Energia i jej rodzaje. Tradycyjne metody pozyskiwania ciepła i energii elektrycznej. Energia

24.08.2019

Rodzaje, metody pozyskiwania, przekształcania i wykorzystywania energii. Energia i jej rodzaje. Cel i zastosowanie

Energia i jej rodzaje. Cel i zastosowanie

Energia odgrywa decydującą rolę w rozwoju cywilizacji ludzkiej. Zużycie energii i gromadzenie informacji mają w przybliżeniu ten sam charakter zmian w czasie. Istnieje ścisły związek między zużyciem energii a produkcją.

Zgodnie z koncepcjami nauk fizycznych energia to zdolność ciała lub układu ciał do wykonywania pracy. Istnieją różne klasyfikacje rodzajów i form energii. Wymieńmy te rodzaje, z którymi ludzie najczęściej spotykają się w życiu codziennym: mechaniczne, elektryczne, elektromagnetyczne i wewnętrzne. Energia wewnętrzna obejmuje energię cieplną, chemiczną i wewnątrzjądrową (atomową). Wewnętrzna forma energii jest spowodowana potencjalną energią oddziaływania cząstek tworzących ciało lub energią kinetyczną ich losowego ruchu.

Jeżeli energia jest wynikiem zmiany stanu ruchu punktów lub ciał materialnych, to nazywa się ją kinetyczną; obejmuje energię mechaniczną ruchu ciał, energię cieplną wynikającą z ruchu cząsteczek.

Jeżeli energia jest wynikiem zmiany względnego położenia części danego układu lub jego położenia w stosunku do innych ciał, to nazywa się ją potencjałem; obejmuje energię mas przyciąganych przez prawo powszechnego ciążenia, energię położenia jednorodnych cząstek, na przykład energię sprężystego zdeformowanego ciała, energię chemiczną.

Głównym źródłem energii jest słońce. Pod wpływem jego promieni chlorofil roślinny rozkłada pochłonięty z powietrza dwutlenek węgla na tlen i węgiel; ta ostatnia gromadzi się w roślinach. Węgiel, gaz podziemny, torf, łupki i drewno opałowe stanowią zasoby energii promieniowania słonecznego, pozyskiwanej przez chlorofil w postaci energii chemicznej węgla i węglowodorów. Energia wodna jest również pozyskiwana z energii słonecznej, która odparowuje wodę i unosi parę do wyższych warstw atmosfery. Wiatr stosowany w turbinach wiatrowych pochodzi z różnego ogrzewania ziemi przez słońce w różnych miejscach. Ogromne rezerwy energii zawarte są w jądrach atomów pierwiastków chemicznych.

W międzynarodowym układzie jednostek SI dżul jest jednostką miary energii. Jeśli obliczenia dotyczą energii cieplnej, biologicznej, elektrycznej i wielu innych rodzajów energii, jako jednostkę energii stosuje się kalorię (cal) lub kilokalorię (kcal).

1 cal = 4,18 J.

Aby zmierzyć energię elektryczną, użyj jednostki takiej jak wat (Wh, kWh, MWh).

1 wat h = 3,6 MJ lub 1 J = 1 W. Z.

Do pomiaru energii mechanicznej używa się jednostki takiej jak kg. m.

1 kg. m = 9,8 J.

Energia, która jest zawarta w źródłach naturalnych (zasobach energetycznych) i może zostać przekształcona w energię elektryczną, mechaniczną, chemiczną, nazywana jest pierwotną.

Tradycyjne rodzaje energii pierwotnej, czyli zasoby energetyczne, obejmują: paliwa kopalne (węgiel, ropa, gaz itp.), elektrownie wodne rzeczne i paliwo jądrowe (uran, tor itp.).

Energia otrzymana przez osobę po przekształceniu energii pierwotnej w specjalnych instalacjach stacji nazywana jest wtórną (energia elektryczna, energia pary, gorącej wody itp.).

Obecnie trwają prace nad wykorzystaniem nietradycyjnych, odnawialnych źródeł energii: słońca, wiatru, pływów, fal morskich, ciepła ziemi. Źródła te, oprócz tego, że są odnawialne, są klasyfikowane jako „czyste” rodzaje energii, ponieważ ich wykorzystanie nie prowadzi do zanieczyszczenia środowiska.

Na ryc. 10.1.1 przedstawia klasyfikację energii pierwotnej. Zwrócono uwagę na tradycyjne rodzaje energii, przez cały czas szeroko stosowane przez człowieka i nietradycyjne, do niedawna stosunkowo mało wykorzystywane ze względu na brak ekonomicznych metod ich przemysłowego przetwarzania, ale szczególnie aktualne dziś ze względu na ich wysoką przyjazność dla środowiska.

Ryż. 10.1.1. Schemat klasyfikacji energii pierwotnej

Na wykresie klasyfikacyjnym energie nieodnawialne i odnawialne oznaczono odpowiednio białymi i szarymi prostokątami.

Zużycie energii wymaganego rodzaju i jej dostarczanie do odbiorców następuje w procesie wytwarzania energii, w którym można wyróżnić pięć etapów: 1. Pozyskiwanie i Koncentracja zasobów energetycznych: wydobycie i wzbogacenie paliwa, koncentracja ciśnienia wody za pomocą hydrauliki konstrukcje itp.

2. Transfer surowców energetycznych do zakładów przetwarzania energii; odbywa się transportem lądowym i wodnym lub pompowaniem rurociągami wody, ropy, gazu itp.

3. Konwersja energii pierwotnej na energię wtórną, która ma najdogodniejszą formę do dystrybucji i zużycia w danych warunkach (najczęściej na energię elektryczną i cieplną).

4. Przesył i dystrybucja przetworzonej energii.

5. Zużycie energii, realizowane zarówno w formie, w jakiej jest ona dostarczana konsumentowi, jak i w formie przetworzonej.

Jeżeli całkowitą energię zastosowanych zasobów energii pierwotnej przyjmiemy jako 100%, to energia użyteczna wyniesie tylko 35-40%, reszta zostanie utracona, a większość w postaci ciepła.

Zaleta energii elektrycznej

Od odległych czasów historycznych rozwój cywilizacyjny i postęp technologiczny są bezpośrednio związane z ilością i jakością wykorzystywanych surowców energetycznych. Nieco ponad połowa całej zużywanej energii zużywana jest w postaci ciepła na potrzeby techniczne, ogrzewania, gotowania, reszta w postaci energii mechanicznej, przede wszystkim w instalacjach transportowych oraz energii elektrycznej. Ponadto z roku na rok rośnie udział energii elektrycznej (rys. 10.2.1).

Ryż. 10.2.1. Dynamika zużycia energii elektrycznej

Energia elektryczna jest najwygodniejszym rodzajem energii i słusznie może być uważana za podstawę współczesnej cywilizacji. Zdecydowana większość technicznych środków mechanizacji i automatyzacji procesów produkcyjnych (sprzęt, przyrządy, komputery), zastępowanie pracy ludzkiej pracą maszynową w życiu codziennym ma podstawę elektryczną.

Dlaczego zapotrzebowanie na energię elektryczną rośnie tak szybko, jakie są jej zalety?

Jego szerokie zastosowanie wynika z następujących czynników: możliwość wytwarzania dużych ilości energii elektrycznej w pobliżu złóż i źródeł wody;

możliwość transportu na duże odległości przy stosunkowo niewielkich stratach;
możliwość zamiany energii elektrycznej na inne rodzaje energii: mechaniczną, chemiczną, cieplną, świetlną;
brak zanieczyszczenia środowiska;
możliwość zastosowania całkowicie nowych postępowych procesów technologicznych o wysokim stopniu automatyzacji na podstawie energii elektrycznej.

Rozważane kwestie:

1. Definicja energii.

2. Rodzaje energii

3. Cel i wykorzystanie energii.

W otaczającym nas świecie materia istnieje w postaci materii, pola i fizycznej próżni. W postaci materii i pola materia ma masę, pęd, energię. Niezbędnym warunkiem wszelkiego działania, interakcji i istnienia w ogóle jest zużycie energii, wymiana energii. W społeczeństwie ludzkim poziom kultury, zarówno materialnej, jak i duchowej, jest ściśle powiązany z ilością zużywanej energii. Poziom zasilania determinuje gospodarkę każdego kraju. Czym więc jest energia?

1. Energia i jej rodzaje

Energia- uniwersalna podstawa zjawisk przyrodniczych, podstawa kultury i wszelkiej działalności człowieka. Jednocześnie energia jest rozumiana jako: ilościowa ocena różnych form ruchu materii, które mogą przechodzić jedna w drugą.

Zgodnie z koncepcjami nauk fizycznych energia - jest to zdolność ciała lub układu ciał do wykonywania pracy.

W przyrodzie istnieje około 20 naukowo udowodnionych rodzajów energii. Istnieją również różne klasyfikacje rodzajów i form energii. Człowiek w swoim codziennym życiu najczęściej spotyka się z następującymi rodzajami energii: mechaniczne, elektryczne, elektromagnetyczne, termiczne, chemiczne, atomowe (wewnątrzjądrowe), grawitacyjne i inne. W praktyce bezpośrednio stosowane są tylko 4 rodzaje energii: termiczny ( 70-75%), mechaniczny (20-22%), elektryczny(3-5%), elektromagnetyczny- lekki (15%).

Ponad dwie trzecie całej zużytej energii zużywana jest w postaci ciepła na potrzeby techniczne, ogrzewania, gotowania, reszta – w postaci mechanicznej, przede wszystkim w instalacjach transportowych, oraz energii elektrycznej. Ponadto stale rośnie udział zużycia energii elektrycznej.

Jeśli energia- wynik zmiany stanu ruchu punktów materialnych lub ciał, wówczas nazywa się to kinetyczny; obejmuje energię mechaniczną ruchu ciał, energię cieplną wynikającą z ruchu cząsteczek.

