Энергосбережение – основа устойчивого развития современного общества
Введение
1. Задачи и содержание дисциплины. Необходимость знания проблем энергетики будущим специалистам.
2. Роль энергетики в развитии человеческого общества и уровня его цивилизации.
3. Эффективность использования и потребления энергии в мире и в Республике Беларусь.
Задачи и содержание дисциплины. Необходимость знания проблем энергетики будущим специалистам.
Сегодня практически любая область инженерной деятельности во многом связана с проблемами энергосбережения, разработкой, внедрением и эксплуатацией ресурсосберегающих технологий, вопросами трансформации и передачи энергии.
Структура мирового энергохозяйства на сегодня сложилась так, что 80 % потребляемой электроэнергии получается при сжигании органического топлива на электростанциях, где химическая энергия топлива превращается сначала в тепло, теплота – в работу, а работа – в электричество. Ощутимый процент дает и гидроэнергетика (около 15 %). Остальное покрывается другими источниками, в основном – атомными электростанциями.
Потребности человека растут, людей становится все больше, и это вызывает гигантские объемы производства энергии и темпы роста ее потребления. Сегодня традиционные источники энергии (различные топлива, гидроресурсы) и технологии их использования уже не способны обеспечивать требуемый уровень энерговооруженности общества, потому что это невозобновляемые источники. И хотя разведанные запасы природных топлив очень велики, проблема истощения природных кладовых при нынешних и прогнозируемых темпах их разработки переходит в реальную и недалекую перспективу. Уже сегодня ряд месторождений из-за истощения оказывается непригодным для промышленной разработки, и за нефтью и газом, например, приходится идти на труднодоступные, отдаленные территории, океанские шельфы и т. п. Прогнозисты доказывают, что при сохранении нынешних объемов и темпов роста энергопотребления в 3… 5 % (а они, без сомнения, будут еще выше) запасы органических топлив полностью иссякнут через 150 – 200 лет.
Другим фактором, ограничивающим значительное увеличение объемов выработки энергии за счет сжигания топлива, является все возрастающее загрязнение окружающей среды отходами энергетического производства. Эти отходы значительны по массе и содержат большое количество различных вредных компонентов. Так, при производстве 106 кВт/ч электроэнергии на современной электростанции, работающей на твердом топливе, в окружающую среду сбрасываются: 14 000 кг шлака, 80 000 кг золы, 1 000 000 кг диоксида углерода, 14 000 кг диокиси серы, 4 000 кг окислов азота, 100 000 кг водяных паров, а также соединения фтора, мышьяка, ванадия и других элементов. А ведь количество вырабатываемой в год электроэнергии исчисляется сотнями и тысячами миллиардов киловатт-часов! Отсюда – кислотные дожди, отравления сельхозугодий и водоемов и тому подобные явления. Причем природа уже не в состоянии естественными физико-химическими и микробиологическими способами переработать эти загрязнения и самовосстановиться.
В ядерной энергетике возникают экологические проблемы другого рода. Они связаны с необходимостью исключить попадание ядерного горючего в окружающую среду и надежным захоронением ядерных отходов, что при современном уровне развития техники и технологий весьма затруднено. Не менее вредным является и тепловое загрязнение окружающей среды, способное привести к глобальному потеплению климата Земли, таянью ледников и повышению уровня мирового океана.
Стремление решить эти и другие проблемы наблюдается с начала развития «большой» энергетики. Оно реализуется как в поисках других первичных энергетических источников (электрохимические и термоядерные преобразователи), так и в разработке новых способов преобразования энергии первичных источников в электрическую, например, в термоэлектрических или термоэмиссионных устройствах, МГД-генераторах.
В свете изложенного, все более актуальным становится широкое практическое использование так называемых нетрадиционных и возобновляемых источников энергии, которые ко всему прочему являются еще и экологически чистыми. К таким источникам относятся солнечная энергия, энергия ветра, энергия морских волн и приливов, энергия биомассы, геотермальная энергия и др. Природа каждого из этих источников энергии неодинакова, различны и способы их применения и использования. Вместе с тем им свойственны и общие черты, в частности, малая плотность потока генерируемой энергии, обуславливающая необходимость ее аккумулирования и резервирования.
