμηλής τέφρας. Για σύγκριση, ας επισημάνουμε ότι οι καφέ άνθρακας έχουν θερμογόνο δύναμη μικρότερη από 24 MJ / kg και οι ανθρακίτες και οι ασφαλτούχοι άνθρακα - 23-27 MJ / kg. Η αναλογία μεταξύ συμβατικού καυσίμου και φυσικού καυσίμου εκφράζεται με τον τύπο

W = (Qnr / 7000) Int = E Ext,

όπου W είναι η μάζα της ισοδύναμης ποσότητας ισοδύναμου καυσίμου, kg.

VN - μάζα φυσικού καυσίμου, kg (στερεό και υγρό καύσιμο) ή m3 -αέριο.

Qнр - η χαμηλότερη θερμογόνος δύναμη του δεδομένου φυσικού καυσίμου, kcal / kg ή kcal / m3.

Αναλογία E = Qнр / 7000

που ονομάζεται θερμιδικός συντελεστής, και είναι αποδεκτό για:

Λάδι - 1,43;

Φυσικό αέριο - 1,15;

Τύρφη - 0,34-0,41 (ανάλογα με την υγρασία).

Μπρικέτες τύρφης - 0,45 -0,6 (ανάλογα με την υγρασία).

Καύσιμο ντίζελ - 1,45;

Μαζούτ - 1,37.

Θερμογόνος δύναμη διαφόρων καυσίμων, kcal / kg, είναι περίπου:

λάδι - 10.000 (kcal / kg).

φυσικό αέριο - 8.000 (kcal / m3).

σκληρός άνθρακας - 7000 (kcal / kg).

καυσόξυλα με περιεκτικότητα σε υγρασία 10% - 3900 (kcal / kg).

40% - 2400 (kcal / kg);

περιεκτικότητα σε υγρασία τύρφης 10% - 4100 (kcal / kg).

40% - 2500 (kcal / kg);

Η παράμετρος που καθορίζει τη δυνατότητα χρήσης μιας πηγής ενέργειας είναι Ενεργειακό δυναμικό... Εκφράζεται σε μονάδες ενέργειας J ή kWh. Το ενεργειακό δυναμικό των ενεργειακών πόρων της Γης, μετρημένο σε exajoules, (eJ = 10 18 J), υπολογίζεται από τις ακόλουθες τιμές:

πυρηνική ενέργεια σχάσης 1,9710 6
γεωθερμική ενέργεια 2,94 10 6
ενέργεια του Ήλιου στο επίπεδο της Γης, για 1 έτος 2,41 10 6
χημική ενέργεια χημικού καυσίμου 5,21 10 5
θερμοπυρηνική ενέργεια 3,60 10 5
ενέργεια παλίρροιας, για 1 έτος 2,52 10 5
αιολική ενέργεια, για 1 έτος 6.12 · 10 3
βιοενέργεια δασών, για 1 έτος 1.4610 3
ενέργεια ποταμών, για 1 έτος 1,19 10 2