Jeżeli energia jest wynikiem zmiany wzajemnego ułożenia części danego układu lub jego położenia względem innych ciał, to nazywa się ją potencjał; obejmuje energię mas przyciąganych przez prawo powszechnego ciążenia, energię położenia jednorodnych cząstek, na przykład energię sprężystego zdeformowanego ciała, energię chemiczną.

Energia w naukach przyrodniczych, w zależności od natury, dzieli się na następujące typy.

Energia mechaniczna- objawia się podczas interakcji, ruchu poszczególnych ciał lub cząstek. Obejmuje energię ruchu lub obrotu ciała, energię odkształcenia podczas zginania, rozciągania, skręcania, ściskania ciał elastycznych (sprężyny). Energia ta jest najszerzej wykorzystywana w różnych maszynach - transportowych i technologicznych.

Energia cieplna- energia nieuporządkowanego (chaotycznego) ruchu i oddziaływania cząsteczek substancji. Energia cieplna, pozyskiwana najczęściej ze spalania różnego rodzaju paliw, jest szeroko wykorzystywana do ogrzewania, realizując liczne procesy technologiczne (ogrzewanie, topienie, suszenie, odparowanie, destylacja itp.).

Energia elektryczna- energia elektronów poruszających się po obwodzie elektrycznym (prąd elektryczny). Energia elektryczna jest wykorzystywana do pozyskiwania energii mechanicznej za pomocą silników elektrycznych oraz do przeprowadzania procesów mechanicznych przetwarzania materiałów: kruszenia, mielenia, mieszania; do przeprowadzania reakcji elektrochemicznych; pozyskiwanie energii cieplnej w elektrycznych urządzeniach grzewczych i piecach; do bezpośredniej obróbki materiałów (obróbka elektroerozyjna).

Ten rodzaj energii jest najdoskonalszy ze względu na następujące czynniki:

Możliwości pozyskiwania go w dużych ilościach w pobliżu złóż paliw kopalnych lub źródeł wody;
Wygodny transport na duże odległości przy stosunkowo niewielkich stratach;
Zdolność do przekształcania się w inne rodzaje energii;
Brak zanieczyszczenia środowiska;
Możliwości tworzenia całkowicie nowych procesów technologicznych o wysokim stopniu automatyzacji i robotyzacji produkcji.

Energia chemiczna- Jest to energia „magazynowana” w atomach substancji, która jest uwalniana lub pochłaniana podczas reakcji chemicznych między substancjami. Energia chemiczna jest uwalniana w postaci energii cieplnej podczas reakcji egzotermicznych (na przykład spalania paliwa) lub przekształcana w energię elektryczną w ogniwach galwanicznych i akumulatorach. Te źródła energii charakteryzują się wysoką sprawnością (do 98%), ale niską wydajnością.

Energia magnetyczna- energia magnesów trwałych, które mają duży zapas energii, ale bardzo niechętnie z niej „oddają”. Kiedy prąd elektryczny przepływa przez obwód, wokół przewodnika powstaje pole magnetyczne. Energie elektryczne i magnetyczne są ze sobą ściśle powiązane, każdą z nich można uznać za „odwrotną” stronę drugiej. Ponieważ energia elektryczna i magnetyczna są ze sobą ściśle powiązane, w praktyce stosuje się pojęcie energii elektromagnetycznej.

Energia elektromagnetyczna Czy energia fal elektromagnetycznych, tj. poruszające się pola elektryczne i magnetyczne. Obejmuje światło widzialne, podczerwień, ultrafiolet, promieniowanie rentgenowskie i fale radiowe.

Wymienione zakresy emisji różnią się długością fali (i częstotliwością):

Fale radiowe - ponad 10 -2 cm;
Promieniowanie podczerwone - 2 * 10 -4 - 7, 4 * 10 -5;
Światło widzialne - 7, 4 * 10 -5 -4 * 10 -5; (420-760 nm);
Promieniowanie ultrafioletowe - 4 * 10 -5 -10 -6;
Promieniowanie rentgenowskie - 10 -5 -10 -12;
Promieniowanie gamma wynosi ponad 10 -12 cm.

Zatem energia elektromagnetyczna jest energią promieniowania. Promieniowanie przenosi energię w postaci energii fal elektromagnetycznych. Kiedy promieniowanie jest pochłaniane, jego energia zamieniana jest w inne formy, najczęściej ciepło.

Energia atomowa- energia zlokalizowana w jądrach atomów substancji radioaktywnych. Jest uwalniany podczas rozszczepienia jąder ciężkich (reakcja jądrowa) lub fuzji jąder lekkich (reakcja termojądrowa).

Na ten rodzaj energii istnieje też stara nazwa - energia atomowa, ale nazwa ta nieprecyzyjnie oddaje istotę zjawisk prowadzących do uwalniania kolosalnych ilości energii, najczęściej w postaci termicznej i mechanicznej.

Energia grawitacyjna- energia wynikająca z oddziaływania (grawitacji) masywnych ciał, jest szczególnie zauważalna w przestrzeni kosmicznej. W warunkach ziemskich jest to np. energia „magazynowana” przez ciało uniesione na określoną wysokość nad powierzchnię Ziemi – energia grawitacji.

Często uwalniają się w specjalne rodzaje energii biologiczne i psychiczne energia. Jednak zgodnie ze współczesnymi poglądami nauk przyrodniczych procesy psychiczne i biologiczne stanowią szczególną grupę procesów fizykochemicznych, ale są one realizowane w oparciu o opisane powyżej rodzaje energii.

Tak więc, w zależności od poziomu manifestacji, energia makrokosmosu- grawitacyjna, energia oddziaływań ciał - mechaniczna, energia oddziaływań molekularnych - cieplna,

Do energii utworzone na poziomie mikroświat, obejmują - energię oddziaływań atomowych - chemiczne; energia promieniowania - elektromagnetyczna; energia zawarta w jądrach atomów jest jądrowa.

Współczesna nauka nie wyklucza istnienia innych rodzajów energii, które nie zostały jeszcze zarejestrowane, ale nie naruszają jednego przyrodniczo-naukowego obrazu świata i koncepcji energii oraz prawa zachowania energii.

W międzynarodowym układzie jednostek SI as jednostki energii przyjęty Dżul(J). ekwiwalent 1 J
1 niuton x metr (Nm). Jeśli obliczenia dotyczą ciepła, przy obliczaniu energii obiektów biologicznych i wielu innych rodzajów energii, jako jednostkę energii stosuje się jednostkę pozasystemową - kaloria(cal) lub kilokaloria (kcal), 1 cal = 4,18 J. Aby zmierzyć energię elektryczną, użyj jednostki takiej jak Watogodzina(Wh, kWh, MWh), 1 Wh = 3,6 MJ. Aby zmierzyć energię mechaniczną, użyj wartości 1 kg m = 9,8 J.

Energia bezpośrednio pozyskiwana w przyrodzie (energia paliw, wody, wiatru, energia cieplna Ziemi, jądrowa), a którą można przekształcić w energię elektryczną, cieplną, mechaniczną, chemiczną nazywa się podstawowy... Zgodnie z klasyfikacją zasobów energetycznych na podstawie wyczerpywania można również sklasyfikować energię pierwotną. Na ryc. 1 przedstawia schemat klasyfikacji energii pierwotnej.

Energia pływów

Energia geotermalna

Energia fal morskich

Paliwo biologiczne

Energia wiatrowa

Energia słoneczna

Niekonwencjonalne rodzaje energii

Paliwa gazowe

Paliwa płynne

Paliwa stałe

Energia atomowa

Energia wodna rzek

Paliwa kopalne

Tradycyjne formy energii

Pierwotna energia

Ryż. 1. Klasyfikacja energii pierwotnej

Energia odbierana przez człowieka, po konwersji energii pierwotnej w specjalnych instalacjach - stacjach, nazywana jest wtórny(energia elektryczna, energia pary, ciepła woda itp.).

Nieco ponad połowa całej zużywanej energii wykorzystywana jest w postaci ciepła na potrzeby techniczne, ogrzewania, gotowania, reszta – w postaci mechanicznej, przede wszystkim w instalacjach transportowych, oraz energii elektrycznej.

Energię elektryczną można słusznie uznać za podstawę współczesnej cywilizacji. Wynika to z jego zalet i łatwości użytkowania. Zdecydowana większość technicznych środków mechanizacji i automatyzacji procesów produkcyjnych (sprzęt, przyrządy, komputery), zastępowanie pracy ludzkiej pracą maszynową w życiu codziennym ma podstawę elektryczną.

Energia elektryczna- najbardziej wszechstronna forma energii. Znalazła szerokie zastosowanie w życiu codziennym i we wszystkich sektorach gospodarki narodowej. Istnieje ponad czterysta nazw elektrycznych urządzeń gospodarstwa domowego: lodówki, pralki, klimatyzatory, wentylatory, telewizory, magnetofony, urządzenia oświetleniowe itp. Nie można sobie wyobrazić przemysłu bez energii elektrycznej. W rolnictwie stale rośnie wykorzystanie energii elektrycznej: karmienie i pojenie zwierząt, opieka nad nimi, ogrzewanie i wentylacja, inkubatory, nagrzewnice powietrza, suszarki itp. Elektryfikacja- podstawy postępu technicznego w każdej gałęzi gospodarki narodowej. Pozwala na zastąpienie niewygodnych w użytkowaniu zasobów energii uniwersalnym rodzajem energii – energią elektryczną, która może być przesyłana na dowolną odległość, zamieniana na inne rodzaje energii, np. mechaniczną lub cieplną i dzielona między odbiorców.

Korzyści z elektryczności:

1. Energia elektryczna jest uniwersalna, może być wykorzystywana do różnych celów. W szczególności bardzo łatwo zamienić go w ciepło, światło. Odbywa się to np. w elektrycznych źródłach światła (żarówkach), piecach technologicznych stosowanych w hutnictwie, w różnych urządzeniach grzewczych i grzewczych. Zamiana energii elektrycznej na energię mechaniczną wykorzystywana jest w napędach silników elektrycznych.

