Energia și tipurile sale. Metode tradiționale de obținere a energiei termice și electrice. Energie

24.08.2019

Tipuri, metode de obținere, conversie și utilizare a energiei. Energia și tipurile sale. Scop și utilizare

Energia și tipurile sale. Scop și utilizare

Energia joacă un rol decisiv în dezvoltarea civilizației umane. Consumul de energie și acumularea de informații au aproximativ același model de schimbare în timp. Există o relație strânsă între consumul de energie și producția.

Conform conceptelor științei fizice, energia este capacitatea unui corp sau a unui sistem de corpuri de a lucra. Există diferite clasificări de tipuri și forme de energie. Să numim acele tipuri de ei pe care oamenii le întâlnesc cel mai des în viața de zi cu zi: mecanice, electrice, electromagnetice și interne. Energia internă include termică, chimică și intranucleară (atomică). Forma internă a energiei se datorează energiei potențiale a interacțiunii particulelor care alcătuiesc corpul sau energiei cinetice a mișcării lor aleatorii.

Dacă energia este rezultatul unei modificări a stării de mișcare a punctelor materiale sau a corpurilor, atunci se numește cinetică; include energia mecanică a mișcării corpurilor, energia termică datorată mișcării moleculelor.

Dacă energia este rezultatul unei modificări a poziției relative a părților unui sistem dat sau a poziției acestuia în raport cu alte corpuri, atunci se numește potențial; include energia maselor atrase de legea gravitației universale, energia poziției particulelor omogene, de exemplu, energia unui corp deformat elastic și energia chimică.

Principala sursă de energie este soarele. Sub acțiunea razelor sale, clorofila vegetală descompune dioxidul de carbon absorbit din aer în oxigen și carbon; acesta din urmă se acumulează în plante. Cărbunele, gazele subterane, turba, șistul și lemnul de foc sunt rezerve de energie radiantă, solară, extrase de clorofilă sub formă de energie chimică a cărbunelui și a hidrocarburilor. Energia apei se obține și din energia solară, care evaporă apa și ridică aburul în straturile înalte ale atmosferei. Vântul folosit în turbinele eoliene rezultă din încălzirea diferită a pământului de către soare în diferite locuri. Rezerve uriașe de energie sunt conținute în nucleele atomilor elementelor chimice.

Sistemul Internațional de Unități (SI) folosește joule ca unitate de energie. Dacă calculele sunt legate de căldură, biologică, electrică și multe alte tipuri de energie, atunci o calorie (cal) sau o kilocalorie (kcal) este folosită ca unitate de energie.

1 cal = 4,18 J.

Pentru a măsura energia electrică, ei folosesc o astfel de unitate precum Wh (Wh, kWh, MWh).

1 W. h \u003d 3,6 MJ sau 1 J \u003d 1 W. Cu.

Pentru a măsura energia mecanică, se folosește o unitate precum kg. m.

1 kg. m = 9,8 J.

Energia care este continuta in sursele naturale (resurse energetice) si poate fi transformata in electrica, mecanica, chimica, se numeste primara.

Tipurile tradiționale de energie primară, sau resurse energetice, includ: combustibil organic (cărbune, petrol, gaz etc.), hidroenergie fluvială și combustibil nuclear (uraniu, toriu etc.).

Energia primită de o persoană după conversia energiei primare la instalațiile speciale ale stațiilor se numește secundară (energie electrică, abur, apă caldă etc.).

În prezent, se lucrează pe scară largă cu privire la utilizarea surselor de energie netradițională, regenerabilă: solar, eolian, maree, valuri mării și căldură de pe pământ. Aceste surse, pe lângă faptul că sunt regenerabile, sunt clasificate drept tipuri de energie „curată”, deoarece utilizarea lor nu duce la poluarea mediului.

Pe fig. 10.1.1 arată clasificarea energiei primare. Tipuri tradiționale de energie, care au fost utilizate pe scară largă de către om în orice moment, și cele netradiționale, care au fost relativ puțin utilizate până de curând din cauza lipsei de metode economice pentru transformarea lor industrială, dar sunt deosebit de relevante astăzi datorită lor. ecologice ridicate, sunt evidențiate.

Orez. 10.1.1. Schema de clasificare a energiei primare

În schema de clasificare, energiile neregenerabile și cele regenerabile sunt indicate prin casete albe și, respectiv, gri.

Consumul de energie de tipul necesar și furnizarea acesteia către consumatori are loc în procesul de producere a energiei, în care se pot distinge cinci etape: 1. Obținerea și concentrarea resurselor energetice: extracția și îmbogățirea combustibilului, concentrarea presiunii apei. cu ajutorul structurilor hidraulice etc.

2. Transferul resurselor energetice către instalații care convertesc energie; se realizează prin transport terestru și pe apă sau prin pompare prin conducte de apă, petrol, gaz etc.

3. Transformarea energiei primare în energie secundară, care are cea mai convenabilă formă pentru distribuție și consum în condiții date (de obicei în energie electrică și termică).

4. Transmiterea și distribuția energiei convertite.

5. Consumul de energie, realizat atat in forma in care este livrata consumatorului, cat si in forma transformata.

Dacă energia totală a resurselor energetice primare aplicate este considerată 100%, atunci energia utilă va fi de numai 35-40%, restul se pierde, iar cea mai mare parte sub formă de căldură.

Avantajul energiei electrice

Din cele mai vechi timpuri, dezvoltarea civilizației și progresul tehnologic sunt direct legate de cantitatea și calitatea resurselor energetice utilizate. Puțin mai mult de jumătate din toată energia consumată este folosită ca căldură pentru nevoi tehnice, încălzire, gătit, restul este sub formă de energie mecanică, în primul rând în instalațiile de transport, și energie electrică. Mai mult, ponderea energiei electrice crește în fiecare an (Fig. 10.2.1).

Orez. 10.2.1. Dinamica consumului de energie electrică

Energia electrică este cel mai convenabil tip de energie și poate fi considerată pe bună dreptate baza civilizației moderne. Marea majoritate a mijloacelor tehnice de mecanizare și automatizare a proceselor de producție (echipamente, instrumente, calculatoare), înlocuirea muncii umane cu munca mașină în viața de zi cu zi, au o bază electrică.

De ce cererea de energie electrică crește atât de repede, care este avantajul acesteia?

Utilizarea sa pe scară largă se datorează următorilor factori: posibilitatea de a genera energie electrică în cantități mari în apropierea zăcămintelor și a surselor de apă;

posibilitatea transportului pe distanțe lungi cu pierderi relativ mici;
posibilitatea transformării energiei electrice în alte tipuri de energie: mecanică, chimică, termică, luminoasă;
lipsa poluării mediului;
posibilitatea utilizării unor procese tehnologice progresive fundamental noi cu un grad ridicat de automatizare pe bază de electricitate.

Probleme luate în considerare:

1. Definiția energiei.

2. Tipuri de energie

3. Numirea și utilizarea energiei.

În lumea din jurul nostru, materia există sub formă de materie, câmp și vid fizic. Sub formă de materie și câmp, materia are masă, impuls și energie. O condiție necesară pentru orice acțiune, interacțiune și existență în general este consumul de energie, schimbul de energie. În societatea umană, nivelul de cultură, atât material cât și spiritual, este strâns legat de cantitatea de energie consumată. Nivelul disponibilității energiei determină economia oricărei țări. Deci, ce este energia?

1. Energia și tipurile ei

Energie- baza universală a fenomenelor naturale, baza culturii și a întregii activități umane. În același timp, energie înseamnă evaluarea cantitativă a diferitelor forme de mișcare a materiei, care se pot transforma una în alta.

Conform conceptelor științei fizice, energia - este capacitatea unui corp sau a unui sistem de corpuri de a lucra.

În natură, există aproximativ 20 de tipuri de energie bazate științific. Există, de asemenea, diferite clasificări ale tipurilor și formelor de energie. O persoană în viața de zi cu zi întâlnește cel mai adesea următoarele tipuri de energie: mecanice, electrice, electromagnetice, termice, chimice, atomice (intranucleare), gravitaționale și alte tipuri.În practică, doar 4 tipuri de energie sunt utilizate direct: termic ( 70-75%), mecanic (20-22%), electric(3-5%), electromagnetic– lumina (15%).

Mai mult de două treimi din toată energia consumată este folosită ca căldură pentru nevoi tehnice, încălzire, gătit, restul este folosit ca mecanic, în principal în instalațiile de transport, și energie electrică. În plus, ponderea utilizării energiei electrice este în continuă creștere.

Dacă energie- rezultatul unei modificări a stării de mișcare a punctelor materiale sau a corpurilor, atunci se numește cinetică; include energia mecanică a mișcării corpurilor, energia termică datorată mișcării moleculelor.

Dacă energia este rezultatul unei modificări a poziției relative a părților unui sistem dat sau a poziției sale în raport cu alte corpuri, atunci se numește potenţial; include energia maselor atrase de legea gravitației universale, energia poziției particulelor omogene, de exemplu, energia unui corp deformat elastic și energia chimică.

Energia în știința naturii, în funcție de natură, este împărțită în următoarele tipuri.

energie mecanică- se manifestă în interacțiunea, mișcarea corpurilor individuale sau a particulelor. Include energia de mișcare sau de rotație a corpului, energia de deformare la îndoire, întindere, răsucire, comprimare a corpurilor elastice (arcuri). Această energie este utilizată pe scară largă în diverse mașini - de transport și tehnologice.