2.3 Ενεργειακοί πόροι του κόσμου

Η δομή της παγκόσμιας ενεργειακής οικονομίας σήμερα έχει αναπτυχθεί με τέτοιο τρόπο ώστε το 80% της ηλεκτρικής ενέργειας που καταναλώνεται προέρχεται από την καύση καυσίμου σε σταθμούς ηλεκτροπαραγωγής, όπου η χημική ενέργεια του καυσίμου μετατρέπεται πρώτα σε θερμότητα, θερμότητα σε εργασία και εργασία σε ηλεκτρική ενέργεια. Σημαντικό ποσοστό παρέχεται και από την υδροηλεκτρική ενέργεια (περίπου 15%), το υπόλοιπο καλύπτεται από άλλες πηγές, κυρίως από πυρηνικούς σταθμούς. Οι ανθρώπινες ανάγκες αυξάνονται, οι άνθρωποι γίνονται όλο και περισσότεροι, και αυτό προκαλεί τεράστιους όγκους παραγωγής ενέργειας και το ρυθμό αύξησης της κατανάλωσής της. Σήμερα, οι παραδοσιακές πηγές ενέργειας (διάφορα καύσιμα, υδάτινοι πόροι) και οι τεχνολογίες χρήσης τους δεν είναι πλέον σε θέση να παρέχουν το απαιτούμενο επίπεδο τροφοδοσίας στην κοινωνία, επειδή πρόκειται για μη ανανεώσιμες πηγές και ο αριθμός τους μειώνεται ραγδαία. Και παρόλο που τα αποδεδειγμένα αποθέματα φυσικών καυσίμων είναι πολύ μεγάλα, το πρόβλημα της εξάντλησης των φυσικών αποθεμάτων με τους σημερινούς και προβλεπόμενους ρυθμούς ανάπτυξής τους μετατρέπεται σε πραγματική και βραχυπρόθεσμη προοπτική. Ήδη σήμερα, ορισμένα κοιτάσματα, λόγω εξάντλησης, είναι ακατάλληλα για βιομηχανική ανάπτυξη και για το πετρέλαιο και το φυσικό αέριο, για παράδειγμα, πρέπει να πάει κανείς σε δυσπρόσιτες, απομακρυσμένες περιοχές, σε ράφια ωκεανών κ.λπ. Οι σοβαροί μετεωρολόγοι αποδεικνύουν ότι εάν οι σημερινοί όγκοι και οι ρυθμοί αύξησης της κατανάλωσης ενέργειας παραμείνουν στο 3 ... 5% (και αναμφίβολα θα είναι ακόμη υψηλότεροι), τα αποθέματα οργανικών καυσίμων θα στεγνώσουν εντελώς σε 70 - 150 χρόνια.

Τα περιορισμένα αποθέματα μη ανανεώσιμων πόρων που χρησιμοποιούνται για την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας, ακόμη και αν ληφθούν υπόψη οι εξοικονομήσεις, αντικατοπτρίζονται στον Πίνακα 2.1. Η ανάπτυξη σύγχρονων τεχνολογιών απαιτεί αύξηση του επιπέδου χρήσης ηλεκτρικής ενέργειας. Επιπλέον, είναι απαραίτητο να ληφθεί υπόψη ότι ο ρυθμός αύξησης του πληθυσμού καθιστά δυνατή την πρόβλεψη ότι σε 40 χρόνια από τώρα 12 δισεκατομμύρια άνθρωποι θα ζουν στη Γη, γι' αυτό και τα προβλήματα εξοικονόμησης ενέργειας είναι τόσο δύσκολα.

Πίνακας 2.1. Ενεργειακοί πόροι του κόσμου

Η βιομηχανία ηλεκτρικής ενέργειας είναι ο σημαντικότερος κλάδος της οικονομίας κάθε χώρας, αφού τα προϊόντα της (ηλεκτρική ενέργεια) είναι ένα παγκόσμιο είδος ενέργειας. Μπορεί να μεταδοθεί εύκολα σε σημαντικές αποστάσεις, χωρισμένος σε μεγάλο αριθμό καταναλωτών. Χωρίς ηλεκτρική ενέργεια είναι αδύνατο να πραγματοποιηθούν πολλές τεχνολογικές διαδικασίες, όπως είναι αδύνατο να φανταστούμε την καθημερινότητά μας χωρίς θέρμανση, φωτισμό, ψύξη, μεταφορά, τηλεόραση, ψυγείο, πλυντήριο ρούχων, ηλεκτρική σκούπα, σίδερο, χρήση σύγχρονων μέσων επικοινωνίας (τηλέφωνο, τηλέγραφο, φαξ, υπολογιστής), που καταναλώνουν και ρεύμα.

Στις περισσότερες ανεπτυγμένες ξένες χώρες, το ηλεκτρικό συστατικό ολόκληρου του συγκροτήματος καυσίμων και ενέργειας φτάνει το 35-40%, και στις αρχές του 21ου αιώνα ξεπέρασε το 50%. Η ηλεκτρική ενέργεια εισάγεται σχεδόν σε όλους τους νέους τομείς της βιομηχανίας, της γεωργίας και της καθημερινής ζωής.