2. Kiedy energia elektryczna jest zużywana, można ją rozdzielić w nieskończoność. Tak więc moc maszyn elektrycznych, w zależności od ich przeznaczenia, jest różna: od ułamka wata w mikrosilnikach stosowanych w wielu gałęziach techniki i w produktach gospodarstwa domowego, po ogromne wartości przekraczające milion kilowatów w generatorach elektrowni.

3. W procesie wytwarzania i przesyłania energii elektrycznej można skoncentrować jej moc, podwyższyć napięcie i przesłać dowolną ilość energii elektrycznej z elektrowni, w której jest wytwarzana, do wszystkich jej odbiorców, zarówno w krótkim jak i krótkim czasie. długie dystanse.

Rozwój nauk przyrodniczych przez całe życie ludzkości niezbicie dowiódł, że energia nigdy nie powstaje z niczego i nie jest niszczona bez śladu, tylko przechodzi z jednego typu do drugiego, tj.

suma wszystkich rodzajów energii pozostaje stała. To jest istota jednego z najbardziej podstawowych praw wszechświata - prawo zachowania energii.

W każdym omówieniu zagadnień związanych z wykorzystaniem energii konieczne jest rozróżnienie energii ruchu uporządkowanego, znanego w sztuce jako Darmowa energia(mechaniczne, chemiczne, elektryczne, elektromagnetyczne, jądrowe) i chaotyczna energia, tj. ciepło Każda forma darmowej energii może być prawie całkowicie wykorzystana. Jednocześnie chaotyczna energia ciepła po przekształceniu w energię mechaniczną jest tracona w postaci ciepła. Nie jesteśmy w stanie całkowicie regulować losowego ruchu molekuł, zamieniając ich energię w energię swobodną. Co więcej, w chwili obecnej praktycznie nie ma możliwości bezpośredniego przekształcenia energii chemicznej i jądrowej w energię elektryczną i mechaniczną, jak te najczęściej używane. Konieczna jest zamiana energii wewnętrznej substancji na energię cieplną, a następnie na energię mechaniczną lub elektryczną z dużymi, nieuniknionymi stratami ciepła.W ten sposób wszystkie rodzaje energii, po wykonaniu pracy użytecznej, zamieniane są na ciepło o niższej temperaturze, co jest praktycznie nie nadaje się do dalszego użytku.

Prawo zachowania energii zostało potwierdzone w różnych dziedzinach - od mechaniki Newtona po fizykę jądrową. Co więcej, prawo zachowania energii to nie tylko wytwór wyobraźni czy uogólnienie eksperymentów. Dlatego możemy w pełni zgodzić się ze stwierdzeniem jednego z największych fizyków teoretycznych Poincarégo: „Ponieważ nie jesteśmy w stanie podać ogólnej definicji energii, zasada jej zachowania oznacza, że jest coś, co pozostaje stałe. Dlatego bez względu na to, do jakich nowych pomysłów na temat świata doprowadzą nas przyszłe eksperymenty, wiemy z góry: będzie w nich coś, co pozostanie stałe, co można nazwać ENERGIĄ.”

Dyscyplina edukacyjna „Podstawy oszczędzania energii” ma na celu wyposażenie przyszłego specjalisty w wiedzę o ogólnych prawach i podejściach do obliczania procesów zachodzących podczas odbioru, przetwarzania i przesyłania energii.

3. Problemy wykorzystania energii przez człowieka

Spośród wszystkich rodzajów zasobów energetycznych energia słoneczna ma szczególne znaczenie. Wszystkie rodzaje zasobów energetycznych są wynikiem naturalnych przemian energii słonecznej. Węgiel, ropa naftowa, gaz ziemny, torf, łupki bitumiczne i drewno opałowe to rezerwy energii słonecznej wydobywanej i przetwarzanej przez rośliny. W procesie reakcji fotosyntezy z nieorganicznych elementów środowiska - wody H 2 O i dwutlenku węgla CO 2 - pod wpływem światła słonecznego w roślinach powstaje materia organiczna, której głównym pierwiastkiem jest węgiel Z... W pewnej epoce geologicznej, przez miliony lat, z martwych roślin pod wpływem warunków ciśnienia i temperatury, które z kolei są wynikiem padania na Ziemię określonej ilości energii ze Słońca, powstały, którego podstawą jest węgiel wcześniej nagromadzony w roślinach ... Energia wodna jest również pozyskiwana z energii słonecznej, która odparowuje wodę i unosi parę do wyższych warstw atmosfery. Wiatr występuje z powodu różnych temperatur ogrzewania przez Słońce różnych części naszej planety. Ponadto bezpośrednie promieniowanie Słońca, padające na powierzchnię Ziemi, ma ogromny potencjał energetyczny.

Powstawanie paliw kopalnych jest zatem z jednej strony wynikiem naturalnych przemian energii słonecznej, z drugiej zaś efektem oddziaływań termicznych, mechanicznych i biologicznych przez wiele stuleci na szczątki flory i fauny zalegających we wszystkich formacje geologiczne. Wszystkie te paliwa są oparte na węglu, a energia jest z nich uwalniana głównie poprzez tworzenie dwutlenku węgla (CO2).

Przez całe swoje istnienie ludzkość wykorzystywała energię gromadzoną przez naturę przez miliardy lat. Jednocześnie sposoby jego wykorzystania były stale udoskonalane w celu uzyskania maksymalnej wydajności.

Tak więc na samym początku jej ewolucyjnego rozwoju tylko energia mięśni jego ciała ... Później człowiek nauczył się odbierać i używać energia ognia ... Kolejna runda ewolucyjnego rozwoju społeczeństwa ludzkiego przyniosła możliwość wykorzystania energia wody i wiatru - pojawiły się pierwsze wody i wiatraki, koła wodne, żaglowce, wykorzystujące siłę wiatru do swojego ruchu. W XVIII wieku wynaleziono maszynę parową, w której energia cieplna , uzyskana w wyniku spalania węgla lub drewna, została zamieniona na energię ruchu mechanicznego. W XIX wieku odkryto łuk elektryczny, oświetlenie elektryczne, wynaleziono silnik elektryczny, a następnie generator elektryczny, który był początkiem wieku. Elektryczność ... XX wiek był prawdziwą rewolucją w rozwoju metod pozyskiwania i wykorzystywania energii przez ludzkość: budowane są elektrownie cieplne, hydrauliczne i jądrowe o ogromnej mocy, linie przesyłowe dla energii elektrycznej wysokiego, ultrawysokiego i ultrawysokiego napięcia w trakcie budowy, opracowywane są nowe metody wytwarzania, przetwarzania i przesyłania energii elektrycznej ( kontrolowana reakcja termojądrowa, generator magnetohydrodynamiczny, nadprzewodnikowe turbogeneratory itp.), powstają potężne systemy energetyczne... W tym samym czasie pojawiły się potężne systemy zaopatrzenia w ropę i gaz.
W ten sposób otaczający nas świat ma naprawdę niewyczerpane źródło różnego rodzaju energii. Niektóre z nich nie są jeszcze w pełni wykorzystane i w chwili obecnej - energia Słońca, energia oddziaływania Ziemi z Księżycem, energia syntezy termojądrowej, energia ciepła Ziemi .

Teraz energia odgrywa decydującą rolę w rozwoju ludzkiej cywilizacji. Istnieje ścisły związek między zużyciem energii a produkcją. Energia ma ogromne znaczenie w życiu ludzkości. Poziom jej rozwoju odzwierciedla poziom rozwoju sił wytwórczych społeczeństwa, możliwości postępu naukowo-technicznego oraz poziom życia ludności. Niestety większość energii zużywanej przez człowieka jest zamieniana na bezużyteczne ciepło ze względu na niską efektywność wykorzystania dostępnych zasobów energetycznych.

Przybliżony rozkład zużytej energii na dany rok na świecie podano w tabeli. 1.1. Ilość energii podawana jest w ilości węgla w megatony(Mt), który po spaleniu dawałby taką samą energię.
Każdego roku na wyżywienie ludzi zużywa się około 400 Mt, z czego około 40 Mt zamienia się na użyteczną siłę roboczą. Na potrzeby domowe wydawane jest około 800 Mt, na produkcję socjalną - 1000 Mt.

Tabela 1.1
Roczne zużycie energii na świecie

Forma energii	Ilość, MT	Źródło
Pokarm dla ludzi i pasza dla zwierząt pociągowych	650	światło słoneczne (obecny)
Drewno kominkowe	150	światło słoneczne (w przeszłości)
Elektrownie wodne	100	Ruch wody
Węgiel, ropa, gaz, torf	6 600	światło słoneczne (w przeszłości)

Tak więc z rocznego zużycia 7500 Mt, 2200 Mt jest wykorzystywane do celów użytkowych, reszta jest marnowana w postaci ciepła. Ale nawet przy wydajności 2200/7500 Mt ludzkość nie może się pochwalić, ponieważ nie bierze się pod uwagę padającego na Ziemię promieniowania słonecznego, które wynosi 10 000 000 Mt rocznie.

Ryż. 2 Dystrybucja energii ze światła słonecznego.

Nierównomierne zużycie energii przez ludność pokazano na rys. 3.

Ryż. 3. Nierównomierne zużycie energii przez ludność.

Energia odegrała decydującą rolę w rozwoju cywilizacji. Zużycie energii i przechowywanie informacji ma w przybliżeniu taki sam charakter zmian w czasie, istnieje ścisły związek między zużyciem energii a ilością produktów. Ustalono, że współczesny człowiek potrzebuje mniej więcej takiej samej ilości energii do zaspokojenia swoich potrzeb fizjologicznych jak człowiek prymitywny. Jednocześnie uderzający jest wzrost zużycia energii. Ale to dzięki niemu człowiek może poświęcić znaczną część swojego życia na wypoczynek, edukację, aktywność twórczą i osiągnął obecną wysoką długość życia.
Uważamy, że energia jest czymś, czego potrzebujemy, zdolnym do pracy dla nas.