В обозримом будущем основным источником энергии останутся углеводородные топлива и ядерное горючее. Но человечество уже приближается к такому пределу повышения суммарной мощности традиционных энергоустановок, преодоление которого неизбежно повлечет экологическую катастрофу. Поэтому современная «нетрадиционная» энергетика – это тот резерв, который дает возможность преодолеть многие неразрешимые проблемы и обеспечить возрастающие потребности человека в будущем. По мере совершенствования технологий и масштабов практического использования часть «нетрадиционных» энергоустановок перейдет в разряд традиционной «большой» энергетики, другая часть найдет свою нишу в «малой» энергетике для энергообеспечения локальных объектов. Так или иначе – за нетрадиционными источниками энергии большое будущее, и мы должны всемерно способствовать тому, чтобы это будущее скорее становилось настоящим. От этого зависят вопросы жизни и смерти на нашей планете.
Энергосбережение – основа устойчивого развития современного общества
Овладение источниками энергии всегда было способом выживания человечества. И сегодня ее потребление является одним из важнейших не только экономических, но и социальных показателей, во многом предопределяющих уровень жизни людей. Вот почему иногда говорят, что энергетика управляет миром.
Рост цен на энергоресурсы делает экономически целесообразной задачу энергосбережения. На сегодняшний день в любой отечественный продукт заложено в 3, 5, 10 раз больше энергозатрат, чем в аналогичный западноевропейский. Радикальным решением является использование нового технологического оборудования и технологических процессов с меньшим потреблением электроэнергии.
Источником всей энергии на Земле является Солнце. В процессе фотосинтеза, являющегося основой жизни многих видов растений, живая природа потребляет лишь незначительную часть (около 40 ТВт) от общего количества исходящей от Солнца энергии (около 200 000 ТВт). Большее количество солнечной энергии расходуется на согревание атмосферы Земли (50 %), освещение планеты (30 %) и осуществление процессов кругооборота веществ на Земле (20 %). Использование энергии человечеством растет в геометрической прогрессии. В 1990 году оно составило около 12 ТВт, т. е. 30 % от ее общего количества, поглощаемого в процессе фотосинтеза.
Современные энергосистемы являются неотъемлемым компонентом инфраструктуры общества, в особенности промышленно развитых стран, которые расходуют примерно 4/5 энергоносителей и в которых живет лишь 1/4 населения планеты. На страны третьего мира, где живет 3/4 населения Земли, приходится около 1/5 мирового потребления энергии.
С каждым годом все больше обостряются вопросы, связанные с дальнейшими путями развития энергетики. С одной стороны, рост населения и стремление людей к повышению жизненного уровня диктуют необходимость интенсивного наращивания мощностей энергетики. С другой стороны, истощение запасов горючих полезных ископаемых требует более экономичного и рационального использования энергии. Не менее серьезной проблемой является негативное воздействие топливно-энергетического комплекса на состояние окружающей среды, достигшее к настоящему времени критического уровня.
Обоснованные предостережения ученых, призывы прогрессивных государственных деятелей к изменению парадигмы социально-экономического развития, осознание политиками и национальными лидерами возможных трагических последствий продолжения прежнего пути развития привели к ряду исторических событий, среди которых ключевым является Всемирная Конференция ООН по окружающей среде и развитию (Рио-де-Жанейро, 1992 г.). На пороге XXI века впервые в истории руководители и главы правительств 150 стран мира объединились для выработки ориентиров на пути к устойчивому социально-экономическому экологически безопасному развитию общества.
Понимая неизбежность экономического роста, и, следовательно, неизбежность роста потребления энергоресурсов и увеличения производства энергии, международное сообщество выработало ряд приоритетов новой энергетической политики, ориентируя дальнейшее развитие энергетики в соответствии с принципами устойчивого экологически безопасного развития:
1. Энергосбережение.
2. Энергоэффективность.
3. Экологическая безопасность.
Энергетика будущего, таким образом, в последующем своем развитии должна решить три основных задачи:
1. Экономное использование невозобновляемых энергоресурсов.
2. Эффективное использование энергии (с целью уменьшения потерь в процессе генерации, трансформации, передачи и потребления).