Οι ΗΠΑ παράγουν περίπου 2,5 τρισ. kWh ηλεκτρικής ενέργειας, στην ΚΑΚ - περίπου 1,75 τρισ. kWh. Η συνολική ισχύς του σταθμού ηλεκτροπαραγωγής στις ΗΠΑ είναι 660 εκατομμύρια kWh, στην ΚΑΚ - περίπου 350 εκατομμύρια kWh, με το 30% αυτών να βρίσκεται στις ΗΠΑ σε θερμή αναμονή. Στην ΚΑΚ δεν υπάρχει ζεστό απόθεμα και το κρύο είναι 6-8%, ενώ το πρότυπο είναι 13%.Ο βαθμός ηλεκτρικού εξοπλισμού στη Δημοκρατία της Λευκορωσίας είναι 22%, που είναι σημαντικά χαμηλότερος από τους δείκτες μη μόνο ανεπτυγμένες χώρες, αλλά ο παγκόσμιος μέσος όρος (27%).

Αν και οι ανεπτυγμένες χώρες έχουν σταματήσει να αυξάνουν την κατά κεφαλήν ενεργειακή τους κατανάλωση τα τελευταία 25 χρόνια, η αύξηση της κατανάλωσης παραμένει υψηλή, λόγω της αυξημένης κατά κεφαλήν κατανάλωσης ενέργειας στις αναπτυσσόμενες χώρες. Με τον σημερινό ρυθμό, η ανάπτυξη της βιομηχανίας ηλεκτρικής ενέργειας θα συνεχιστεί για μεγάλο χρονικό διάστημα, συμπεριλαμβανομένης της δικής μας.

Δηλαδή, για να μάθετε πώς μπορείτε να εξοικονομήσετε ενέργεια, πρέπει να ορίσετε με σαφήνεια τι συνιστά την έννοια της «ενέργειας»;

Η ενέργεια (ελληνικά - δράση, δραστηριότητα) είναι ένα γενικό ποσοτικό μέτρο των διαφόρων μορφών κίνησης της ύλης.

Αυτός ο ορισμός συνεπάγεται:

Η ενέργεια είναι κάτι που εκδηλώνεται μόνο όταν αλλάξει η κατάσταση (θέση) διαφόρων αντικειμένων στον κόσμο γύρω μας.

Η ενέργεια είναι κάτι που μπορεί να περάσει από τη μια μορφή στην άλλη (Εικ. 1.1).

Η ενέργεια χαρακτηρίζεται από την ικανότητα να παράγει έργο χρήσιμο για ένα άτομο.

Η ενέργεια είναι κάτι που μπορεί να οριστεί αντικειμενικά, να ποσοτικοποιηθεί.

Ενέργεια σε μορφή Α			Ενέργεια σε μορφή Β

Ρύζι. 1.1. Σχέδιο μετατροπής ενέργειας από έναν τύπο σε άλλο

Η ενέργεια στις φυσικές επιστήμες, ανάλογα με τη φύση, χωρίζεται στους παρακάτω τύπους.

Μηχανική ενέργεια - εκδηλώνεται κατά την αλληλεπίδραση, την κίνηση μεμονωμένων σωμάτων ή σωματιδίων.

Περιλαμβάνει την ενέργεια κίνησης ή περιστροφής του σώματος, την ενέργεια της παραμόρφωσης κατά την κάμψη, το τέντωμα, τη συστροφή,

Συμπίεση ελαστικών σωμάτων (ελατήρια). Αυτή η ενέργεια χρησιμοποιείται ευρέως σε διάφορα μηχανήματα - μεταφορικά και τεχνολογικά.

Η θερμική ενέργεια είναι η ενέργεια της διαταραγμένης (χαοτικής) κίνησης και αλληλεπίδρασης των μορίων των ουσιών.

Η θερμική ενέργεια, που λαμβάνεται συχνότερα από την καύση διαφόρων τύπων καυσίμων, χρησιμοποιείται ευρέως για θέρμανση, πραγματοποιώντας πολυάριθμες τεχνολογικές διεργασίες (θέρμανση, τήξη, ξήρανση, εξάτμιση, απόσταξη κ.λπ.).