Energie termală este energia mișcării dezordonate (haotice) și a interacțiunii moleculelor de substanțe. Energia termică, obținută cel mai adesea prin arderea diferitelor tipuri de combustibil, este utilizată pe scară largă pentru încălzire, realizând numeroase procese tehnologice (încălzire, topire, uscare, evaporare, distilare etc.).

Energie electrica este energia electronilor care se deplasează într-un circuit electric (curent electric). Energia electrică este utilizată pentru obținerea energiei mecanice cu ajutorul motoarelor electrice și implementarea unor procese mecanice de prelucrare a materialelor: zdrobire, măcinare, amestecare; pentru efectuarea reacțiilor electrochimice; obținerea energiei termice în aparate și cuptoare electrice de încălzire; pentru prelucrarea directă a materialelor (prelucrare electroerozivă).

Acest tip de energie este cel mai perfect, datorită următorilor factori:

Posibilitatea de a-l obține în cantități mari în apropierea depozitelor de minerale combustibile sau a surselor de apă;
Comoditatea transportului pe distanțe lungi cu pierderi relativ mici;
Capacitatea de a se transforma in alte tipuri de energie;
Absența poluării mediului;
Oportunități de a crea procese tehnologice fundamental noi, cu un grad ridicat de automatizare și robotizare a producției.

energie chimica- aceasta este energia „înmagazinată” în atomii substanțelor, care este eliberată sau absorbită în timpul reacțiilor chimice dintre substanțe. Energia chimică fie este eliberată sub formă de energie termică în timpul reacțiilor exoterme (de exemplu, arderea combustibilului), fie este convertită în energie electrică în celulele galvanice și baterii. Aceste surse de energie se caracterizează prin randament ridicat (până la 98%), dar capacitate redusă.

energie magnetică- energia magneților permanenți, care au o aprovizionare mare de energie, dar o „dau” cu foarte multă reticență. Când un curent electric trece printr-un circuit, se creează un câmp magnetic în jurul conductorului. Energiile electrice și magnetice sunt strâns interconectate una cu cealaltă, fiecare dintre ele putând fi considerată ca fiind „reversul” celuilalt. Deoarece energia electrică și magnetică sunt strâns legate, în practică este folosit conceptul de energie electromagnetică.

energie electromagnetică este energia undelor electromagnetice, adică câmpuri electrice și magnetice în mișcare. Include lumina vizibilă, infraroșu, ultravioletă, raze X și unde radio.

Gamele de radiații enumerate diferă în funcție de lungimea de undă (și frecvența):

Unde radio - mai mult de 10 -2 cm;
Radiația infraroșie - 2 * 10 -4 - 7, 4 * 10 -5;
Lumină vizibilă - 7, 4*10 -5 -4*10 -5; (420-760 nm);
Radiația ultravioletă - 4 * 10 -5 -10 -6;
Radiația cu raze X - 10 -5 -10 -12;
Radiația gamma - mai mult de 10 -12 cm.

Astfel, energia electromagnetică este energia radiației. Radiația transportă energie sub formă de energie unde electromagnetice. Când radiația este absorbită, energia acesteia este transformată în alte forme, cel mai frecvent căldură.

Energie nucleara- energie localizată în nucleele atomilor substanţelor radioactive. Se eliberează în timpul fisiunii nucleelor grele (reacție nucleară) sau sintezei nucleelor ușoare (reacție termonucleară).

Există și o denumire veche pentru acest tip de energie - energie atomică, dar această denumire nu reflectă cu exactitate esența fenomenelor care duc la eliberarea unor cantități colosale de energie, cel mai adesea sub formă de energie termică și mecanică.

Energia gravitațională- energie datorată interacțiunii (gravitației) corpurilor masive, este vizibilă mai ales în spațiul cosmic. În condiții terestre, aceasta este, de exemplu, energia „înmagazinată” de un corp ridicat la o anumită înălțime deasupra suprafeței Pământului - energia gravitației.

Adesea sunt izolate în tipuri speciale de energie biologice şi mentale energie. Cu toate acestea, conform vederilor moderne ale științelor naturale, procesele mentale și biologice sunt un grup special de procese fizice și chimice, dar ele sunt efectuate pe baza tipurilor de energie descrise mai sus.

Astfel, în funcție de nivelul de manifestare, se poate distinge energia macrocosmosului- gravitațională, energia de interacțiune a corpurilor - mecanică, energia interacțiunilor moleculare - termică,

La energie, format la nivel microlume, se referă - energia interacțiunilor atomice - chimică; energia radiației - electromagnetică; energia cuprinsă în nucleele atomilor – nucleară.

Știința modernă nu exclude existența altor tipuri de energie care nu au fost încă fixate, dar nu încalcă imaginea unificată a științei naturale a lumii și conceptul de energie și legea conservării energiei.

În Sistemul Internaţional de Unităţi SI ca unități energetice adoptat Joule(J). 1 J echivalent
1 newton x metru (Nm). Dacă calculele sunt legate de căldură, de calculul energiei obiectelor biologice și de multe alte tipuri de energie, atunci o unitate în afara sistemului este utilizată ca unitate de energie - calorie(cal) sau kilocalorie (kcal), 1cal \u003d 4,18 J. Pentru a măsura energia electrică, folosesc o astfel de unitate ca Watt oră(Wh, kWh, MWh), 1 Wh=3,6 MJ. Pentru măsurarea energiei mecanice se folosește valoarea de 1 kg m = 9,8 J.

Energia extrasă direct în natură (energia combustibilului, apei, vântului, energia termică a Pământului, nucleară), și care poate fi transformată în electrică, termică, mecanică, chimică se numește primar. În conformitate cu clasificarea resurselor energetice pe baza epuizabilității, se poate clasifica și energia primară. Pe fig. 1 prezintă schema de clasificare a energiei primare.

Energia valurilor

energie geotermală

Energia valurilor mării

biocombustibil

Energie eoliana

energie solara

Tipuri netradiționale de energie

Combustibili gazoși

Combustibili lichizi

Combustibili solizi

Energie Atomică

Hidroenergie fluvială

combustibil organic

Forme tradiționale de energie

energie primară

Orez. 1. Clasificarea energiei primare

Se numește energia primită de o persoană, după conversia energiei primare la instalații speciale - stații secundar(energie electrică, energie cu abur, apă caldă etc.).

Puțin mai mult de jumătate din toată energia consumată este folosită ca căldură pentru nevoi tehnice, încălzire, gătit, restul - sub formă de energie mecanică, în primul rând în instalațiile de transport, și energie electrică.

Energia electrică poate fi considerată pe bună dreptate baza civilizației moderne. Acest lucru se datorează avantajelor și ușurinței de utilizare. Marea majoritate a mijloacelor tehnice de mecanizare și automatizare a proceselor de producție (echipamente, instrumente, calculatoare), înlocuirea muncii umane cu munca mașină în viața de zi cu zi, au o bază electrică.

Energie electrica este cea mai versatilă formă de energie. A găsit o largă aplicare în viața de zi cu zi și în toate sectoarele economiei naționale. Există peste patru sute de tipuri de aparate electrocasnice: frigidere, mașini de spălat, aparate de aer condiționat, ventilatoare, televizoare, casetofone, dispozitive de iluminat etc. Este imposibil să ne imaginăm industria fără energie electrică. În agricultură, utilizarea energiei electrice este în continuă expansiune: hrănirea și adăparea animalelor, îngrijirea lor, încălzire și ventilație, incubatoare, încălzitoare, uscătoare etc. Electrificare- baza progresului tehnic al oricărei ramuri a economiei naţionale. Vă permite să înlocuiți resursele energetice care sunt incomode pentru utilizare cu un tip universal de energie - energie electrică, care poate fi transmisă pe orice distanță, transformată în alte tipuri de energie, de exemplu, mecanică sau termică, și împărțită între consumatori.

Beneficiile energiei electrice:

1. Energia electrică este universală, poate fi folosită într-o varietate de scopuri. În special, este foarte ușor să-l transformi în căldură, lumină. Acest lucru se realizează, de exemplu, în sursele de lumină electrică (becuri cu incandescență), în cuptoarele tehnologice folosite în metalurgie, în diverse dispozitive de încălzire și încălzire. Conversia energiei electrice în energie mecanică este utilizată în acţionarea motoarelor electrice.

2. Când se consumă energie electrică, aceasta poate fi zdrobită la infinit. Astfel, puterea mașinilor electrice, în funcție de scopul lor, este diferită: de la fracțiuni de watt în micromotoare utilizate în multe ramuri ale tehnologiei și în produsele de uz casnic, până la valori uriașe care depășesc un milion de kilowați în generatoarele de centrale electrice.

3. În procesul de producere și transmitere a energiei electrice este posibilă concentrarea puterii acesteia, creșterea tensiunii și transmiterea prin fire atât pe distanțe scurte, cât și pe distanțe lungi, orice cantitate de energie electrică de la centrala unde este generată către toți consumatorii săi. .