3. Увеличение использования возобновляемых (альтернативных) энергоресурсов и стимулирование поиска новых источников энергии.
Основные понятия и определения в энергосбережении
Энергия (греч. – действие, деятельность) – общая количественная мера различных форм движения материи. В приложении к рассматриваемой дисциплине энергия – это способность тела или системы тел совершать работу.
К основным видам энергии, объясненным и признаваемым современной наукой, относятся:
- механическая– энергия механического движения и взаимодействия тел системы или их частей.
- тепловая– вид энергии который может переходить в другой: энергия движения в тепловую, и наоборот; тепловая энергия в световую и электрическую, и наоборот; причем все формы энергии эквивалентны друг другу в работе;
- химическая – энергия, выделяющаяся при химическом взаимодействии атомов и молекул. Энергия, выделяемая или поглощаемая при химической реакции;
- электрическая – энергия выделяемая электронами при движении проводника в электромагнитном поле;
- электромагнитная – энергия электромагнитного поля, слагающаяся из энергий электрического и магнитного полей;
- гравитационная– потенциальная энергия тел (частиц), обусловленная их взаимным тяготением.
- ядерная– атомная энергия, внутренняя энергия атомного ядра, выделяющаяся при ядерных реакциях. Энергия, которую необходимо затратить для расщепления ядра на составляющие его нуклоны, называется энергией связи ядра. Взаимосвязь между массой физического тела и заключенной в ней энергией определена выдающимся ученым Альбертом Эйнштейном:
E = mC2 (1.2)
- солнечная – энергия, выделяющаяся при преобразовании солнечного излучения в тепловую и электрическую энергию;
- ветра– энергия преобразования кинетической энергии воздушных масс в атмосфере в электрическую. Энергию ветра относят к возобновляемым видам энергии, так как она является следствием деятельности солнца;
- энергия воды – энергия преобразования кинетической энергии воды в электрическую и др. Энергия с давней традицией, используемая для современного, чистого производства электроэнергии. Сила воды относится к древнейшим источникам энергии человечества. Силу воды использовали для работы мельниц, пил и насосов.
Энергосбережение – организационная, научная, практическая, информационная деятельность государственных органов, юридических и физических лиц, направленная на снижение удельного расхода энергетических ресурсов на производство единицы продукции работ или услуг в процессе добычи, переработки, транспортирования, хранения, производства, использования и утилизации.
Энергетические ресурсы – материальные объекты, в которых сосредоточена энергия, пригодная для практического применения человеком.
Энергетика (как наука) – отрасль прикладных и теоретических знаний об энергоиспользовании: производстве, преобразовании, передаче, распределении и потреблении энергии в различных ее формах.
Энергетика (как сектор экономики) – базовый сектор национальной экономики, охватывающий ее энергообеспечение: производство, экспорт-импорт, транспорт и распределение энергоресурсов.
Энергоэффективность – количественное значение индекса экономичности энергопотребления изделия, характеризующее его энергоэффективность при эксплуатации (КЭЭ).
Энергосбережение не следует отождествлять с банальной экономией или, что еще хуже, искать виновных среди рабочих и служащих, забывших выключить лампочку в туалете. Энергосбережение – это процесс планомерного проведения организационно-технических мероприятий, позволяющих уменьшить потребление энергии без снижения качества и объемов выпускаемой продукции или оказываемых услуг, ухудшения условий работы и отдыха людей, снижения уровня промышленной и экологической безопасности производственных процессов и т. п. К таким мероприятиям можно отнести внедрения современных технологий и оборудования, датчиков контроля над состоянием энергосистем, оптимизации схем и режимов работы, применения эффективных методов экономического стимулирования, повышения культуры производства и пр.
Энергосбережение – это наука о поиске новых, неограниченных ресурсами Земли, источников энергии, методах учета энергии с целью контроля над ее рациональным использованием, сокращении потребности в энергоресурсах и энергоносителях в расчете на единицу конечного полезного эффекта от их применения.
К области энергосбережения относятся правовые, организационные, научные, производственные, технические и экономические акции, направленные на повышение эффективности применения топливно-энергетических ресурсов и снижение потерь на всех стадиях энергоиспользования, а также на вовлечение в хозяйственный оборот нетрадиционных и возобновляемых источников энергии.