Για τη σύγκριση των διαφόρων τύπων καυσίμου και τη συνολική λογιστική των αποθεμάτων του, υιοθετήθηκε η μονάδα λογιστικής - συμβατικό καύσιμο, η θερμότητα καύσης του οποίου λήφθηκε ως 29,3 MJ / kg (7000 kcal / kg) (Πίνακας 1.1). "

Ηλεκτρική ενέργεια - η ενέργεια των ηλεκτρονίων (ηλεκτρικό ρεύμα) που κινούνται κατά μήκος ενός ηλεκτρικού κυκλώματος.

Η ηλεκτρική ενέργεια χρησιμοποιείται για τη λήψη μηχανικής ενέργειας χρησιμοποιώντας ηλεκτρικούς κινητήρες και για τη διεξαγωγή μηχανικών διεργασιών για την επεξεργασία υλικών: σύνθλιψη, λείανση, ανάμειξη. για τη διεξαγωγή ηλεκτροχημικών αντιδράσεων. απόκτηση θερμικής ενέργειας σε ηλεκτρικές συσκευές θέρμανσης και φούρνους. για άμεση επεξεργασία υλικών (κατεργασία ηλεκτρικής εκκένωσης).

Η χημική ενέργεια είναι ενέργεια «αποθηκευμένη» στα άτομα των ουσιών, η οποία απελευθερώνεται ή απορροφάται από χημικές αντιδράσεις μεταξύ των ουσιών.

Η χημική ενέργεια είτε απελευθερώνεται με τη μορφή θερμότητας κατά τις εξώθερμες αντιδράσεις (για παράδειγμα, καύση καυσίμου), είτε μετατρέπεται σε ηλεκτρική ενέργεια σε γαλβανικές κυψέλες και μπαταρίες. Αυτές οι πηγές ενέργειας χαρακτηρίζονται από υψηλή απόδοση (έως 98%), αλλά χαμηλή χωρητικότητα.

Μαγνητική ενέργεια - η ενέργεια των μόνιμων μαγνητών, οι οποίοι έχουν μεγάλο απόθεμα ενέργειας, αλλά την «παρατούν» πολύ απρόθυμα. Ωστόσο, το ηλεκτρικό ρεύμα δημιουργεί εκτεταμένα, ισχυρά μαγνητικά πεδία γύρω από τον εαυτό του, επομένως, τις περισσότερες φορές μιλούν για ηλεκτρομαγνητική ενέργεια.

Η ηλεκτρική και η μαγνητική ενέργεια είναι στενά συνδεδεμένες μεταξύ τους, καθεμία από αυτές μπορεί να θεωρηθεί ως η «αντίστροφη» πλευρά της άλλης.

Η ηλεκτρομαγνητική ενέργεια είναι η ενέργεια των ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων, δηλαδή των κινούμενων ηλεκτρικών και μαγνητικών πεδίων. Περιλαμβάνει ορατό φως, υπέρυθρο, υπεριώδες, ακτίνες Χ και ραδιοκύματα.

Η πυρηνική ενέργεια είναι ενέργεια που εντοπίζεται στους πυρήνες των ατόμων των λεγόμενων ραδιενεργών ουσιών. Απελευθερώνεται κατά τη διάσπαση βαρέων πυρήνων (πυρηνική αντίδραση) ή τη σύντηξη ελαφρών πυρήνων (θερμοπυρηνική αντίδραση).

Η βαρυτική ενέργεια είναι ενέργεια που προκαλείται από την αλληλεπίδραση (βαρύτητα) μεγάλων σωμάτων, είναι ιδιαίτερα αισθητή στο διάστημα. Σε επίγειες συνθήκες, αυτή είναι, για παράδειγμα, η ενέργεια που «αποθηκεύεται» από ένα σώμα ανυψωμένο σε ένα ορισμένο ύψος πάνω από την επιφάνεια της Γης - την ενέργεια της βαρύτητας.