Dezvoltarea științei naturii de-a lungul vieții omenirii a dovedit în mod irefutat că energia nu este niciodată creată din nimic și nu este distrusă fără urmă, ea trece doar de la o formă la alta, adică.

suma tuturor tipurilor de energie rămâne constantă. Aceasta este esența uneia dintre cele mai fundamentale legi ale universului - legea conservării energiei.

În orice discuție despre probleme legate de utilizarea energiei, este necesar să se facă distincția între energia mișcării ordonate, cunoscută în tehnologie sub denumirea energie gratis(mecanice, chimice, electrice, electromagnetice, nucleare) și energia mișcării haotice, adică căldură.Orice formă de energie liberă poate fi folosită aproape în totalitate. În același timp, energia haotică a căldurii se pierde sub formă de căldură atunci când este transformată în energie mecanică. Nu suntem capabili să ordonăm complet mișcarea aleatorie a moleculelor, transformându-i energia în liberă. Mai mult, în prezent practic nu există nicio modalitate de a transforma direct energia chimică și nucleară în energie electrică și mecanică, ca fiind cele mai utilizate. Este necesar să se transforme energia internă a substanțelor în energie termică, iar apoi în energie mecanică sau electrică cu pierderi mari de căldură inevitabile.Astfel, după efectuarea unor lucrări utile, toate tipurile de energie sunt transformate în căldură cu o temperatură mai scăzută, care este practic. nepotrivit pentru utilizare ulterioară.

Legea conservării energiei și-a găsit confirmarea în diverse domenii - de la mecanica newtoniană la fizica nucleară. Mai mult, legea conservării energiei nu este doar o născocire a imaginației sau a generalizării experimentelor. De aceea putem fi pe deplin de acord cu afirmația unuia dintre cei mai mari fizicieni teoreticieni Poincaré: „Din moment ce nu suntem în măsură să dăm o definiție generală a energiei, principiul conservării acesteia înseamnă că există ceva care rămâne constant. Prin urmare, indiferent la ce idei noi despre lumea viitoare ne conduc experimentele, știm dinainte: va rămâne ceva constant în ele, care poate fi numit ENERGIE.

Disciplina „Fundamentele economisirii energiei” este concepută pentru a dota viitorul specialist cu cunoștințele legilor generale și abordărilor de calcul al proceselor care au loc în timpul producției, transformării și transportului de energie.

3. Probleme de utilizare a energiei umane

Dintre toate tipurile de resurse energetice, energia solară are o importanță deosebită. Toate tipurile de resurse energetice sunt rezultatul transformărilor naturale ale energiei solare. Cărbunele, petrolul, gazele naturale, turba, șisturile petroliere și lemnele de foc sunt rezervele de energie radiantă a Soarelui, extrasă și transformată de plante. În procesul de reacție de fotosinteză din elementele anorganice ale mediului - apa H 2 O și dioxidul de carbon CO 2 - sub influența luminii solare, în plante se formează materia organică, al cărei element principal este carbonul. CU. Într-o anumită epocă geologică, de-a lungul a milioane de ani, de la plante moarte, sub influența condițiilor de presiune și temperatură, care, la rândul lor, sunt rezultatul unei cantități specifice de energie de la Soare care cade pe Pământ, resursele de energie organică au fost formate, care se bazează pe carbonul acumulat anterior în plante. Energia apei se obține și din energia solară, care evaporă apa și ridică aburul în straturile înalte ale atmosferei. Vântul apare din cauza temperaturii diferite de încălzire de către Soare a diferitelor puncte ale planetei noastre. În plus, radiația directă a Soarelui, căzând pe suprafața Pământului, are un potențial energetic uriaș.

Astfel, formarea combustibilului organic este rezultatul, pe de o parte, al transformărilor naturale ale energiei solare, iar pe de altă parte, rezultatul efectelor termice, mecanice și biologice de-a lungul multor secole asupra rămășițelor florei și faunei depuse în toate formațiunile geologice. Toți acești combustibili sunt pe bază de carbon și energia este eliberată din ei în primul rând prin formarea de dioxid de carbon (CO2).

De-a lungul existenței sale, omenirea a folosit energia acumulată de natură de-a lungul miliardelor de ani. Totodată, metodele de utilizare a acestuia au fost îmbunătățite constant pentru a obține o eficiență maximă.

Deci, chiar la începutul dezvoltării sale evolutive, numai energia muşchilor corpului său . Mai târziu, omul a învățat să primească și să folosească energie de foc . Următoarea rundă a dezvoltării evolutive a societății umane a adus oportunitatea de a folosi apa si energia eoliana - au apărut primele mori de apă și vânt, roți de apă, corăbii cu vele, folosind puterea vântului pentru a se deplasa. Motorul cu abur a fost inventat în secolul al XVIII-lea energie termală , obținut în urma arderii cărbunelui sau lemnului, a fost transformat în energie de mișcare mecanică. În secolul al XIX-lea, a fost descoperit un arc voltaic, iluminatul electric, a fost inventat un motor electric și apoi un generator electric - care a fost începutul secolului. electricitate . Secolul XX a fost o adevărată revoluție în dezvoltarea de către omenire a modalităților de obținere și utilizare a energiei: se construiesc centrale termice, hidraulice, nucleare de o putere enormă, se construiesc linii de transport de energie electrică de înaltă, super și ultraînaltă tensiune. construite, sunt dezvoltate noi metode de producere, transformare și transport a energiei electrice ( reacție termonucleară controlată, generator magnetohidrodinamic, turbogeneratoare supraconductoare etc.), sunt create sisteme energetice puternice. În același timp, au apărut sisteme puternice de alimentare cu petrol și gaze.
Astfel, lumea din jurul nostru are o sursă cu adevărat inepuizabilă de diverse tipuri de energie. Unele dintre ele nu sunt încă utilizate pe deplin în prezent - energia Soarelui, energia interacțiunii Pământului și Lunii, energia fuziunii termonucleare, energia căldurii Pământului .

Acum energia joacă un rol decisiv în dezvoltarea civilizației umane. Există o relație strânsă între consumul de energie și producția. Energia este de mare importanță în viața omenirii. Nivelul dezvoltării sale reflectă nivelul de dezvoltare al forțelor productive ale societății, posibilitățile de progres științific și tehnologic și nivelul de trai al populației. Din păcate, cea mai mare parte a energiei consumate de o persoană se transformă în căldură inutilă din cauza eficienței scăzute a utilizării resurselor energetice disponibile.

Distribuția aproximativă a energiei consumate pe an în lume este dată în tabel. 1.1. Valoarea energetică este dată în cantitatea de cărbune în megatone(Mt), care, atunci când ar fi ars, ar da aceeași energie.
Aproximativ 400 Mt sunt folosite anual pentru hrănirea oamenilor, din care aproximativ 40 Mt sunt transformate în forță de muncă utilă. Aproximativ 800 Mt sunt cheltuite pentru nevoile casnice, 1000 Mt pentru producția socială.

Tabelul 1.1
Consumul anual de energie în lume

Forma de energie	Cantitate, Mt	Sursă
Alimentația umană și hrana animalelor	650	lumina soarelui (prezent)
Lemn de foc	150	lumina soarelui (în trecut)
centrale hidroelectrice	100	miscarea apei
Cărbune, petrol, gaz, turbă	6 600	lumina soarelui (în trecut)

Astfel, dintr-un consum anual de 7500 Mt se folosesc util 2200 Mt, restul se irosește sub formă de căldură. Dar chiar și cu o eficiență de 2200/7500 Mt, omenirea nu se poate lăuda, întrucât radiația solară incidentă pe Pământ, care este de 10.000.000 Mt pe an, nu este luată în considerare.

Orez. 2 Distribuția energiei luminii solare.

Utilizarea neuniformă a energiei de către populație este prezentată în Figura 3.

Orez. 3. Utilizarea neuniformă a energiei de către populație.

Energia a jucat un rol decisiv în dezvoltarea civilizației. Consumul de energie și acumularea de informații are aproximativ același model de schimbare în timp, există o relație strânsă între consumul de energie și volumul producției. S-a stabilit că pentru a satisface nevoile fiziologice ale unei persoane moderne, este necesară aproximativ aceeași cantitate de energie ca și o persoană primitivă. În același timp, creșterea consumului de energie este izbitor de mare. Dar datorită lui, o persoană își poate dedica o parte semnificativă a vieții timpului liber, educației, activității creative, a atins speranța de viață ridicată actuală.
Considerăm că energia este ceva necesar, capabil să lucreze pentru noi.

Aprovizionarea cu energie a societății este necesară pentru: încălzirea spațiilor, asigurarea mișcării, producerea bunurilor de care avem nevoie, menținerea performanțelor diverselor mașini, mecanisme, aparate, gătit, iluminat, menținerea vieții etc.

Aceste exemple de aplicații energetice pot fi împărțite în trei grupuri mari:
A)alimentare electrică . Este mai scump decât alte tipuri de energie: grâul, în termeni de Jouli, este mult mai scump decât cărbunele. Nutriția oferă căldură pentru menținerea temperaturii corpului, energie pentru mișcarea acestuia, pentru implementarea muncii psihice și fizice;
b) energie sub formă de căldură pentru încălzirea locuințelor și gătirea alimentelor. Face posibilă trăirea în diverse condiții climatice și diversificarea alimentației umane;
V) energie pentru a asigura funcţionarea producţiei sociale. Aceasta este energia pentru producerea de bunuri și servicii, mișcarea fizică a oamenilor și a bunurilor în spațiu, pentru a menține eficiența tuturor sistemelor de comunicații. Costul acestei energii pe cap de locuitor este mult mai mare decât costul energiei pentru alimente.