Dostarczenie energii społeczeństwu jest niezbędne do: ogrzewania pomieszczeń, zapewnienia ruchu, wydawania potrzebnych nam towarów, utrzymania sprawności różnych maszyn, mechanizmów, urządzeń, gotowania, oświetlenia, utrzymania życia itp.

Te przykłady zastosowań energetycznych można podzielić na trzy szerokie grupy:
a)zasilacz . Jest droższy niż inne rodzaje energii: pszenica na dżul jest znacznie droższa niż węgiel. Jedzenie zapewnia ciepło do utrzymania temperatury ciała, energię do ruchu, do pracy umysłowej i fizycznej;
b) energia w postaci ciepła do ogrzewania domów i gotowania. Umożliwia życie w różnych warunkach klimatycznych i urozmaicenie diety człowieka;
v) energię, aby zapewnić funkcjonowanie produkcji społecznej. Jest to energia do produkcji towarów i usług, fizycznego przemieszczania się ludzi i towarów w kosmosie, aby utrzymać sprawność wszystkich systemów komunikacyjnych. Koszt tej energii na mieszkańca jest znacznie wyższy niż koszt energii na żywność.

Niestety dynamika rozwoju cywilizacji jest taka, że z każdym rokiem ludzkość potrzebuje coraz więcej energii do swojego istnienia i rozwoju. Pomimo obecności dużej liczby zasobów energetycznych i wykorzystywania przez ludzkość różnego rodzaju energii, tempo zużycia zasobów energetycznych znacznie przekracza możliwości ich odnawiania przez naturę. Dotyczy to przede wszystkim nieodnawialnych zasobów naturalnych. Potrzeby człowieka rosną, ludzi jest coraz więcej, a to powoduje ogromne rozmiary produkcji energii i tempo wzrostu jej zużycia. Dziś tradycyjne źródła energii (różne paliwa, zasoby wodne) i technologie ich wykorzystania nie są już w stanie zapewnić społeczeństwu wymaganego poziomu zasilania, ponieważ są to źródła nieodnawialne. I choć sprawdzone zasoby paliw naturalnych są bardzo duże, problem wyczerpywania się naturalnych spiżarni przy obecnym i prognozowanym tempie ich rozwoju przechodzą w perspektywę realną i krótkoterminową. Już dziś, z powodu wyczerpywania się, wiele złóż nie nadaje się pod zabudowę przemysłową, a dla ropy i gazu, na przykład, trzeba udać się w trudno dostępne, odległe tereny, na szelfy oceaniczne itp. Poważni prognostycy udowadniają, że jeśli obecne wielkości i tempo wzrostu zużycia energii utrzymają się na poziomie 3…5% (a niewątpliwie będą jeszcze wyższe), to za 70-150 lat zapasy paliw organicznych całkowicie się wyczerpią.

Kolejnym czynnikiem ograniczającym znaczny wzrost produkcji energii ze spalania paliw jest wszystko zwiększenie zanieczyszczenia środowiska odpadami z produkcji energii... Odpad ten ma znaczną wagę i zawiera dużą ilość różnych szkodliwych składników. I tak podczas produkcji 106 kWh energii elektrycznej w nowoczesnej elektrowni na paliwa stałe do środowiska 100 000 kg pary wodnej, a także związków fluoru, arsenu, wanadu i innych pierwiastków. Ale ilość energii elektrycznej wytwarzanej rocznie liczona jest w setkach i tysiącach miliardów kilowatogodzin! Stąd biorą się kwaśne deszcze, zatrucia pól uprawnych i zbiorników wodnych itp. Co więcej, przyroda nie jest już w stanie przetwarzać tych zanieczyszczeń i samoregeneracji naturalnymi metodami fizykochemicznymi i mikrobiologicznymi.

W energetyce jądrowej pojawiają się różnego rodzaju problemy środowiskowe. Wiążą się one z koniecznością wykluczenia przedostawania się paliwa jądrowego do środowiska i niezawodne unieszkodliwianie odpadów jądrowych, co na obecnym poziomie rozwoju technologii i technologii wiąże się z dużymi trudnościami.

Nie mniej szkodliwe jest zanieczyszczenie termiczne środowiska,środowisko, które może prowadzić do globalnego ocieplenia klimatu Ziemi, topnienia lodowców i podnoszenia się poziomu mórz. W świetle powyższego coraz pilniejsze staje się powszechne, praktyczne wykorzystanie tzw. nietradycyjnych i odnawialnych źródeł energii, które m.in. są również przyjazne dla środowiska, nie zanieczyszczając środowiska. Do takich źródeł należą energia słoneczna, energia wiatru, energia fal morskich i pływów, energia biomasy, energia geotermalna itp. Charakter każdego z tych źródeł energii nie jest taki sam, a sposoby ich zastosowania i wykorzystania są różne. Jednocześnie mają wspólne cechy, w szczególności niską gęstość przepływu generowanej energii, co wymusza jej akumulację i podtrzymanie.

4. Bezpieczeństwo energetyczne i oszczędność energii

Naukowcy przewidują, że paliwa węglowodorowe i paliwo jądrowe pozostaną głównym źródłem energii w dającej się przewidzieć przyszłości. Ale ludzkość już zbliża się do takiego limitu zwiększenia całkowitej mocy tradycyjnych elektrowni, którego pokonanie nieuchronnie pociągnie za sobą katastrofa ekologiczna... Dlatego współczesna „nietradycyjna” energia jest rezerwą, która daje nadzieję i możliwość przezwyciężenia wielu pozornie nierozwiązywalnych problemów i zaspokojenia rosnących potrzeb człowieka w przyszłości. Wraz z doskonaleniem technologii i skalą praktycznego wykorzystania, część „nietradycyjnych” elektrowni stanie się tradycyjną „dużą” energią, druga część znajdzie swoją niszę w „małej” energii do zasilania lokalnych obiektów. Tak czy inaczej, niekonwencjonalne źródła energii mają przed sobą wspaniałą przyszłość i musimy zrobić wszystko, co w naszej mocy, aby ta przyszłość była bardziej prawdopodobna, aby stała się teraźniejszością. Od tego zależą kwestie życia i śmierci na naszej planecie i to właśnie przesądza o pilnej potrzebie racjonalnego zużycia energii, obniżania jej kosztów jednostkowych we wszystkich sferach ludzkiej działalności. Ten kierunek otrzymał nazwę - oszczędność energii.

Jednym ze skutków oszczędzania energii jest bezpośrednie kilkukrotne obniżenie kosztów na przyspieszenie tempa ciągłych poszukiwań źródeł energii i ich rozwoju. Chęć rozwiązania tych i innych problemów jest obserwowana praktycznie od samego początku energetyki na dużą skalę. Jest on wdrażany zarówno w poszukiwaniu innych źródeł energii pierwotnej (przetworniki elektrochemiczne i termojądrowe), jak i przy opracowywaniu nowych metod przetwarzania energii źródeł pierwotnych na energię elektryczną, np. w urządzeniach termoelektrycznych czy termoelektrycznych, w generatorach MHD .

Oszczędzanie energii- działalność organizacyjną, naukową, praktyczną, informacyjną organów państwowych, osób prawnych i osób fizycznych. Działalność ta ma na celu ograniczenie zużycia (strat) surowców paliwowo-energetycznych w procesie ich wydobycia, przetwarzania, transportu, magazynowania, produkcji, użytkowania i utylizacji. Oszczędność energii to zestaw środków zapewniających efektywne i racjonalne wykorzystanie zasobów energetycznych.

Obecnie za najbardziej efektywne uznaje się następujące obszary oszczędzania energii:

1. Stworzenie ram regulacyjnych i prawnych dla oszczędzania energii.

2. Stworzenie niezbędnych mechanizmów ekonomicznych.

3. Stworzenie mechanizmów finansowych oszczędzania energii.

4. Prowadzenie polityki cenowej, która odzwierciedla koszty surowców energetycznych, wytwarzanych produktów, usług oraz określa poziom życia ludności.

5. Stworzenie systemu zarządzania oszczędzaniem energii.

6. Stworzenie systemu informacyjnego promującego problematykę oszczędzania energii, szkolenia, przekwalifikowanie personelu, menedżerów pracujących w tym obszarze.

Podstawa oszczędzania energii - racjonalne wykorzystanie zasobów energetycznych i zmniejszenie ich strat. Polityka oszczędzania energii jest szeroko stosowana we wszystkich rozwiniętych krajach.

Na podstawie definicji pojęcia oszczędność energii jako zespół działań mających na celu efektywne wykorzystanie energii, istnieje wymóg ograniczenia możliwości wykorzystania zasobów materialnych środowiska zewnętrznego, jeśli mówimy o tzw. nieodnawialnych źródłach energii pierwotnej w postaci organicznych paliw mineralnych. Zrozumiałe jest, że wiele krajów w nowoczesnych warunkach dąży do maksymalizacji wykorzystania, ale na nowych zasadach, odnawialnych źródeł energii – wiatru, słońca, biomasy itp. Korzystanie z nich pozwoli już dziś rozwiązać wiele problemów środowiskowych, co tworzy warunki wstępne dla rezerwowanie części rezerw paliw kopalnych dla potomnych(jeśli jednocześnie nie będą jeszcze eksportowane za granicę), w tym na potrzeby nieenergetyczne: produkcja wyrobów chemicznych, leków, wszelkiego rodzaju leków.