Έτσι, ανάλογα με το επίπεδο εκδήλωσης, μπορεί κανείς να επιλέξει την ενέργεια του μακρόκοσμου - βαρυτική, την ενέργεια αλληλεπίδρασης των σωμάτων - μηχανική, την ενέργεια των μοριακών αλληλεπιδράσεων - θερμική, την ενέργεια των ατομικών αλληλεπιδράσεων - χημική, ενέργεια ακτινοβολίας - ηλεκτρομαγνητική, η ενέργεια που περιέχεται στους πυρήνες των ατόμων - πυρηνική.

Σε γενικές γραμμές, η έννοια της ενέργειας, η ιδέα της είναι τεχνητή και δημιουργήθηκε ειδικά για να είναι το αποτέλεσμα των στοχασμών μας στον κόσμο γύρω μας. Σε αντίθεση με την ύλη, για την οποία μπορούμε να πούμε ότι υπάρχει, η ενέργεια είναι ο καρπός της ανθρώπινης σκέψης, η «εφεύρεσή» του, χτισμένη με τέτοιο τρόπο ώστε να είναι δυνατόν να περιγραφούν διάφορες αλλαγές στον περιβάλλοντα κόσμο και ταυτόχρονα να μιλήσουμε για σταθερότητα, η διατήρηση της οποίας κάτι που έχει ονομαστεί ενέργεια, ακόμα κι αν η κατανόησή μας για την ενέργεια αλλάζει από χρόνο σε χρόνο.

Η μονάδα μέτρησης της ενέργειας είναι 1 J (Joule). Ταυτόχρονα, για να μετρήσετε την ποσότητα θερμότητας, χρησιμοποιήστε την "παλιά" μονάδα - 1 θερμίδες (θερμίδες) = 4,18 J, για τη μέτρηση της μηχανικής ενέργειας χρησιμοποιήστε την τιμή 1 kgm = 9,8 J, ηλεκτρική ενέργεια - 1 kWh = 3,6 MJ , με 1 J = = 1 WS.

Θα πρέπει να σημειωθεί ότι στη βιβλιογραφία της φυσικής επιστήμης, η θερμική, η χημική και η πυρηνική ενέργεια μερικές φορές συνδυάζονται με την έννοια της εσωτερικής ενέργειας, δηλαδή που περιέχεται σε μια ουσία.

Σε σχέση με την ανάπτυξη των τεχνολογιών παραγωγής και τη σημαντική επιδείνωση της περιβαλλοντικής κατάστασης σε πολλές περιοχές του κόσμου, η ανθρωπότητα αντιμετωπίζει το πρόβλημα της εύρεσης νέων πηγών ενέργειας. Αφενός, η ποσότητα της παραγόμενης ενέργειας πρέπει να είναι επαρκής για την ανάπτυξη της παραγωγής, της επιστήμης και των δημόσιων υπηρεσιών κοινής ωφέλειας, αφετέρου, η παραγωγή ενέργειας δεν πρέπει να επηρεάζει αρνητικά το περιβάλλον.

Αυτή η διατύπωση του ερωτήματος οδήγησε στην αναζήτηση των λεγόμενων εναλλακτικών πηγών ενέργειας – πηγών που πληρούν τις παραπάνω απαιτήσεις. Μέσα από τις προσπάθειες της παγκόσμιας επιστήμης, έχουν ανακαλυφθεί πολλές τέτοιες πηγές, αυτή τη στιγμή οι περισσότερες από αυτές χρησιμοποιούνται ήδη λίγο πολύ ευρέως. Φέρνουμε στην προσοχή σας μια σύντομη επισκόπηση τους:

Ηλιακή ενέργεια

Οι ηλιακοί σταθμοί χρησιμοποιούνται ενεργά σε περισσότερες από 80 χώρες· μετατρέπουν την ηλιακή ενέργεια σε ηλεκτρική. Υπάρχουν διαφορετικοί τρόποι τέτοιας μετατροπής και, κατά συνέπεια, διαφορετικοί τύποι ηλιακών σταθμών. Οι πιο συνηθισμένοι σταθμοί χρησιμοποιούν φωτοβολταϊκούς μετατροπείς (φωτοβολταϊκές κυψέλες) συνδυασμένους σε ηλιακούς συλλέκτες. Οι περισσότερες από τις μεγαλύτερες φωτοβολταϊκές εγκαταστάσεις στον κόσμο βρίσκονται στις Ηνωμένες Πολιτείες.