Din păcate, dinamica dezvoltării civilizației este de așa natură încât în fiecare an omenirea are nevoie din ce în ce mai multă energie pentru existența și dezvoltarea sa. În ciuda prezenței unui număr mare de resurse energetice și a utilizării diferitelor tipuri de energie de către omenire, rata de consum a resurselor energetice depășește semnificativ posibilitatea reînnoirii lor prin natură. Aceasta se referă în primul rând la resursele naturale neregenerabile. Nevoile umane sunt în creștere, sunt tot mai mulți oameni, iar acest lucru determină volume gigantice de producție de energie și ritmuri de creștere a consumului acesteia. Astăzi, sursele tradiționale de energie (diverși combustibili, resurse hidro) și tehnologiile de utilizare a acestora nu mai sunt în măsură să asigure nivelul necesar de disponibilitate energetică a societății, deoarece acestea sunt surse neregenerabile. Și deși rezervele dovedite de combustibili naturali sunt foarte mari, problema epuizării depozitelor naturaleîn ritmul actual și previzionat al dezvoltării lor, se deplasează într-un viitor real și apropiat. Deja astăzi, o serie de câmpuri sunt nepotrivite dezvoltării industriale din cauza epuizării, iar pentru petrol și gaze, de exemplu, trebuie să mergeți în teritorii îndepărtate, greu accesibile, pe rafturile oceanice etc. Prognozorii serioși susțin că, dacă volumele actuale și ritmurile de creștere ale consumului de energie rămân la 3 ... 5% (și fără îndoială vor fi și mai mari), rezervele de combustibili fosili se vor epuiza complet în 70 - 150 de ani.

Un alt factor care limitează creșterea semnificativă a producției de energie din arderea combustibilului este sporirea poluării mediului cu deșeuri de producție de energie. Aceste deșeuri sunt semnificative în masă și conțin un număr mare de diferite componente dăunătoare. Astfel, în producerea a 106 kWh de energie electrică la o centrală modernă cu combustibil solid, 14.000 kg zgură, 80.000 kg cenuşă, 1.000.000 kg dioxid de carbon, 14.000 kg dioxid de sulf, 4.000 kg oxizi de azot, 000000 kg apă, vapori, precum și compuși de fluor, arsen, vanadiu și alte elemente. Dar cantitatea de energie electrică generată pe an se ridică la sute și mii de miliarde de kilowați-oră! De aici provine ploile acide, otrăvirea terenurilor agricole și a corpurilor de apă și fenomene similare. Mai mult, natura nu mai este capabilă să prelucreze aceste poluări și să se autorepara prin metode naturale fizico-chimice și microbiologice.

În energia nucleară, apar probleme de mediu de alt fel. Acestea sunt asociate cu necesitatea de a exclude pătrunderea combustibilului nuclear în mediu și sunt de încredere eliminarea deșeurilor nucleare care, cu nivelul actual de dezvoltare a tehnologiei și tehnologiei, este asociat cu mari dificultăți.

Nu mai puțin dăunător este poluarea termică a mediului mediu care poate duce la încălzirea globală a climei Pământului, la topirea ghețarilor și la creșterea nivelului mării. În lumina celor de mai sus, utilizarea practică pe scară largă a așa-numitelor surse de energie netradiționale și regenerabile, care, în plus, sunt și prietenoase cu mediul și nu poluează mediul, devine din ce în ce mai relevantă. Astfel de surse includ energia solară, energia eoliană, energia valurilor mării și a mareelor, energia din biomasă, energia geotermală etc. Natura fiecăreia dintre aceste surse de energie nu este aceeași, iar metodele de aplicare și utilizare a acestora sunt, de asemenea, diferite. În același timp, au și caracteristici comune, și în special, o densitate scăzută a fluxului de energie generat, ceea ce face necesară acumularea și rezervarea acestuia.

4. Securitate energetică și economisire a energiei

Potrivit prognozelor oamenilor de știință, combustibilii cu hidrocarburi și combustibilul nuclear vor rămâne principala sursă de energie în viitorul apropiat. Dar omenirea se apropie deja de o astfel de limită de creștere a capacității totale a centralelor tradiționale, a cărei depășire va duce inevitabil la catastrofă ecologică. Prin urmare, energia modernă „netradițională” este rezerva care dă speranță și oportunitatea de a depăși multe probleme aparent insolubile și de a răspunde nevoilor crescânde ale omului în viitor. Odată cu îmbunătățirea tehnologiilor și amploarea utilizării practice, unele dintre centralele „netradiționale” vor trece în categoria energiei „mare” tradiționale, cealaltă parte își va găsi nișa în energia „mică” pentru energie. furnizarea de facilităţi locale. Într-un fel sau altul, există un viitor mare pentru sursele de energie netradițională și trebuie să facem tot posibilul pentru a ne asigura că acest viitor devine real cât mai curând posibil. Problemele vieții și morții de pe planeta noastră depind de asta, ceea ce determină nevoia urgentă de consum rațional de energie, reducându-i costurile unitare în toate sferele activității umane. Această direcție a primit numele - economisirea energiei.

Unul dintre rezultatele conservării energiei este reducerea directă de câteva ori a costurilor de accelerare a ritmului de căutare constantă a surselor de energie și de dezvoltare a acestora. Dorința de a rezolva aceste și alte probleme a fost observată aproape încă de la începutul industriei marii puteri. Este implementat atât în căutarea altor surse de energie primară (convertoare electrochimice și termonucleare), cât și în dezvoltarea de noi metode de conversie a energiei surselor primare în energie electrică, de exemplu, în dispozitive termoelectrice sau termoionice, în generatoare MHD.

economie de energie- activităţi organizatorice, ştiinţifice, practice, informaţionale ale organelor de stat, persoanelor juridice şi persoanelor fizice. Această activitate are ca scop reducerea consumului (pierderilor) de combustibil și resurse energetice în procesul de extracție, prelucrare, transport, depozitare, producere, utilizare și eliminare a acestora. Economie de energie - un set de măsuri pentru a asigura utilizarea eficientă și rațională a resurselor energetice.

În prezent, următoarele domenii ale activităților de economisire a energiei sunt recunoscute ca fiind cele mai eficiente:

1. Crearea unui cadru de reglementare și legal pentru conservarea energiei.

2. Crearea mecanismelor economice necesare.

3. Crearea de mecanisme financiare pentru conservarea energiei.

4. Urmărirea unei politici de prețuri care să reflecte costurile resurselor energetice, ale produselor fabricate, ale serviciilor și să determine nivelul de trai al populației.

5. Crearea unui sistem de management al economisirii energiei.

6. Crearea unui sistem informatic de propagandă a problemelor de economisire a energiei, instruire, recalificare a personalului, managerilor care lucrează în acest domeniu.

Baza economisirii energiei - utilizarea rațională a resurselor energeticeși să le reducă pierderile. Politicile de economisire a energiei sunt aplicate pe scară largă în toate țările avansate.

Pe baza definirii conceptului economisirea energiei ca ansamblu de măsuri care vizează utilizarea eficientă a energiei, se impune limitarea posibilităţilor de utilizare a resurselor materiale ale mediului extern, dacă vorbim de aşa-numitele surse de energie primară neregenerabile sub formă de combustibili minerali organici. Este destul de de înțeles că în condițiile moderne dorința multor țări de a maximiza utilizarea, dar pe principii noi, a surselor de energie regenerabilă – eoliană, solară, biomasă etc. Folosirea lor va permite astăzi rezolva o mulțime de probleme de mediu, care creează premisele pentru rezervând pentru posteritate o parte din rezervele de combustibili fosili(dacă în același timp nu vor fi exportate în străinătate), inclusiv pentru nevoi non-energetice: producția de produse chimice, medicamente, tot felul de medicamente.

Sub securitate energetică este înțeles ca o astfel de stare a statului când tuturor consumatorilor care au nevoie de ele nu le lipsesc toate tipurile de energie. Într-un sens mai larg -

aceasta este o stare a complexului de combustibil și energie care asigură aprovizionarea cu energie suficientă și fiabilă a țării, care este necesară pentru dezvoltarea durabilă a economiei și condiții de viață confortabile pentru populație în condiții normale și minimizarea daunelor în situații de urgență.
- Este starea societății să mențină nivelul necesar de securitate națională

Principal principii de securitate energetică sunt:

Disponibilitatea resurselor sau rezervelor energetice materii prime energetice
Rezerve de capacitati electrice si termice(cel puțin 15% față de sarcina de vârf)
Fiabilitatea echipamentelor de alimentare
Controlabilitatea sistemului energetic tara la stat
Dacă energia statului se bazează pe importul de resurse energetice - achizițiile nu trebuie făcute într-o singură țară. Ponderea fiecărei surse de alimentare cu energie nu trebuie să depășească 50%
Politica de economisire a energiei a statului- reglementarea juridica, organizatorica, financiara si economica a activitatilor din domeniul economisirii energiei. Un exemplu de conștientizare a importanței rezolvării problemei economisirii energiei este Legea Republicii Belarus „Cu privire la economisirea energiei”, adoptată în 1998. Prezenta lege reglementează raporturile apărute în derularea activităților persoanelor juridice și persoanelor fizice în domeniul conservării energiei în scopul creșterii eficienței utilizării combustibililor și resurselor energetice și stabilește temeiul juridic al acestor relații. . Pentru implementarea economisirii energiei la nivel de stat sunt în curs de dezvoltare constant programe de economisire a energiei.
Republican - timp de 5 ani, începând din 2001.
Regional - timp de 1 an
Industria științifică și tehnică - există pe termen lung (pentru 5 ani) și pe termen scurt (pentru 1 an)
RB se confruntă cu sarcina economisirea energiei și reducerea intensității energetice a produsului intern brut.
Pentru a rezolva această problemă, aveți nevoie de:
- crearea unui sistem de formare a specialiștilor în domeniul economisirii energiei, tehnologiilor de economisire a energiei și managementului energetic;
- să asigure restructurarea gândirii societății în ansamblu, să-și schimbe radical atitudinea față de problema conservării energiei și a resurselor.