W warunkach bezpieczeństwa energetycznego stan państwa rozumiany jest wtedy, gdy wszyscy potrzebujący ich odbiorcy nie odczuwają niedoboru wszystkich rodzajów energii. Szerzej -

jest to stan kompleksu paliwowo-energetycznego, który zapewnia wystarczające i niezawodne dostawy energii do kraju, co jest niezbędne do zrównoważonego rozwoju gospodarczego i komfortowych warunków życia ludności w normalnych warunkach oraz minimalizacji szkód w sytuacjach kryzysowych.
- Utrzymanie wymaganego poziomu bezpieczeństwa narodowego to stan społeczeństwa”

Główny zasady bezpieczeństwa energetycznego są:

Dostępność zasobów lub rezerw energii surowce energetyczne
Rezerwy mocy elektrycznej i cieplnej(co najmniej 15% w porównaniu do obciążenia szczytowego)
Niezawodność urządzeń energetycznych
Sterowanie systemem zasilania kraj do stanu
Jeśli energetyka państwa oparta jest na imporcie surowców energetycznych - zakupy nie powinny być dokonywane w jednym kraju... Udział każdego źródła dostaw energii nie powinien przekraczać 50%
Polityka oszczędzania energii państwa- prawne, organizacyjne, finansowe i ekonomiczne regulowanie działalności w zakresie poszanowania energii. Przykładem uświadomienia sobie wagi rozwiązania problemu oszczędzania energii jest Ustawa Republiki Białoruś „O oszczędzaniu energii”, uchwalona w 1998 roku. Ustawa ta reguluje stosunki powstałe w toku działalności osób prawnych i osób fizycznych w zakresie oszczędzania energii w celu zwiększenia efektywności wykorzystania zasobów paliw i energii oraz ustanawia podstawę prawną tych stosunków. ... Wdrożenie oszczędności energii na poziomie państwa, programy oszczędzania energii.
Republikanin - przez 5 lat, począwszy od 2001 roku.
Regionalny - na 1 rok
Sektorowe naukowo-techniczne - istnieją długoterminowe (na 5 lat) i krótkoterminowe (na 1 rok)
Białoruś stoi przed zadaniem oszczędność energii i zmniejszenie energochłonności produktu krajowego brutto.
Aby rozwiązać ten problem, konieczne jest:
- stworzenie systemu szkoleń dla specjalistów z zakresu oszczędzania energii, technologii energooszczędnych i zarządzania energią;
- zapewnić restrukturyzację myślenia społeczeństwa jako całości, radykalnie zmienić jego podejście do problemu oszczędzania energii i zasobów.

Wykład 2

Zasoby energetyczne świata

Rozważane kwestie:

1. Podstawowe definicje

2. Rodzaje surowców energetycznych i ich klasyfikacja.

3. Struktura i stan światowej gospodarki energetycznej

2.1. Zasoby energetyczne i ich klasyfikacja

Zgodnie z prawem Republika Białoruś „O oszczędzaniu energii”, która została przyjęta 29 czerwca 1998 r. źródłem energii są surowce energetyczne:

Zasoby energetyczne- są to przedmioty materialne, w których skoncentrowana jest energia, nadające się do praktycznego wykorzystania przez człowieka. Zasób energetyczny to dowolne źródło energii, naturalne lub sztucznie aktywowane. Zasoby energetyczne- nośniki energii, które są obecnie w użyciu lub mogą być przydatne w przyszłości.

zasoby paliw i energii(FER) - zbiór wszystkich naturalnych i przetworzonych rodzajów paliw i energii stosowanych w republice.Zasoby energii są klasyfikowane według następującego schematu (rys. 1).

Pierwotne naturalne zasoby energii- naturalnie powstałe w wyniku rozwoju geologicznego Ziemi lub objawiające się połączeniami kosmicznymi (promieniowanie od Słońca), dzielą się na nieodnawialne (węgiel, ropa, gaz ziemny, łupki, torf) oraz odnawialne (energia rzeczna, promieniowanie słoneczne, energia pływów, biopaliwa).

Odnawialne uwzględniają zasoby odnawialne z natury (ziemia, rośliny, zwierzęta itp.), do nieodnawialnych- zasoby wcześniej gromadzone w przyrodzie, ale praktycznie nie powstałe w nowych warunkach geologicznych (ropa naftowa, węgiel i inne zasoby podziemne) .

Wtórne zasoby energii(WERSJA)- energia uzyskana w dowolnym procesie technologicznym w wyniku niedostatecznego wykorzystania energii pierwotnej w postaci produktu ubocznego produkcji głównej i niewykorzystanej w tym procesie energetycznym. Ten rodzaj zasobu obejmuje: odpady domowe i przemysłowe, gorące nośniki ciepła odpadowego, odpady palnych substancji organicznych, odpady rolnicze.

R&S 1. Struktura zasobów energetycznych.

Jedną z klasyfikacji zasobów naturalnych jest klasyfikacja na podstawie wyczerpania, według której zasoby energetyczne dzielą się na zużywalnyorazniewyczerpane (ryc. 3)... Z kolei wyczerpany można podzielić na odnawialneoraznieodnawialne.

DO niewyczerpany obejmują przestrzeń, klimat, zasoby wodne.

Rys. 2. Wyczerpywalne i niewyczerpane zasoby energii.

Wszystkie niewyczerpalne źródła energii uważane są za odnawialne.

W rzeczywistości we wszechświecie nie ma niewyczerpanych zasobów energii. Prędzej czy później się skończą. Na przykład za 4,5 miliarda lat nasza gwiazda, Słońce, wejdzie w kolejny etap ewolucji i zamieni się w białego karła. To przejście nazywa się wybuchem supernowej. Jednocześnie w kosmos zostanie wyemitowany ogromny strumień energii, który dotrze do naszej planety, zniszczy (spali) ziemską atmosferę, wyparuje oceany i Ziemia zamieni się w martwe ciało kosmiczne.

Jednak w porównaniu z życiem ludzkim i czasem istnienia cywilizacji ludzkiej źródła takie uważane są za niewyczerpane. Tak więc odnawialne źródła energii nazywane są źródłami, których przepływy energii istnieją stale lub okresowo powstają w środowisku i nie są konsekwencją celowej działalności człowieka.

Odnawialne źródła energii obejmują energia:

Ocean Światowy w postaci energii przypływów i odpływów, energia fal;

- wiatr;

Prądy morskie;

Posolony;

Wodorost;

Wyprodukowane z biomasy;

Rynny;

Stałe odpady domowe;

Źródła geotermalne.

Wadą odnawialnych źródeł energii jest: niski stopień jego koncentracji. Jest to jednak w dużej mierze równoważone przez ich szeroką dystrybucję, stosunkowo wysoką czystość ekologiczną i ich praktyczną niewyczerpalność. Najbardziej racjonalne jest korzystanie z takich źródeł bezpośrednio w pobliżu odbiorcy bez przesyłania energii na odległość. Energia pracując nad tymi źródłami wykorzystuje przepływy energii, które już istnieją w otaczającej przestrzeni, redystrybuuje, ale nie narusza ich ogólnej równowagi.

Około 90% obecnie wykorzystywanych zasobów energetycznych to nieodnawialne(węgiel, ropa, gaz itp.). Wynika to z ich wysokiego potencjału energetycznego, względnej dostępności ich ekstrakcji. Tempo wydobycia i zużycia tych surowców determinuje politykę energetyczną. Najczęściej używane dziś źródła energii to tradycyjny, nowe rodzaje zasobów energetycznych, których wykorzystanie rozpoczęło się stosunkowo niedawno - alternatywa ( zasoby energetyczne rzek, zbiorników i kanalizacji przemysłowych, energia wiatru, energia słoneczna, zredukowany gaz ziemny, biomasa (w tym odpady drzewne), ścieki i odpady komunalne) .

W nowoczesnym zarządzaniu przyrodą zasoby energetyczne dzieli się na: trzy grupy

– uczestnicząc w stałym obrocie i przepływie energii(energia słoneczna, kosmiczna itp.),

- zdeponowane zasoby energii(ropa, gaz, torf, łupek itp.) i

- sztucznie aktywowane źródła energii(energia atomowa i termojądrowa).

Z ekonomicznego punktu widzenia istnieją brutto, techniczne i ekonomiczne zasoby energetyczne.

Zasób brutto reprezentuje całkowitą energię zawartą w danym zasobie energii wideo.

Zasoby techniczne – jest to energia, którą można pozyskać z tego rodzaju zasobu energetycznego przy istniejącym rozwoju nauki i techniki. Waha się od ułamka procenta do dziesięciu procent brutto, ale stale rośnie w miarę ulepszania urządzeń energetycznych i opanowywania nowych technologii.

Zasób gospodarczy – energia, której pozyskiwanie z tego rodzaju zasobu jest ekonomicznie opłacalne przy istniejącym stosunku cen sprzętu, materiałów i robocizny. Stanowi pewną część technicznego, a wraz z rozwojem energetyki rośnie.

Przyjęło się charakteryzować zasoby energetyczne liczbą lat, w których zasób ten będzie wystarczający do produkcji energii na nowoczesnym poziomie jakości. Z raportu Komisji Światowej Rady Energetycznej (1994) wynika, że przy obecnym poziomie zużycia zapasy węgla wystarczą na 250 lat, gaz na 60 lat, ropa na 40 lat. Jednocześnie, według International Institute for Applied Systems Analysis, światowe zapotrzebowanie na energię wzrośnie z 9,2 mld ton w przeliczeniu na ropę (koniec lat 90.) do 14,2-24,8 mld ton w 2050 roku.

Wskaźnik efektywności energetycznej- naukowo popartą bezwzględną lub określoną wielkością zużycia surowców paliwowo-energetycznych (z uwzględnieniem ich strat regulacyjnych) na dowolny cel, ustaloną dokumentami regulacyjnymi.

Efektywność wykorzystanie zasobów energetycznych jest zdeterminowane stopniem przekształcenia ich potencjału energetycznego w finalnie zużyte produkty lub finalnie zużyte rodzaje energii i charakteryzuje się współczynnik wykorzystania energii:

gdzie η D – współczynnik regeneracji potencjalna podaż energii (stosunek wydobytej do całkowitej ilości zasobu),

η P – współczynnik konwersji(stosunek otrzymanej energii użytecznej do wszystkich dostarczanych zasobów energetycznych), η oraz – współczynnik wykorzystania energii(stosunek zużytej energii do energii dostarczonej konsumentowi).