Αιολική ενέργεια

Οι αιολικοί σταθμοί (αιολικά πάρκα) χρησιμοποιούνται ευρέως στις ΗΠΑ, την Κίνα, την Ινδία, καθώς και σε ορισμένες χώρες της Δυτικής Ευρώπης (για παράδειγμα, στη Δανία, όπου το 25% του συνόλου της ηλεκτρικής ενέργειας παράγεται με αυτόν τον τρόπο). Η αιολική ενέργεια είναι μια πολλά υποσχόμενη πηγή εναλλακτικής ενέργειας· επί του παρόντος, πολλές χώρες επεκτείνουν σημαντικά τη χρήση σταθμών ηλεκτροπαραγωγής αυτού του τύπου.

Βιοκαύσιμα

Τα κύρια πλεονεκτήματα αυτής της πηγής ενέργειας σε σχέση με άλλους τύπους καυσίμων είναι η φιλικότητα προς το περιβάλλον και η ανανεώσιμη δυνατότητα. Δεν ανήκουν όλοι οι τύποι βιοκαυσίμων σε εναλλακτικές πηγές ενέργειας: τα παραδοσιακά καυσόξυλα είναι επίσης βιοκαύσιμα, αλλά δεν είναι εναλλακτική πηγή ενέργειας. Τα εναλλακτικά βιοκαύσιμα είναι στερεά (τύρφη, ξυλουργικά και γεωργικά απόβλητα), υγρά (βιοντίζελ και πετρέλαιο βιομάζας, καθώς και μεθανόλη, αιθανόλη, βουτανόλη) και αέρια (υδρογόνο, μεθάνιο, βιοαέριο).

Ενέργεια παλίρροιας και κυμάτων

Σε αντίθεση με την παραδοσιακή υδροηλεκτρική ενέργεια, η οποία χρησιμοποιεί την ενέργεια της ροής του νερού, η εναλλακτική υδροηλεκτρική ενέργεια δεν είναι ακόμη ευρέως διαδεδομένη. Τα κύρια μειονεκτήματα των παλιρροϊκών σταθμών ηλεκτροπαραγωγής είναι το υψηλό κόστος κατασκευής τους και οι καθημερινές αλλαγές στην ισχύ, για τις οποίες συνιστάται η χρήση σταθμών ηλεκτροπαραγωγής αυτού του τύπου μόνο ως μέρος συστημάτων ηλεκτρικής ενέργειας που χρησιμοποιούν επίσης άλλες πηγές ενέργειας. Τα κύρια πλεονεκτήματα είναι η υψηλή φιλικότητα προς το περιβάλλον και το χαμηλό κόστος παραγωγής ενέργειας.

Θερμική ενέργεια της Γης

Για την ανάπτυξη αυτής της πηγής ενέργειας, χρησιμοποιούνται γεωθερμικοί σταθμοί ηλεκτροπαραγωγής, χρησιμοποιώντας την ενέργεια των υπόγειων υδάτων υψηλής θερμοκρασίας, καθώς και των ηφαιστείων. Αυτή τη στιγμή, η υδροθερμική ενέργεια είναι πιο κοινή, χρησιμοποιώντας την ενέργεια των θερμών υπόγειων πηγών. Η πετροθερμική ενέργεια που βασίζεται στη χρήση της «ξηρής» θερμότητας του εσωτερικού της γης είναι επί του παρόντος ανεπαρκώς ανεπτυγμένη. Το κύριο πρόβλημα θεωρείται ότι είναι η χαμηλή κερδοφορία αυτής της μεθόδου απόκτησης ενέργειας.

Ατμοσφαιρικός ηλεκτρισμός

(Οι αστραπές στην επιφάνεια της Γης συμβαίνουν σχεδόν ταυτόχρονα σε διάφορα σημεία του πλανήτη.)