Cursul 2

Resursele energetice ale lumii

Probleme luate în considerare:

1. Definiții de bază

2. Tipuri de resurse energetice și clasificarea acestora.

3. Structura și starea economiei energetice mondiale

2.1. Resursele energetice și clasificarea acestora

Conform legii Republica Belarus „Despre economisirea energiei” care a fost adoptat la 29 iunie 1998. Resursele energetice sunt sursa de energie:

Resurse energetice- Sunt obiecte materiale în care se concentrează energia, potrivite pentru utilizare practică de către o persoană. O resursă energetică este orice sursă de energie, naturală sau activată artificial. Resurse energetice- purtători de energie care sunt utilizați în prezent sau pot fi utilizați util în viitor.

resurse de combustibil și energie(FER) - totalitatea tuturor tipurilor naturale și convertite de combustibil și energie utilizate în republică Resursele energetice sunt clasificate după următoarea schemă (Fig. 1).

Resursele primare de energie naturală- formate în mod natural ca urmare a dezvoltării geologice a Pământului sau manifestate prin conexiuni cosmice (radiația solară), se împart în neregenerabile (cărbune, petrol, gaze naturale, șist, turbă) și regenerabile (energia fluvială, radiația solară, energia mareelor, biocombustibili).

Pentru a regenera includ resurse care sunt regenerabile prin natură (pământ, plante, animale etc.), la neregenerabile- resurse acumulate anterior în natură, dar practic nu s-au format în condiții geologice noi (petrol, cărbune și alte rezerve de subsol) .

Resurse energetice secundare(VER)- energia primită în cursul oricărui proces tehnologic ca urmare a subutilizarii energiei primare sub formă de produs secundar al producției principale și neutilizată în acest proces energetic. Acest tip de resursă include: deșeuri menajere și industriale, deșeuri calde, substanțe organice combustibile uzate, deșeuri agricole.

R și p.1. Structura resurselor energetice.

Una dintre clasificările resurselor naturale este clasificarea de epuizare, conform căreia resursele energetice sunt împărțite în epuizabilȘiinepuizabil (Fig. 3). La rândul său, epuizabilul poate fi împărțit în regenerabileȘineregenerabile.

LA inepuizabil includ spațiul, clima, resursele de apă.

Fig.2. Resurse energetice epuizabile și inepuizabile.

Toate sursele inepuizabile de energie sunt considerate regenerabile.

De fapt, nu există resurse energetice inepuizabile în univers. Mai devreme sau mai târziu se vor epuiza. Deci, de exemplu, după 4,5 miliarde de ani, steaua noastră, Soarele, se va muta în următorul stadiu de evoluție și se va transforma într-o pitică albă. O astfel de tranziție se numește explozie de supernovă. În același timp, un flux imens de energie va fi radiat în spațiul cosmic, care va ajunge la planeta noastră, va distruge (arde) atmosfera Pământului, oceanele se vor evapora și Pământul se va transforma într-un corp cosmic fără viață.

Cu toate acestea, în comparație cu viața umană și cu timpul de existență a civilizației umane, astfel de surse sunt considerate inepuizabile. Astfel, sursele regenerabile de energie sunt surse ale căror fluxuri de energie există în mod constant sau apar periodic în mediu și nu sunt rezultatul unei activități umane intenționate.

Resursele de energie regenerabilă includ energie:

Oceanul Mondial sub formă de energie mareelor, energie a valurilor;

- vant;

curenții marini;

Sărat;

alge;

Produs din biomasă;

Jgheaburi;

deșeuri menajere solide;

surse geotermale.

Dezavantajul surselor regenerabile de energie este concentrația sa scăzută. Dar acest lucru este compensat în mare măsură de distribuția largă, curățenia ecologică relativ ridicată și inepuizabilitatea lor practică. Este cel mai rațional să folosiți astfel de surse direct în apropierea consumatorului, fără a transfera energie la distanță. Energia, lucrând pe aceste surse, folosește fluxurile de energie care există deja în spațiul înconjurător, se redistribuie, dar nu le încalcă echilibrul general.

Aproximativ 90% din resursele energetice utilizate în prezent sunt neregenerabile(cărbune, petrol, gaz etc.). Acest lucru se datorează potențialului lor energetic ridicat, disponibilității relative a extracției lor. Ratele de extracție și consum ale acestor resurse determină politica energetică. Cele mai frecvent utilizate resurse energetice sunt numite tradiţional, noi tipuri de resurse energetice, a căror utilizare a început relativ recent - alternativă ( resurse energetice ale râurilor, rezervoarelor și canalelor industriale, eoliene, solare, gaze naturale regenerabile, biomasă (inclusiv deșeuri de lemn), canalizare și deșeuri solide municipale) .

În managementul modern al mediului, resursele energetice sunt clasificate în trei grupuri

– participând la fluctuația constantă și fluxul de energie(energie solară, spațială etc.),

- resurse energetice depuse(petrol, gaz, turbă, șist etc.) și

- surse de energie activate artificial(energie atomică și termonucleară).

Din punct de vedere economic, există brut, tehnic și economic resurse energetice.

Resursă brută reprezinta energia totala continuta de acest tip de resursa energetica.

Resursa tehnica – aceasta este energia care poate fi obținută din acest tip de resursă energetică odată cu dezvoltarea existentă a științei și tehnologiei. Este de la o fracțiune de un procent la zece la sută din brut, dar crește constant pe măsură ce echipamentele de putere sunt îmbunătățite și noile tehnologii sunt stăpânite.

Resursă economică – energie, a cărei primire dintr-un anumit tip de resursă este profitabilă din punct de vedere economic, având în vedere raportul existent al prețurilor pentru echipamente, materiale și forță de muncă. El constituie o anumită proporție din cel tehnic și crește și odată cu dezvoltarea sectorului energetic.

Resursele energetice sunt de obicei caracterizate de numărul de ani în care o anumită resursă va fi suficientă pentru a produce energie la un nivel de calitate modern. Din raportul comisiei Consiliului Mondial al Energiei (1994), la nivelul actual de consum, rezervele de cărbune vor dura 250 de ani, gaze - timp de 60 de ani, petrol - timp de 40 de ani. În același timp, conform Institutului Internațional de Analiză a Sistemelor Aplicate, cererea mondială de energie va crește de la 9,2 miliarde de tone în termeni de petrol (sfârșitul anilor 1990) la 14,2–24,8 miliarde de tone în 2050.

Indicele de eficiență energetică- valoarea absolută sau specifică bazată pe știință a consumului de combustibil și resurse energetice (ținând cont de pierderile standard ale acestora) pentru orice scop, stabilită prin documente de reglementare.

Eficienţă utilizarea resurselor energetice este determinată de gradul de transformare a potențialului lor energetic în produse finale utilizate sau tipuri de energie consumate finale și se caracterizează prin factor de utilizare a resurselor energetice:

Unde η d – factor de recuperare rezerva potențială a unei resurse de energie (raportul dintre cantitatea extrasă și cantitatea totală a resursei),

η P – factor de conversie(raportul dintre energia utilă primită și toate resursele energetice furnizate), η Și – factor de utilizare a energiei(raportul dintre energia utilizată și energia furnizată consumatorului).

Pentru unele tipuri de resurse energetice fosile η d este:

pentru petrol - 30, ... 40%, pentru gaz - 80%, pentru cărbune - 40%. La arderea combustibilului η P este egal cu 94-98%.

Conceptele de utilizare eficientă și rațională a resurselor energetice sunt asociate cu conceptul de eficiență energetică.

Bilanțul energetic- acesta este un sistem de indicatori care reflectă corespondența cantitativă dintre veniturile și consumul de resurse energetice, distribuția pe tip și consumatori (vezi Fig. 3).

Orez. 3. Structura bilanţului energetic.

Utilizarea rațională a resurselor - este un sistem de activităţi menit să ofere economic utilizarea și reproducerea resurselor luând în considerare interesele promițătoare ale economiei naționale în curs de dezvoltare și păstrarea sănătății oamenilor.