W przypadku niektórych rodzajów paliw kopalnych η D jest:

dla ropy 30,… 40%, dla gazu 80%, dla węgla  40%. Podczas spalania paliwa η P wynosi 9498%.

Pojęcie efektywności energetycznej wiąże się z pojęciem efektywnego i racjonalnego wykorzystania zasobów energetycznych.

Balans energetyczny To system wskaźników odzwierciedlających ilościową zależność między dochodem a zużyciem zasobów energetycznych, podział według rodzaju i odbiorców (patrz ryc. 3).

Ryż. 3. Struktura bilansu energetycznego.

Racjonalne wykorzystanie zasobów - jest to system działań mających na celu zapewnienie ekonomicznej wykorzystanie i reprodukcja zasobów biorąc pod uwagę obiecujące interesy rozwijającej się gospodarki narodowej i ochronę zdrowia ludzi.

Efektywne wykorzystanie zasobów - wykorzystanie wszystkich rodzajów energii w ekonomicznie uzasadnione, postępowe sposoby przy istniejącym poziomie rozwoju technologii i technologii (implikuje wtórne wykorzystanie zasobów, zmniejszenie zużycia, oszczędność energii, nieprzekraczanie ekologicznego progu zrównoważenia ekosystemu).

Użytkownicy surowców paliwowo-energetycznych- podmioty gospodarcze, niezależnie od formy własności, zarejestrowane na terytorium Republiki Białoruś jako osoby prawne lub przedsiębiorcy nie tworzący osobowości prawnej, a także inne osoby, które zgodnie z ustawodawstwem Republiki Białoruś posiadają prawo do zawierania umów biznesowych, a obywatele korzystający z surowców paliwowo-energetycznych.

Producenci surowców paliwowych i energetycznych- podmioty gospodarcze, bez względu na formę własności, zarejestrowane na terytorium Republiki Białoruś jako osoby prawne, dla których towarem jest każdy rodzaj surowców paliwowo-energetycznych wykorzystywanych w republice.

Pod systemem energetycznym lub energetycznym, należy rozumieć całość dużych naturalnych (naturalnych) i sztucznych (wytworzonych przez człowieka) systemów przeznaczonych do pozyskiwania, przekształcania, dystrybucji i wykorzystywania wszelkiego rodzaju zasobów energetycznych w gospodarce narodowej.

Energia jest uważany za duży system, który zawiera części innych dużych systemów jako podsystemy.
Druga interpretacja systemu elektroenergetycznego, przyjęty wśród energetyków, przedstawia się następująco: system energetyczny- to zespół połączonych ze sobą elektrowni, podstacji, linii elektroenergetycznych, sieci elektroenergetycznych i ciepłowniczych, węzłów poboru energii elektrycznej i ciepła.
W ramach systemu energetycznego funkcjonują następujące duże systemy, które zaspokajają potrzeby całej gospodarki w zakresie energii elektrycznej i cieplnej:

system elektroenergetyczny (elektroenergetyka), w skład którego jako podsystemu wchodzi system zaopatrzenia w ciepło (energetyka cieplna);

system zaopatrzenia w ropę i gaz;

system przemysłu węglowego;

energia nuklearna;

niekonwencjonalna energia.

Wytwarzanie energii zapewnić elektrownie; transformacja- transformatory, transport;

dystrybucja energii elektrycznej- linie energetyczne; konsumpcja- różne odbiorniki.

2.2 Rodzaje paliw, właściwości i zapasy

Zgodnie z definicją DI Mendelejewa „paliwo jest palną substancją celowo spalaną w celu uzyskania ciepła”. Paliwo mineralne jest głównym źródłem energii we współczesnej gospodarce i najważniejszym surowcem przemysłowym. Przetwarzanie paliw mineralnych jest podstawą do tworzenia przedsiębiorstw przemysłowych, w tym petrochemicznych, gazowo-chemicznych, brykietów torfowych itp.

Paliwa dzielą się na następujące cztery grupy:

Solidny;

Gazowy;

Jądrowy.

Najwcześniejszą formą paliwa stałego było (i w wielu miejscach nadal jest) drewno i inne rośliny: słoma, trzcina, łodygi kukurydzy itp.

Pierwsza rewolucja przemysłowa, która w XIX wieku całkowicie przekształciła rolnicze kraje Europy, a następnie Ameryki, nastąpiła w wyniku przejścia z paliwa drzewnego na węgiel kopalny. Potem nadeszła era elektryczności.

Odkrycie elektryczności miało ogromny wpływ na życie ludzkości i doprowadziło do narodzin i rozwoju największych miast świata.

Wykorzystanie ropy naftowej (paliwa płynnego) i gazu ziemnego w połączeniu z rozwojem elektroenergetyki, a następnie rozwojem energetyki jądrowej, pozwoliło krajom uprzemysłowionym na przeprowadzenie wielkich przemian, w wyniku których powstało nowoczesne wygląd Ziemi.

Tak więc, aby paliwo stałe włączać:

Drewno, inne produkty roślinne;

Węgiel (w jego odmianach: kamień, brąz);

Torf;

- łupki bitumiczne.

Stałe paliwa kopalne (z wyłączeniem łupków łupkowych) są produktami rozkładu materii organicznej w roślinach. Najmłodszy z nich torf, który jest gęstą masą utworzoną z rozłożonych szczątków roślin bagiennych. Następne najstarsze to węgle brunatne- ziemista lub czarna jednorodna masa, która przy dłuższym przechowywaniu na powietrzu częściowo utlenia się (eroduje) i kruszy na proszek. Więc idź węgiel, mający z reguły zwiększoną wytrzymałość i niższą porowatość. Masa organiczna najstarszego z nich - antracyt przeszedł największe zmiany i zawiera 93% węgla. Antracyt jest bardzo twardy.

Łupki bitumiczne to minerał z grupy twardych kaustobiolitów, który podczas suchej destylacji daje znaczną ilość żywicy, zbliżonej składem do oleju.

Paliwa płynne otrzymywany przez rafinację oleju. Ropa naftowa jest podgrzewana do 300 ... 370 ° C, po czym powstałe opary są rozpraszane na frakcje, które kondensują w różnych temperaturach:

Gaz płynny (wydajność ok. 1%);

Benzyna (około 15%, tк = 30 ... 180 ° С);

Nafta (około 17%, tк = 120 ... 135 ° С);

Olej napędowy (około 18%, tк = 180 ... 350 ° С).

Ciekła pozostałość o początkowej temperaturze wrzenia 330 - 350 ° C nazywana jest olejem opałowym.

Paliwa gazowe są gazu ziemnego, produkowane zarówno bezpośrednio, jak i incydentalnie z wydobyciem ropy naftowej, tzw. Głównym składnikiem gazu ziemnego jest metan СН4 i niewielka ilość azotu N2, wyższe węglowodory СnНm, dwutlenek węgla СО2. Powiązany gaz zawiera mniej metanu niż gaz ziemny, ale więcej węglowodorów, a zatem uwalnia więcej ciepła podczas spalania.

W przemyśle, a zwłaszcza w życiu codziennym, jest powszechna gaz płynny otrzymywany z pierwotnej rafinacji oleju. W zakładach hutniczych, jako produkty uboczne, które otrzymują gazy koksownicze i wielkopiecowe,... Wykorzystywane są tutaj w zakładach do ogrzewania pieców i urządzeń technologicznych. Na terenach, na których zlokalizowane są kopalnie węgla, może być swoistym „paliwem”: metan uwalniane z warstw podczas ich wentylacji. Gazy otrzymywane w wyniku zgazowania (generator) lub suchej destylacji (ogrzewanie bez dostępu powietrza) paliw stałych zostały praktycznie w większości krajów zastąpione gazem ziemnym, ale teraz ponownie pojawia się zainteresowanie ich produkcją i wykorzystaniem.

Ostatnio pojawia się coraz więcej aplikacji biogaz- produkt fermentacji beztlenowej (fermentacji) odpadów organicznych (obornik, resztki roślinne, śmieci, ścieki itp.).

Paliwo jądrowe jest Uran. O skuteczności jego wykorzystania świadczy praca pierwszego na świecie lodołamacza o napędzie atomowym „Lenin” o wyporności 19 tys. ton, długości 134 m, szerokości 23,6 m, wysokości 16,1 m, zanurzeniu 10,5 m, z prędkością 18 węzłów (ok. 30 km/h). Został stworzony do eskortowania karawan statków wzdłuż Północnej Drogi Morskiej, której grubość lodu sięgała 2 metrów lub więcej. Spożywał 260-310 gramów uranu dziennie. Lodołamacz z silnikiem Diesla potrzebowałby 560 ton oleju napędowego do wykonania takiej samej pracy, jak lodołamacz Lenina.

Analiza oceny podaży surowców paliwowo-energetycznych wskazuje, że najrzadszym rodzajem paliwa jest ropa naftowa. Według różnych źródeł wystarczy na 250 lat. Wtedy, po 35-64 latach, wyczerpią się rezerwy gazu palnego i uranu. Najlepiej sytuacja wygląda z węglem, którego zasoby na świecie są wystarczająco duże, a podaż węgla wyniesie 218-330 lat.

2.2 Paliwo warunkowe, wartość opałowa, potencjał energetyczny.

Kalkulacje ekonomiczne, porównanie wskaźników urządzeń zużywających paliwo ze sobą oraz planowanie muszą być przeprowadzane jednolicie. Dlatego wprowadzono pojęcie tzw. paliwa ekwiwalentnego.

Paliwo konwencjonalne to jednostka rozliczeniowa paliw kopalnych używana do porównywania wydajności różnych paliw i całkowitego rozliczania. Stosowanie paliwa ekwiwalentnego jest szczególnie wygodne przy porównywaniu sprawności różnych elektrociepłowni.