Η ενέργεια της καταιγίδας, που βασίζεται στη σύλληψη και τη συσσώρευση της ενέργειας των κεραυνών, είναι ακόμα στα σπάργανα. Τα κύρια προβλήματα της ενέργειας της καταιγίδας είναι η κινητικότητα των μετώπων της καταιγίδας, καθώς και η ταχύτητα των ατμοσφαιρικών ηλεκτρικών εκκενώσεων (κεραυνός), γεγονός που καθιστά δύσκολη τη συσσώρευση της ενέργειάς τους.

Πριν μιλήσουμε για τα κύρια μέτρα εξοικονόμησης ενέργειας, π.χ. για να μάθετε πώς μπορείτε να εξοικονομήσετε ενέργεια, πρέπει να ορίσετε με σαφήνεια τι συνιστά «ενέργεια»;

Αυτός ο ορισμός συνεπάγεται:

Η ενέργεια είναι κάτι που μπορεί να περάσει από τη μια μορφή στην άλλη.

Η ενέργεια χαρακτηρίζεται από την ικανότητα να παράγει έργο χρήσιμο για ένα άτομο.

Η ενέργεια είναι κάτι που μπορεί να οριστεί αντικειμενικά, να ποσοτικοποιηθεί.

Η ενέργεια στις φυσικές επιστήμες, ανάλογα με τη φύση, χωρίζεται στους παρακάτω τύπους.

Μηχανική ενέργεια - εκδηλώνεται κατά την αλληλεπίδραση, την κίνηση μεμονωμένων σωμάτων ή σωματιδίων.

Περιλαμβάνει την ενέργεια κίνησης ή περιστροφής του σώματος, την ενέργεια παραμόρφωσης κατά την κάμψη, το τέντωμα, τη συστροφή, τη συμπίεση ελαστικών σωμάτων (ελατήρια). Αυτή η ενέργεια χρησιμοποιείται ευρέως σε διάφορα μηχανήματα - μεταφορικά και τεχνολογικά.

Για τη σύγκριση των διαφορετικών τύπων καυσίμων και τη συνολική καταγραφή των αποθεμάτων τους, την αξιολόγηση της αποδοτικότητας της χρήσης ενεργειακών πόρων, τη σύγκριση των δεικτών των συσκευών που χρησιμοποιούν θερμότητα, υιοθετείται η μονάδα μέτρησης - συμβατικό καύσιμο, η θερμότητα καύσης της οποίας λαμβάνεται ως 29,33 MJ / kg (7000 kcal / kg). Για συγκριτική ανάλυση, η μονάδα μέτρησης είναι συνήθως τόνος ισοδύναμου καυσίμου.

1 τόνος ισοδύναμου καυσίμου = 29,33 10 9 J = 7 10 6 kcal = 8,12 10 3 kWh

Αυτό αντιστοιχεί σε έναν καλό άνθρακα χαμηλής τέφρας, που μερικές φορές αναφέρεται ως ισοδύναμο άνθρακα. Για ανάλυση στο εξωτερικό, χρησιμοποιείται καύσιμο αναφοράς με θερμογόνο δύναμη 41,9 MJ / kg. Αυτός ο δείκτης ονομάζεται ισοδύναμο λαδιού.

Ηλεκτρομαγνητική ενέργεια είναι η ενέργεια των ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων, δηλ. κινούμενα ηλεκτρικά και μαγνητικά πεδία. Περιλαμβάνει ορατό φως, υπέρυθρο, υπεριώδες, ακτίνες Χ και ραδιοκύματα.

Ενεργειακή μονάδαείναι 1 J (Joule). Ταυτόχρονα, για να μετρήσετε την ποσότητα της θερμότητας, χρησιμοποιήστε την "παλιά" μονάδα - 1 θερμίδες (θερμίδες) = 4,18 J, για τη μέτρηση της μηχανικής ενέργειας χρησιμοποιήστε την τιμή 1 kg m = 9,8 J, ηλεκτρική ενέργεια - 1 kW h = 3, 6 MJ, με 1 J = 1 W S.

Πρέπει να σημειωθεί ότι στη βιβλιογραφία των φυσικών επιστημών, η θερμική, η χημική και η πυρηνική ενέργεια συνδυάζονται μερικές φορές με την έννοια της εσωτερικής ενέργειας, δηλ. που περικλείεται μέσα στην ουσία.