Utilizarea eficientă a resurselor - utilizarea tuturor tipurilor de energie în moduri justificate economic, progresive cu nivelul actual de dezvoltare a tehnologiei și tehnologiei (implică reciclarea resurselor, reducerea consumului, conservarea energiei, nedepășirea pragului ecologic de durabilitate a ecosistemului).

Utilizatori de combustibil și resurse energetice- entitățile economice, indiferent de forma de proprietate, înregistrate pe teritoriul Republicii Belarus ca persoane juridice sau întreprinzători fără a forma o persoană juridică, precum și alte persoane care, în conformitate cu legislația Republicii Belarus, au dreptul de a încheia contracte economice, iar cetățenii folosesc resursele de combustibil și energie.

Producători de combustibil și resurse energetice- entități comerciale, indiferent de forma de proprietate, înregistrate pe teritoriul Republicii Belarus ca persoane juridice, pentru care oricare dintre tipurile de combustibil și resurse energetice utilizate în republică este un produs de bază.

Sub energie sau sistem energetic, ar trebui să se înțeleagă totalitatea sistemelor mari naturale (naturale) și artificiale (fabricate de om) menite să primească, să transforme, să distribuie și să utilizeze resursele energetice de tot felul în economia națională.

Energie este considerat ca un sistem mare care include, ca subsisteme, părți ale altor sisteme mari.
A doua interpretare a sistemului energetic, adoptată de inginerii energetici, este după cum urmează: sistem energetic- este un ansamblu de centrale electrice interconectate, substații, linii electrice, rețele electrice și termice, centre de consum de energie electrică și căldură.
Ca parte a sistemului energetic, care asigură nevoile întregii economii de energie electrică și termică, funcționează următoarele sisteme mari:

sistem de energie electrică (industria energetică), care include un sistem de alimentare cu căldură (industria energiei termice) ca subsistem;

sistem de alimentare cu petrol și gaze;

sistem de extracție a cărbunelui;

energie nucleară;

energie netradițională.

Generarea de energie electrică furnizarea de centrale electrice; transformare– transformatoare, transport;

distributia energiei electrice- linii de înaltă tensiune; consum– diverse receptoare.

2.2 Combustibili, caracteristici și rezerve

Conform definiției lui D. I. Mendeleev, „combustibilul este o substanță combustibilă arsă în mod deliberat pentru a produce căldură”. Combustibilul mineral este principala sursă de energie în economia modernă și cea mai importantă materie primă industrială. Prelucrarea combustibililor minerali stă la baza formării întreprinderilor industriale, inclusiv petrochimice, chimice gazoase, brichete de turbă etc.

Combustibilii sunt împărțiți în următoarele patru grupe:

Solid;

gazos;

Nuclear.

Primul tip de combustibil solid a fost (și în multe locuri rămâne și astăzi) lemnul și alte plante: paie, stuf, tulpini de porumb etc.

Prima revoluție industrială, care în secolul al XIX-lea a transformat complet țările agricole din Europa, apoi America, a avut loc ca urmare a tranziției de la combustibilul lemnos la cărbunele fosil. Apoi a venit epoca electricității.

Descoperirea electricității a avut un impact uriaș asupra vieții omenirii și a dus la apariția și creșterea celor mai mari orașe din lume.

Utilizarea petrolului (combustibil lichid) și a gazelor naturale, combinată cu dezvoltarea industriei energiei electrice și apoi dezvoltarea energiei atomice, a permis țărilor industrializate să efectueze transformări grandioase, al căror rezultat a fost formarea chipului modern. al Pamantului.

Astfel, să combustibil solid include:

Lemn, alte produse de origine vegetala;

Cărbune (cu soiurile sale: piatră, maro);

Turbă;

- șisturi bituminoase.

Combustibilii solizi fosili (cu excepția șisturilor) sunt produsul de descompunere al masei organice a plantelor. Cel mai tânăr dintre ei turbă, care este o masă densă formată din rămășițele degradate ale plantelor de mlaștină. Următorii în „vârstă” sunt cărbuni bruni- o masă omogenă pământoasă sau neagră, care, în timpul depozitării prelungite în aer, este parțial oxidată (intemperii) și se sfărâmă în pulbere. Atunci dute carbuni bituminosi, care, de regulă, au o rezistență crescută și o porozitate mai mică. Masa organică a celor mai vechi dintre ele - antracit a suferit cele mai mari modificări și este format din carbon 93%. Antracitul se caracterizează printr-o duritate ridicată.

șisturi petroliere sunt un mineral din grupa caustobioliților solizi, care, în timpul distilării uscate, dă o cantitate semnificativă de rășină, asemănătoare ca compoziție cu uleiul.

Combustibili lichizi obtinut prin rafinarea petrolului. Petrolul brut este încălzit la 300 ... 370 ° C, după care vaporii rezultați sunt dispersați în fracții care se condensează la diferite temperaturi:

Gaz lichefiat (ieșire aproximativ 1%);

Benzina (circa 15%, tk = 30... 180°C);

Kerosen (aproximativ 17%, tc = 120 ... 135 ° C);

Diesel (aproximativ 18%, tc = 180 ... 350 ° C).

Reziduul lichid cu un punct de fierbere inițial de 330 - 350 ° C se numește păcură.

Combustibili gazoși sunt gaz natural, produs atat direct cat si incidental cu productia de petrol, numit asociat. Componenta principală a gazelor naturale este metan CH4 și o cantitate mică de azot N2, hidrocarburi mai mari CnHm, dioxid de carbon CO2. Gazul asociat conține mai puțin metan decât gazul natural, dar mai multe hidrocarburi și, prin urmare, eliberează mai multă căldură în timpul arderii.

În industrie și mai ales în viața de zi cu zi, este utilizat pe scară largă gaz lichefiat obţinute în timpul prelucrării primare a uleiului. La uzinele metalurgice, acestea primesc ca produse secundare gaze de cuptor de cocs și furnal. Ele sunt folosite aici în fabrici pentru cuptoare de încălzire și aparate tehnologice. În zonele în care se află minele de cărbune, poate fi un fel de „combustibil”. metan, eliberate din straturi în timpul ventilației acestora. Gazele obținute prin gazeificare (generator) sau prin distilare uscată (încălzire fără acces la aer) a combustibililor solizi au fost practic înlocuite cu gaze naturale în majoritatea țărilor, dar acum există un interes reînnoit pentru producerea și utilizarea acestora.

Recent, se folosește din ce în ce mai mult biogaz- un produs al fermentației anaerobe (fermentării) deșeurilor organice (dejecții, reziduuri vegetale, gunoi, canalizare etc.).

combustibil nuclear este Uranus. Eficacitatea utilizării sale este demonstrată de munca primului spărgător de gheață nuclear din lume „Lenin” cu o deplasare de 19 mii de tone, o lungime de 134 m, o lățime de 23,6 m, o înălțime de 16,1 m, un pescaj de 10,5 m. , cu o viteză de 18 noduri (aproximativ 30 km/h). A fost creat pentru a ghida rulotele de nave de-a lungul Rutei Mării Nordului, unde grosimea gheții atingea 2 metri sau mai mult. A consumat 260-310 grame de uraniu pe zi. Un spărgător de gheață alimentat cu motorină ar avea nevoie de 560 de tone de motorină pentru a efectua aceeași cantitate de muncă pe care a făcut-o spărgătorul de gheață Lenin.

O analiză a evaluării disponibilității combustibilului și a resurselor energetice arată că cel mai rar tip de combustibil este petrolul. Potrivit diverselor surse, va dura 250 de ani. Apoi, în 35-64 de ani, rezervele de gaz combustibil și uraniu se vor epuiza. Cea mai bună situație este cu cărbunele, ale cărui rezerve sunt destul de mari în lume, iar aprovizionarea cu cărbune va fi de 218-330 de ani.

2.2 Combustibil convențional, conținut caloric, potențial energetic.

Calculele economice, compararea indicatorilor dispozitivelor care utilizează combustibil între ele și planificarea trebuie efectuate pe o singură bază. Prin urmare, a fost introdus conceptul de așa-numitul combustibil condiționat.

Combustibilul convențional este o unitate de contabilitate a combustibililor fosili utilizată pentru a compara eficiența diferitelor tipuri de combustibil și contabilitatea totală. Utilizarea combustibilului standard este deosebit de convenabilă pentru compararea eficienței diferitelor centrale termice.

Ca unitate de combustibil de referință, se folosește 1 kg de combustibil cu o putere calorică de 7000 kcal/kg (29,3 MJ/kg), ceea ce corespunde cărbunelui uscat bun cu conținut scăzut de cenuşă. Pentru comparație, subliniem că cărbunii bruni au o putere calorică mai mică de 24 MJ / kg, iar antraciții și cărbunii tari - 23-27 MJ / kg. Raportul dintre combustibilul convențional și combustibilul natural este exprimat prin formulă

W \u003d (Qnr / 7000) Vn \u003d E Vn,

unde W este masa cantității echivalente de combustibil convențional, kg;

Vn - masa combustibilului natural, kg (combustibil solid și lichid) sau m3 - gazos;

Qnr este cea mai mică putere calorică a acestui combustibil natural, kcal/kg sau kcal/m3.

Raport E \u003d Qnr / 7000

numit raportul caloric, și este acceptat pentru:

Ulei - 1,43;

Gaze naturale - 1,15;

Turba - 0,34-0,41 (in functie de umiditate);

Brichete de turba - 0,45 -0,6 (in functie de umiditate);

Motorina - 1,45;

Păcură - 1,37.