Jako jednostkę paliwa ekwiwalentnego stosuje się 1 kg paliwa o wartości opałowej 7000 kcal/kg (29,3 MJ/kg), co odpowiada dobremu suchemu węglu niskopopiołowemu. Dla porównania zwróćmy uwagę, że węgle brunatne mają wartość opałową poniżej 24 MJ/kg, a antracyty i węgle bitumiczne – 23-27 MJ/kg. Stosunek paliwa konwencjonalnego do naturalnego wyraża się wzorem

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

gdzie W jest masą równoważnej ilości równoważnego paliwa, kg;

VN - masa paliwa naturalnego, kg (paliwo stałe i płynne) lub m3 -gaz;

Qнр - najniższa wartość opałowa danego paliwa naturalnego, kcal / kg lub kcal / m3.

Stosunek E = Qнр / 7000

nazywa współczynnik kalorii, i jest akceptowane dla:

Olej - 1,43;

Gaz ziemny - 1,15;

Torf - 0,34-0,41 (w zależności od wilgotności);

Brykiety torfowe - 0,45 -0,6 (w zależności od wilgotności);

olej napędowy - 1,45;

Olej opałowy - 1,37.

Wartość opałowa różnych paliw, kcal / kg, wynosi w przybliżeniu:

olej - 10 000 (kcal / kg);

gaz ziemny - 8000 (kcal / m3);

węgiel kamienny – 7000 (kcal/kg);

drewno opałowe o wilgotności 10% - 3900 (kcal/kg);

40% - 2400 (kcal / kg);

wilgotność torfu 10% - 4100 (kcal/kg);

40% - 2500 (kcal / kg);

Parametrem decydującym o możliwości wykorzystania źródła energii jest Potencjał energetyczny... Jest wyrażony w jednostkach energii J lub kWh. Potencjał energetyczny zasobów energetycznych Ziemi, mierzony w eksadżuli, (eJ = 10 18 J), szacowany jest przez następujące wartości:

energia rozszczepienia jądrowego 1,9710 6
energia geotermalna 2,94 10 6
energia Słońca na poziomie Ziemi przez 1 rok 2,41 10 6
energia chemiczna paliwa chemicznego 5,21 10 5
energia termojądrowa 3,60 10 5
energia pływów, na 1 rok 2,52 10 5
energia wiatrowa, na 1 rok 6.12 · 10 3
bioenergia lasów, na 1 rok 1.4610 3
energia rzek za 1 rok 1,19 10 2

2.3 Zasoby energetyczne świata

Struktura dzisiejszej światowej gospodarki energetycznej rozwinęła się w taki sposób, że 80% zużywanej energii elektrycznej uzyskuje się poprzez spalanie paliwa w elektrowniach, gdzie energia chemiczna paliwa zamieniana jest najpierw na ciepło, ciepło na pracę, a pracę na Elektryczność. Istotny procent stanowi również energia wodna (około 15%), resztę pokrywają inne źródła, głównie elektrownie jądrowe. Potrzeby człowieka rosną, ludzi jest coraz więcej, a to powoduje ogromne rozmiary produkcji energii i tempo wzrostu jej zużycia. Dziś tradycyjne źródła energii (różne paliwa, zasoby wodne) i technologie ich wykorzystania nie są już w stanie zapewnić wymaganego poziomu zasilania społeczeństwa, ponieważ są to źródła nieodnawialne, a ich liczba gwałtownie spada. I choć udokumentowane zasoby paliw naturalnych są bardzo duże, to problem wyczerpywania się zasobów naturalnych przy obecnym i prognozowanym tempie ich rozwoju nabiera realnej i bliskiej perspektywy. Już dziś, z powodu wyczerpywania się, wiele złóż nie nadaje się pod zabudowę przemysłową, a dla ropy i gazu, na przykład, trzeba udać się w trudno dostępne, odległe tereny, na szelfy oceaniczne itp. Poważni prognostycy udowadniają, że jeśli obecne wielkości i tempo wzrostu zużycia energii utrzymają się na poziomie 3…5% (a niewątpliwie będą jeszcze wyższe), to za 70-150 lat zapasy paliw organicznych całkowicie się wyczerpią.

Ograniczone rezerwy zasobów nieodnawialnych wykorzystywanych do wytwarzania energii elektrycznej, nawet biorąc pod uwagę oszczędności, odzwierciedla tabela 2.1. Rozwój nowoczesnych technologii wymaga wzrostu zużycia energii elektrycznej. Ponadto należy wziąć pod uwagę, że tempo wzrostu populacji pozwala przewidywać, że za 40 lat na Ziemi będzie żyło 12 miliardów ludzi, dlatego problemy z oszczędzaniem energii są tak trudne.

Tabela 2.1. Zasoby energetyczne świata

Elektroenergetyka jest najważniejszą gałęzią gospodarki każdego kraju, ponieważ jej produkty (energia elektryczna) są uniwersalnym rodzajem energii. Może być łatwo przesyłany na znaczne odległości, z podziałem na dużą liczbę odbiorców. Bez energii elektrycznej niemożliwe jest przeprowadzenie wielu procesów technologicznych, tak jak nie sposób wyobrazić sobie codziennego życia bez ogrzewania, oświetlenia, chłodzenia, transportu, telewizora, lodówki, pralki, odkurzacza, żelazka, przy użyciu nowoczesnych środków komunikacji (telefon, telegraf, fax, komputer), które również zużywają energię elektryczną.

W większości rozwiniętych krajów zagranicznych składnik elektryczny całego kompleksu paliwowo-energetycznego sięga 35-40%, a na początku XXI wieku przekroczył 50%. Energia elektryczna jest wprowadzana praktycznie we wszystkie nowe sfery przemysłu, rolnictwa i życia codziennego.

Stany Zjednoczone produkują około 2,5 biliona. kWh energii elektrycznej w krajach WNP – około 1,75 biliona. kWh. Łączna moc elektrowni w USA wynosi 660 mln kWh, w WNP około 350 mln kWh, z czego 30% w USA w trybie gorącego czuwania. W WNP nie ma gorącej rezerwy, a zimna to 6-8%, podczas gdy norma to 13%.Stopień uzbrojenia elektrycznego w Republice Białoruś wynosi 22%, czyli znacznie mniej niż wskaźniki nie tylko kraje rozwinięte, ale średnia światowa (27%).

Chociaż kraje rozwinięte przestały zwiększać zużycie energii na mieszkańca w ciągu ostatnich 25 lat, wzrost zużycia pozostaje wysoki, napędzany przez zwiększone zużycie energii na mieszkańca w krajach rozwijających się. W obecnym tempie rozwój elektroenergetyki będzie trwał jeszcze długo, w tym również naszej.

Czyli aby dowiedzieć się, jak można oszczędzać energię, trzeba jasno zdefiniować pojęcie „energii”?

Energia (gr. akcja, aktywność) jest ogólną miarą ilościową różnych form ruchu materii.

Ta definicja oznacza:

Energia to coś, co objawia się tylko wtedy, gdy zmienia się stan (pozycja) różnych obiektów w otaczającym nas świecie;

Energia to coś, co może przechodzić z jednej formy w drugą (ryc. 1.1);

Energia charakteryzuje się zdolnością do wykonywania pracy użytecznej dla człowieka;

Energia to coś, co można obiektywnie zdefiniować, określić ilościowo.

Energia w postaci A			Energia w formie B

Ryż. 1.1. Schemat konwersji energii z jednego typu na inny

Energia w naukach przyrodniczych, w zależności od natury, dzieli się na następujące typy.

Energia mechaniczna - przejawia się podczas interakcji, ruchu poszczególnych ciał lub cząstek.

Obejmuje energię ruchu lub rotacji ciała, energię deformacji podczas zginania, rozciągania, skręcania,

Kompresja ciał elastycznych (sprężyny). Energia ta jest najszerzej wykorzystywana w różnych maszynach - transportowych i technologicznych.

Energia cieplna to energia nieuporządkowanego (chaotycznego) ruchu i interakcji cząsteczek substancji.

Energia cieplna, pozyskiwana najczęściej ze spalania różnego rodzaju paliw, jest szeroko wykorzystywana do ogrzewania, realizując liczne procesy technologiczne (ogrzewanie, topienie, suszenie, odparowanie, destylacja itp.).

Do porównania różnych rodzajów paliwa i całkowitego rozliczenia jego zapasów przyjęto jednostkę rozliczenia – paliwo konwencjonalne, którego ciepło spalania przyjęto jako 29,3 MJ/kg (7000 kcal/kg) (tab. 1.1). "

Energia elektryczna - energia elektronów (prądu elektrycznego) poruszających się po obwodzie elektrycznym.

Energia elektryczna jest wykorzystywana do pozyskiwania energii mechanicznej za pomocą silników elektrycznych oraz do przeprowadzania procesów mechanicznych przetwarzania materiałów: kruszenia, mielenia, mieszania; do przeprowadzania reakcji elektrochemicznych; pozyskiwanie energii cieplnej w elektrycznych urządzeniach grzewczych i piecach; do bezpośredniej obróbki materiałów (obróbka elektroerozyjna).

Energia chemiczna to energia „przechowywana” w atomach substancji, która jest uwalniana lub pochłaniana przez reakcje chemiczne między substancjami.

Energia chemiczna jest uwalniana w postaci ciepła podczas reakcji egzotermicznych (na przykład spalania paliwa) lub przekształcana w energię elektryczną w ogniwach galwanicznych i akumulatorach. Te źródła energii charakteryzują się wysoką sprawnością (do 98%), ale niską wydajnością.

Energia magnetyczna – energia magnesów trwałych, które mają duży zapas energii, ale bardzo niechętnie z niej „oddają”. Jednak prąd elektryczny wytwarza wokół siebie rozległe, silne pola magnetyczne, dlatego najczęściej mówi się o energii elektromagnetycznej.

Energie elektryczne i magnetyczne są ze sobą ściśle powiązane, każdą z nich można uznać za „odwrotną” stronę drugiej.