Puterea calorică a diferitelor tipuri de combustibil, kcal/kg, este de aproximativ:

ulei - 10.000 (kcal / kg);

gaze naturale - 8.000 (kcal/m3);

cărbune - 7000 (kcal / kg);

lemn de foc cu un conținut de umiditate de 10% - 3900 (kcal / kg);

40% - 2400(kcal/kg);

umiditate turbă 10% - 4100 (kcal / kg);

40% - 2500(kcal/kg);

Parametrul care determină posibilitatea utilizării unei surse de energie este Potential energetic. Se exprimă în unități de energie J sau kWh. Potențialul energetic al resurselor energetice ale Pământului, măsurat în exajouli, (eJ=10 18 J), este estimată prin următoarele valori:

energie nucleară de fisiune 1,97 10 6
energie geotermală 2,94 10 6
energia solară la nivelul Pământului, timp de 1 an 2,41 10 6
energia chimică a combustibilului chimic 5.21 10 5
energie termonucleară 3,60 10 5
energia mareelor, timp de 1 an 2,52 10 5
energie eoliană, timp de 1 an 6,12 10 3
bioenergie forestieră, timp de 1 an 1,46 10 3
energia fluvială, timp de 1 an 1,19 10 2

2.3 Resursele energetice ale lumii

Structura economiei energetice mondiale de astăzi s-a dezvoltat în așa fel încât 80% din energia electrică consumată este obținută prin arderea combustibilului la centralele electrice, unde energia chimică a combustibilului este mai întâi transformată în căldură, căldură în muncă și lucru în electricitate. Hidroenergia asigură și un procent semnificativ (aproximativ 15%), restul fiind acoperit de alte surse, în principal centrale nucleare. Nevoile umane sunt în creștere, sunt tot mai mulți oameni, iar acest lucru determină volume gigantice de producție de energie și ritmuri de creștere a consumului acesteia. Astăzi, sursele tradiționale de energie (diverși combustibili, resurse hidro) și tehnologiile de utilizare a acestora nu mai sunt în măsură să asigure nivelul necesar de disponibilitate energetică a societății, deoarece acestea sunt surse neregenerabile și numărul lor este în scădere rapidă. Și deși rezervele explorate de combustibili naturali sunt foarte mari, problema epuizării rezervelor naturale la ritmurile actuale și proiectate de dezvoltare a acestora se deplasează într-un viitor real și apropiat. Deja astăzi, o serie de câmpuri sunt nepotrivite dezvoltării industriale din cauza epuizării, iar pentru petrol și gaze, de exemplu, trebuie să mergeți în teritorii îndepărtate, greu accesibile, pe rafturile oceanice etc. Prognozorii serioși susțin că, dacă volumele actuale și ritmurile de creștere ale consumului de energie rămân la 3 ... 5% (și fără îndoială vor fi și mai mari), rezervele de combustibili fosili se vor epuiza complet în 70 - 150 de ani.

Rezervele limitate de resurse neregenerabile utilizate pentru generarea de energie electrică, chiar și ținând cont de economii, sunt reflectate în Tabelul 2.1. Dezvoltarea tehnologiilor moderne necesită o creștere a nivelului de utilizare a energiei electrice. În plus, trebuie luat în considerare faptul că ratele de creștere a populației ne permit să prezicem că în 40 de ani vor trăi 12 miliarde de oameni pe Pământ, motiv pentru care problemele conservării energiei sunt atât de grele.

Tabelul 2.1. Resursele energetice ale lumii

Industria energiei electrice este cea mai importantă ramură a economiei oricărei țări, deoarece produsele sale (energia electrică) aparțin tipului universal de energie. Poate fi transmis cu ușurință pe distanțe considerabile, împărțit într-un număr mare de consumatori. Fără energie electrică, este imposibil să desfășurăm multe procese tehnologice, la fel cum este imposibil să ne imaginăm viața de zi cu zi fără încălzire, iluminat, răcire, transport, televizor, frigider, mașină de spălat, aspirator, fier de călcat, utilizarea mijloacelor moderne. de comunicare (telefon, telegraf, telefax, calculator), care consumă și energie electrică.

În majoritatea țărilor străine dezvoltate, componenta electrică a întregului complex de combustibil și energie ajunge la 35–40%, iar la începutul secolului al XXI-lea a depășit 50%. Energia electrică este introdusă în aproape toate domeniile noi ale industriei, agriculturii și vieții de zi cu zi.

Statele Unite produc aproximativ 2,5 trilioane. kWh de energie electrică, în CSI - aproximativ 1,75 trilioane. kWh Capacitatea totală a centralei din SUA este de 660 milioane kWh, în CSI - aproximativ 350 milioane kWh, 30% dintre acestea în SUA fiind în rezervă la cald. Nu există nicio rezervă la cald în CSI, iar rezerva la rece este de 6–8%, în timp ce standardul este de 13%.Gradul de echipament electric în Republica Belarus este de 22%, ceea ce este semnificativ mai mic decât nu numai în țările dezvoltate. , dar media mondială (27%).

Deși țările dezvoltate au încetat să crească consumul de energie pe cap de locuitor în ultimii 25 de ani, creșterea consumului rămâne ridicată datorită creșterii consumului de energie pe cap de locuitor în țările în curs de dezvoltare. În ritmul actual, creșterea industriei de energie electrică va continua mult timp, inclusiv a noastră.

Adică, pentru a afla cum puteți economisi energie, trebuie să definiți clar care este conceptul de „energie”?

Energia (greacă - acțiune, activitate) - o măsură cantitativă generală a diferitelor forme de mișcare a materiei.

Din această definiție rezultă:

Energia este ceva ce se manifestă numai atunci când starea (poziţia) diferitelor obiecte ale lumii din jurul nostru se schimbă;

Energia este ceva care se poate schimba de la o formă la alta (Figura 1.1);

Energia se caracterizează prin capacitatea de a produce muncă utilă pentru o persoană;

Energia este ceva care poate fi definit, cuantificat în mod obiectiv.

Energia în formă A			Energia în formă B

Orez. 1.1. Schema de transformare a energiei de la un tip la altul

Energia în știința naturii, în funcție de natură, este împărțită în următoarele tipuri.

Energia mecanică - se manifestă în interacțiunea, mișcarea corpurilor individuale sau a particulelor.

Include energia de mișcare sau de rotație a corpului, energia de deformare în timpul îndoirii, întinderii, răsucirii,

Comprimarea corpurilor elastice (arcuri). Această energie este utilizată pe scară largă în diverse mașini - de transport și tehnologice.

Energia termică este energia mișcării dezordonate (haotice) și a interacțiunii moleculelor de substanțe.

Energia termică, obținută cel mai adesea prin arderea diferitelor tipuri de combustibil, este utilizată pe scară largă pentru încălzire, realizând numeroase procese tehnologice (încălzire, topire, uscare, evaporare, distilare etc.).

Pentru compararea diferitelor tipuri de combustibil și contabilizarea totală a rezervelor sale, a fost adoptată unitatea de cont - combustibil de referință, a cărui putere calorică a fost luată ca fiind 29,3 MJ/kg (7000 kcal/kg) (Tabelul 1.1). "

Energia electrică este energia electronilor care se deplasează de-a lungul unui circuit electric (curent electric).

Energia electrică este utilizată pentru obținerea energiei mecanice cu ajutorul motoarelor electrice și implementarea unor procese mecanice de prelucrare a materialelor: zdrobire, măcinare, amestecare; pentru efectuarea reacțiilor electrochimice; obținerea energiei termice în aparate și cuptoare electrice de încălzire; pentru prelucrarea directă a materialelor (prelucrare electroerozivă).

Energia chimică este energia „înmagazinată” în atomii substanțelor, care este eliberată sau absorbită în timpul reacțiilor chimice dintre substanțe.

Energia chimică fie este eliberată sub formă de energie termică în timpul reacțiilor exoterme (de exemplu, arderea combustibilului), fie este convertită în energie electrică în celulele galvanice și baterii. Aceste surse de energie se caracterizează prin randament ridicat (până la 98%), dar capacitate redusă.

Energie magnetică - energia magneților permanenți, care au o mare sursă de energie, dar o „dau” cu foarte multă reticență. Cu toate acestea, curentul electric creează câmpuri magnetice extinse și puternice în jurul său, prin urmare, cel mai adesea se vorbește despre energie electromagnetică.

Energiile electrice și magnetice sunt strâns interconectate una cu cealaltă, fiecare dintre ele putând fi considerată ca fiind „reversul” celuilalt.

Energia electromagnetică este energia undelor electromagnetice, adică câmpurile electrice și magnetice în mișcare. Include lumina vizibilă, infraroșu, ultravioletă, raze X și unde radio.

Energia nucleară este energia localizată în nucleele atomilor așa-numitelor substanțe radioactive. Se eliberează în timpul fisiunii nucleelor grele (reacție nucleară) sau sintezei nucleelor ușoare (reacție termonucleară).

Energia gravitațională este energia datorată interacțiunii (gravitației) corpurilor masive, este vizibilă mai ales în spațiul cosmic. În condiții terestre, aceasta este, de exemplu, energia „înmagazinată” de un corp ridicat la o anumită înălțime deasupra suprafeței Pământului - energia gravitației.

Astfel, în funcție de nivelul de manifestare, se poate evidenția energia macrolumii - gravitațională, energia interacțiunii corpurilor - mecanică, energia interacțiunilor moleculare - termică, energia interacțiunilor atomice - chimică, energia radiațiilor. - electromagnetica, energia continuta in nucleele atomilor - nucleara.

Știința modernă nu exclude existența altor tipuri de energie care nu au fost încă fixate, dar nu încalcă imaginea unificată a științei naturale a lumii și conceptul de energie.

În general, conceptul de energie, ideea acesteia sunt artificiale și create special pentru a fi rezultatul reflecțiilor noastre asupra lumii din jurul nostru. Spre deosebire de materie, despre care putem spune că există, energia este rodul gândirii unei persoane, „invenția” sa, construită în așa fel încât să poată descrie diferite schimbări din lumea înconjurătoare și, în același timp, să vorbească. despre constanță, a cărei păstrare - ceea ce a fost numit energie, chiar dacă ideea noastră despre energie se va schimba de la an la an.

Unitatea de energie este 1 J (joule). În același timp, pentru a măsura cantitatea de căldură, se folosește unitatea „veche” - 1 cal (calorie) = 4,18 J, pentru a măsura energia mecanică, se folosește valoarea 1 kgm = 9,8 J, energie electrică - 1 kWh = 3,6 MJ, în timp ce 1 J = = 1 W-S.

Trebuie remarcat faptul că în literatura de științe naturale, energiile termice, chimice și nucleare sunt uneori combinate cu conceptul de energie internă, adică conținută într-o substanță.

În legătură cu dezvoltarea tehnologiilor de producție și o deteriorare semnificativă a situației mediului în multe regiuni ale lumii, omenirea se confruntă cu problema găsirii de noi surse de energie. Pe de o parte, cantitatea de energie produsă ar trebui să fie suficientă pentru dezvoltarea producției, a științei și a sectorului casnic, pe de altă parte, producția de energie nu ar trebui să afecteze negativ mediul.

Această formulare a întrebării a condus la căutarea așa-numitelor surse alternative de energie – surse care îndeplinesc cerințele de mai sus. Prin eforturile științei mondiale au fost descoperite multe astfel de surse, în momentul de față cele mai multe dintre ele fiind deja folosite mai mult sau mai puțin pe scară largă. Iată o scurtă prezentare generală a acestora:

energie solara

Centralele solare sunt utilizate în mod activ în peste 80 de țări, transformând energia solară în energie electrică. Există diferite moduri de astfel de conversie și, în consecință, diferite tipuri de centrale solare. Cele mai comune stații care folosesc convertoare fotoelectrice (fotocelule) combinate în panouri solare. Majoritatea celor mai mari instalații fotovoltaice din lume sunt situate în SUA.

Energie eoliana

Centralele eoliene (parcuri eoliene) sunt utilizate pe scară largă în SUA, China, India, precum și în unele țări din Europa de Vest (de exemplu, în Danemarca, unde 25% din toată energia electrică este produsă în acest fel). Energia eoliană este o sursă foarte promițătoare de energie alternativă; în prezent, multe țări extind semnificativ utilizarea centralelor electrice de acest tip.

biocombustibil

Principalele avantaje ale acestei surse de energie față de alte tipuri de combustibili sunt respectarea mediului și regenerabilitatea. Nu toate tipurile de biocombustibili sunt clasificate ca surse alternative de energie: lemnul de foc tradițional este, de asemenea, un biocombustibil, dar nu este o sursă alternativă de energie. Biocarburanții alternativi pot fi solizi (turbă, deșeuri din prelucrarea lemnului și agricole), lichizi (biodiesel și biomasut, precum și metanol, etanol, butanol) și gazoși (hidrogen, metan, biogaz).

Energia mareelor și a valurilor

Spre deosebire de energia hidroelectrică tradițională, care folosește energia unui curent de apă, energia hidroenergetică alternativă nu a devenit încă răspândită. Principalele dezavantaje ale centralelor mareomotrice sunt costul ridicat al construcției acestora și schimbările zilnice de putere, pentru care este recomandabil să se utilizeze centrale de acest tip doar ca parte a sistemelor de energie care utilizează și alte surse de energie. Principalele avantaje sunt compatibilitatea ridicată cu mediul și costul scăzut al producției de energie.

Energia termică a Pământului

Pentru dezvoltarea acestei surse de energie se folosesc centrale geotermale care folosesc energia apelor subterane de înaltă temperatură, precum și a vulcanilor. În prezent, energia hidrotermală este mai frecventă, folosind energia surselor subterane fierbinți. Energia petrotermală, bazată pe utilizarea căldurii „uscate” din interiorul pământului, este în prezent slab dezvoltată; Principala problemă este rentabilitatea scăzută a acestei metode de producere a energiei.

electricitate atmosferică

(Fulgerele de pe suprafața Pământului apar aproape simultan în diferite locuri de pe planetă.)

Energia furtunii, bazată pe captarea și acumularea energiei fulgerului, este încă la început. Principalele probleme ale energiei de furtună sunt mobilitatea fronturilor de furtună, precum și viteza descărcărilor electrice atmosferice (fulgerele), care îngreunează acumularea energiei acestora.

Înainte de a vorbi despre principalele măsuri care asigură economisirea energiei, i.e. pentru a afla cum puteți economisi energie, este necesar să definiți clar care este conceptul de „energie”?

Energia (greacă - acțiune, activitate) - o măsură cantitativă generală a diferitelor forme de mișcare a materiei.

Din această definiție rezultă:

Energia este ceva care se manifestă numai atunci când starea (poziţia) diferitelor obiecte ale lumii din jurul nostru se schimbă;

Energia este ceva care se poate schimba de la o formă la alta;

Energia se caracterizează prin capacitatea de a produce muncă utilă pentru o persoană;

Energia este ceva care poate fi definit, cuantificat în mod obiectiv.

Energia în știința naturii, în funcție de natură, este împărțită în următoarele tipuri.

Energia mecanică - se manifestă în interacțiunea, mișcarea corpurilor individuale sau a particulelor.

Include energia de mișcare sau de rotație a corpului, energia de deformare la îndoire, întindere, răsucire, comprimare a corpurilor elastice (arcuri). Această energie este utilizată pe scară largă în diverse mașini - de transport și tehnologice.

Energia termică este energia mișcării dezordonate (haotice) și a interacțiunii moleculelor de substanțe.

Pentru a compara diferite tipuri de combustibil și contabilizarea totală a rezervelor sale, a evalua eficiența utilizării resurselor energetice, a compara indicatorii dispozitivelor care utilizează căldură, se adoptă unitatea de măsură - combustibil convențional, a cărui putere calorică este luată ca 29,33 MJ/kg (7000 kcal/kg). Pentru analiza comparativă, unitatea de măsură este de obicei o tonă de combustibil de referință.

1t c.f. = 29,33 10 9 J = 7 10 6 kcal = 8,12 10 3 kWh

Această cifră corespunde cărbunelui bun cu conținut scăzut de cenușă, care uneori este numit echivalent de cărbune. În străinătate, pentru analiză se utilizează combustibil de referință cu o putere calorică de 41,9 MJ/kg. Acest indicator se numește echivalentul uleiului.

Energia electrică este energia electronilor care se deplasează de-a lungul unui circuit electric (curent electric).

Energia chimică este energia „înmagazinată” în atomii substanțelor, care este eliberată sau absorbită în timpul reacțiilor chimice dintre substanțe.

Energiile electrice și magnetice sunt strâns interconectate una cu cealaltă, fiecare dintre ele putând fi considerată ca fiind „reversul” celuilalt.

Energia electromagnetică este energia undelor electromagnetice, adică. câmpuri electrice și magnetice în mișcare. Include lumina vizibilă, infraroșu, ultravioletă, raze X și unde radio.

Știința modernă nu exclude existența altor tipuri de energie care nu au fost încă fixate, dar nu încalcă imaginea unificată a științei naturale a lumii și conceptul de energie.

Unitate de energie este 1 J (joule). În același timp, pentru a măsura cantitatea de căldură, se folosește unitatea „veche” - 1 cal (calorie) = 4,18 J, pentru a măsura energia mecanică, se folosește valoarea 1 kg m = 9,8 J, energie electrică - 1 kWh = 3 .6 MJ, în timp ce 1 J = 1 W·S.

De remarcat că în literatura de științe naturale, energiile termice, chimice și nucleare sunt uneori combinate cu conceptul de energie internă, adică. închis în materie.

Tipuri, metode de obținere, conversie și utilizare a energiei. Energia și tipurile sale. Scop și utilizare

Energia și tipurile sale. Scop și utilizare

Avantajul energiei electrice

R și p.1. Structura resurselor energetice.

2.2 Combustibili, caracteristici și rezerve

2.2 Combustibil convențional, conținut caloric, potențial energetic.

Tabelul 2.1. Resursele energetice ale lumii

energie solara

Energie eoliana

biocombustibil

Energia mareelor ​​și a valurilor

Energia termică a Pământului

electricitate atmosferică

Energia mareelor și a valurilor