Energia elektromagnetyczna to energia fal elektromagnetycznych, czyli poruszających się pól elektrycznych i magnetycznych. Obejmuje światło widzialne, podczerwień, ultrafiolet, promieniowanie rentgenowskie i fale radiowe.

Energia jądrowa to energia zlokalizowana w jądrach atomów tzw. substancji promieniotwórczych. Jest uwalniany podczas rozszczepienia jąder ciężkich (reakcja jądrowa) lub fuzji jąder lekkich (reakcja termojądrowa).

Energia grawitacyjna to energia wywołana oddziaływaniem (grawitacją) masywnych ciał, jest to szczególnie widoczne w przestrzeni kosmicznej. W warunkach ziemskich jest to np. energia „magazynowana” przez ciało uniesione na określoną wysokość nad powierzchnię Ziemi – energia grawitacji.

Tak więc, w zależności od poziomu przejawów, można wybrać energię makrokosmosu - grawitacyjną, energię oddziaływania ciał - mechaniczną, energię oddziaływań molekularnych - cieplną, energię oddziaływań atomowych - chemiczną, energię promieniowania - elektromagnetyczną, energia zawarta w jądrach atomów - jądrowa.

Współczesna nauka nie wyklucza istnienia innych rodzajów energii, które nie zostały jeszcze zarejestrowane, ale nie naruszają jednego przyrodniczo-naukowego obrazu świata i koncepcji energii.

Ogólnie rzecz biorąc, pojęcie energii, idea jej jest sztuczna i stworzona specjalnie po to, by być wynikiem naszych refleksji nad otaczającym nas światem. W przeciwieństwie do materii, o której można powiedzieć, że istnieje, energia jest owocem ludzkiej myśli, jego „wynalazku”, zbudowanej w taki sposób, aby można było opisywać różne zmiany zachodzące w otaczającym świecie i jednocześnie mówić o stałość, której zachowanie jest czymś, co nazwano energią, nawet jeśli nasze rozumienie energii zmienia się z roku na rok.

Jednostką miary energii jest 1 J (dżul). Jednocześnie do pomiaru ilości ciepła należy użyć „starej” jednostki – 1 cal (kalorii) = 4,18 J, do pomiaru energii mechanicznej należy użyć wartości 1 kgm = 9,8 J, energii elektrycznej – 1 kWh = 3,6 MJ , gdzie 1 J = = 1 WS.

Należy zauważyć, że w literaturze przyrodniczej energie cieplne, chemiczne i jądrowe są czasami łączone z pojęciem energii wewnętrznej, tj. zawartej w substancji.

W związku z rozwojem technologii produkcji i znacznym pogorszeniem sytuacji środowiskowej w wielu regionach świata ludzkość staje przed problemem znalezienia nowych źródeł energii. Z jednej strony ilość wytwarzanej energii powinna być wystarczająca dla rozwoju produkcji, nauki i użyteczności publicznej, z drugiej zaś produkcja energii nie powinna negatywnie wpływać na środowisko.

Takie sformułowanie pytania doprowadziło do poszukiwania tzw. alternatywnych źródeł energii – źródeł spełniających powyższe wymagania. Dzięki wysiłkom światowej nauki odkryto wiele takich źródeł, obecnie większość z nich jest już mniej lub bardziej wykorzystywana. Zwracamy uwagę na ich krótki przegląd:

Energia słoneczna

Elektrownie słoneczne są aktywnie wykorzystywane w ponad 80 krajach, przetwarzają energię słoneczną na energię elektryczną. Istnieją różne sposoby takiej konwersji i odpowiednio różne typy elektrowni słonecznych. Najpopularniejsze stacje wykorzystują konwertery fotowoltaiczne (ogniwa fotowoltaiczne) połączone w panele słoneczne. Większość największych instalacji fotowoltaicznych na świecie znajduje się w Stanach Zjednoczonych.

Energia wiatrowa

Elektrownie wiatrowe (farmy wiatrowe) są szeroko stosowane w USA, Chinach, Indiach, a także w niektórych krajach Europy Zachodniej (np. w Danii, gdzie wytwarza się w ten sposób 25% całej energii elektrycznej). Energetyka wiatrowa jest bardzo obiecującym źródłem energii alternatywnej, obecnie wiele krajów znacznie rozszerza wykorzystanie tego typu elektrowni.

Biopaliwa

Głównymi zaletami tego źródła energii w porównaniu z innymi rodzajami paliw są jego przyjazność dla środowiska i odnawialność. Nie wszystkie rodzaje biopaliw należą do alternatywnych źródeł energii: tradycyjne drewno opałowe jest również biopaliwem, ale nie jest alternatywnym źródłem energii. Biopaliwa alternatywne to biopaliwa stałe (torf, odpady drzewne i rolne), płynne (biodiesel i olej z biomasy, a także metanol, etanol, butanol) oraz gazowe (wodór, metan, biogaz).

Energia pływów i fal

W przeciwieństwie do tradycyjnej energii wodnej, która wykorzystuje energię przepływu wody, alternatywna energia wodna nie jest jeszcze rozpowszechniona. Głównymi wadami elektrowni pływowych są wysokie koszty ich budowy oraz dobowe zmiany mocy, dla których wskazane jest wykorzystywanie elektrowni tego typu tylko w ramach systemów elektroenergetycznych wykorzystujących również inne źródła energii. Głównymi zaletami są wysoka przyjazność dla środowiska i niski koszt produkcji energii.

Energia cieplna Ziemi

Do opracowania tego źródła energii wykorzystywane są elektrownie geotermalne, wykorzystujące energię wysokotemperaturowych wód gruntowych, a także wulkanów. W chwili obecnej bardziej rozpowszechniona jest energia hydrotermalna, wykorzystująca energię gorących źródeł podziemnych. Energia petrotermiczna oparta na wykorzystaniu „suchego” ciepła wnętrza Ziemi jest obecnie słabo rozwinięta; Za główny problem uważa się niską opłacalność tej metody pozyskiwania energii.

Elektryczność atmosferyczna

(Błyskawice na powierzchni Ziemi występują niemal jednocześnie w różnych miejscach na planecie.)

Energia burzy, oparta na wychwytywaniu i gromadzeniu energii błyskawicy, jest wciąż w powijakach. Głównymi problemami energii burzowej są ruchliwość frontów burzowych, a także prędkość atmosferycznych wyładowań elektrycznych (błyskawicy), co utrudnia akumulację ich energii.

Przed omówieniem głównych środków oszczędzania energii, tj. aby dowiedzieć się, jak można oszczędzać energię, trzeba jasno zdefiniować, co to jest „energia”?

Energia (gr. akcja, aktywność) jest ogólną miarą ilościową różnych form ruchu materii.

Ta definicja oznacza:

Energia to coś, co objawia się tylko wtedy, gdy zmienia się stan (pozycja) różnych obiektów w otaczającym nas świecie;

Energia to coś, co może przechodzić z jednej formy w drugą;

Energia charakteryzuje się zdolnością do wykonywania pracy użytecznej dla człowieka;

Energia to coś, co można obiektywnie zdefiniować, określić ilościowo.

Energia w naukach przyrodniczych, w zależności od natury, dzieli się na następujące typy.

Energia mechaniczna - przejawia się podczas interakcji, ruchu poszczególnych ciał lub cząstek.

Obejmuje energię ruchu lub obrotu ciała, energię odkształcenia podczas zginania, rozciągania, skręcania, ściskania ciał elastycznych (sprężyny). Energia ta jest najszerzej wykorzystywana w różnych maszynach - transportowych i technologicznych.

Energia cieplna to energia nieuporządkowanego (chaotycznego) ruchu i interakcji cząsteczek substancji.

Do porównania różnych rodzajów paliwa i całkowitego rozliczenia jego zapasów, oceny efektywności wykorzystania zasobów energetycznych, porównania wskaźników urządzeń wykorzystujących ciepło przyjmuje się jednostkę miary - paliwo konwencjonalne, którego ciepło spalania przyjmuje się jako 29,33 MJ/kg (7000 kcal/kg). W analizie porównawczej jednostką miary jest zwykle tona ekwiwalentu paliwa.

1 t ekwiwalentu paliwa = 29,33 10 9 J = 7 10 6 kcal = 8,12 10 3 kWh

Odpowiada to dobremu węglu o niskiej zawartości popiołu, czasami określanemu jako ekwiwalent węgla. Do analiz za granicą stosuje się paliwo wzorcowe o wartości opałowej 41,9 MJ/kg. Ten wskaźnik nazywa się ekwiwalentem oleju.

Energia elektryczna - energia elektronów (prądu elektrycznego) poruszających się po obwodzie elektrycznym.

Energia chemiczna to energia „przechowywana” w atomach substancji, która jest uwalniana lub pochłaniana przez reakcje chemiczne między substancjami.

Energie elektryczne i magnetyczne są ze sobą ściśle powiązane, każdą z nich można uznać za „odwrotną” stronę drugiej.

Energia elektromagnetyczna to energia fal elektromagnetycznych, tj. poruszające się pola elektryczne i magnetyczne. Obejmuje światło widzialne, podczerwień, ultrafiolet, promieniowanie rentgenowskie i fale radiowe.

Współczesna nauka nie wyklucza istnienia innych rodzajów energii, które nie zostały jeszcze zarejestrowane, ale nie naruszają jednego przyrodniczo-naukowego obrazu świata i koncepcji energii.

Jednostka energii wynosi 1 J (dżul). Jednocześnie do pomiaru ilości ciepła należy użyć „starej” jednostki – 1 cal (kalorii) = 4,18 J, do pomiaru energii mechanicznej należy użyć wartości 1 kg m = 9,8 J, energii elektrycznej – 1 kW h = 3 , 6 MJ, przy 1 J = 1 W S.

Należy zauważyć, że w literaturze przyrodniczej energie cieplne, chemiczne i jądrowe są czasami łączone z pojęciem energii wewnętrznej, tj. zamknięty wewnątrz substancji.