Современная энергетика. Проблемы и перспективы развития энергетики

В течение следующих десятилетий ожидается значительное увеличение энергопотребления, связанное с развитием экономики и приростом населения. Это приведет к росту давления на систему энергоснабжения и потребует повышенного внимания к эффективности использования энергии. Это проблемы современной энергетики, которые надо решать прямо сейчас. Доступность энергоресурсов является ключевым фактором для развития экономики и способствует улучшению качества жизни. Как правило, в основе прогнозов энергопотребления лежат такие факторы, как рост мировых экономик и увеличение численности населения, которые выступают в качестве основной движущей силы непрерывного роста энергопотребления. Эти достижения обеспечили возможность роста экономической активности опережающими темпами по отношению к росту энергопотребления.

Например, несмотря на то, что количество автомобилей в Китае за 2000¬2006 гг. увеличилось более чем в 2 раза, один автомобиль там приходится на 40 человек, в то время как в США данный показатель равен одному автомобилю на двух человек. Исходя из этого, можно с уверенностью прогнозировать дальнейший стремительный рост продаж автомобилей и объемов потребления топлива в Китае. Ускоряющиеся темпы потребления в сочетании с большой численностью населения, которая продолжает расти, позволяют сделать вывод о том, что новая волна роста энергопотребления в значительной степени придется на развивающиеся страны.

Человек только начинает осознавать ограниченность ископаемых ресурсов, в условиях необходимости рационального их использования. Нефти с 1960 по 1970 год было израсходовано столько же, сколько за предыдущие 100 лет. К 2030 году доля нефти как энергоносителя сократится до 16 %. Между тем из разведанных и эксплуатируемых скважин извлекалось до недавнего времени всего 30 % нефти. Уголь может снова стать важнейшим источником энергии. Другой альтернативой всё чаще называется - атомная энергия.

Плодами экономического роста пользуется порядка 15 % населения Земли (в основном, страны Запада), а энергетические ресурсы сосредоточены преимущественно в развивающихся странах. США, ЕЭС, Канада, Япония потребляют 1/2 всей мировой энергии, 1/3 удобрений, 2/3 всех металлов, 2/3 деловой древесины. Они же производят более 2/3 мирового валового продукта, обеспечивают 2/3 мировой торговли, выбрасывают 3/4 всех загрязнителей. Вложение энергии на 100 000 человек в Нидерландах составляет 914 пентаджоулей, Германии - 418, Великобритании - 355, Японии - 352, США - 74, в России - только 16. Борьба за обладание энергоресурсами часто кончается военными конфликтами. В современных условиях усилия в этих конфликтах все чаще направляются не на захват территорий противника, а на подавление военно-экономического потенциала - устранение «конкурента» и обеспечение господства победителя на рынках сырья и сбыта. Это мнение особенно актуально для сегодняшней ситуации в мире.

В настоящее время основными источниками энергии являются углеводороды и урановые руды. Их мировые запасы примерно уже известны, и, даже по самым оптимистическим оценкам, вряд ли разведка даст увеличение их объемов в разы. Поскольку известен и уровень потребления этих ресурсов, то уже подсчитан и срок, после которого они будут полностью исчерпаны. Очевидно, что никакой режим экономии невозобновляемых источников энергии не в состоянии исключить того момента в будущем, когда они будут полностью исчерпаны. Ситуация усугубляется при этом еще несколькими факторами.

Во-первых, экспоненциальным ростом промышленного производства. Так, в прошлом столетии совокупный объем промышленного производства в мире увеличивался в среднем каждые 20 лет. Если эта тенденция сохранится в ХХI в., то через 20 лет потребность в энергоресурсах вырастет в 2 раза, через 40 лет - в 4, к концу ХХI в. - в 32, к концу ХХII в. - в 1024 раза. А поскольку даже при сохранении потребления ресурсов на сегодняшнем уровне их хватит не более чем на несколько десятков лет, то прирост промышленности катастрофически ускоряет приближение всемирной ресурсной катастрофы.

В этом отношении переход к термоядерной энергии (возможно, и в более широком смысле - к плазменной энергетике вообще) - единственный из реально известных выходов из грядущего тупика. Но даже если термоядерные реакции в будущем удастся обуздать, останутся нерешенными другие проблемы современной энергетики.

Энергетическая проблема - одна из важнейших проблем, которые сегодня приходится решать человечеству. Уже стали привычными такие достижения науки и техники, как средства мгновенной связи, быстрый транспорт, освоение космического пространства. Но все это требует огромных затрат энергии. Резкий рост производства и потребления энергии выдвинул новую острую проблему загрязнения окружающей среды, которое представляет серьезную опасность для человечества.

Мировые энергетические потребности в ближайшее десятилетия будут интенсивно возрастать. Какой-либо один источник энергии не сможет их обеспечить, поэтому необходимо развивать все источники энергии и эффективно использовать энергетические ресурсы.

На ближайшем этапе развития энергетики (первые десятилетия XXI в.) наиболее перспективными останутся угольная энергетика и ядерная энергетика с реакторами на тепловых и быстрых нейтронах. Однако можно надеяться, что человечество не остановится на пути прогресса, связанного с потреблением энергии во всевозрастающих количествах.

Слово «энергия» с греческого означает действие, деятельность. Важность понятия энергии определяется тем, что она подчиняется закону сохранения. Представление об энергии помогает понять невозможность создания вечного двигателя. Работа может совершаться только в результате определенных изменений окружающих тел или систем (горения топлива, падения воды). Способность тела при переходе его из одного состояния в другое совершать определенную работу (работоспособность) и была названа энергией. Сейчас как никогда остро встал вопрос: что ждет человечество - энергетический голод или энергетическое изобилие. Не сходят со страниц газет и журналов статьи об энергетическом кризисе. Неумолимые законы природы утверждают, что получить энергию, пригодную для использования, можно только за счет ее преобразования из других форм. Вечные двигатели к сожалению невозможны. А сегодня 4 из 5 произведенных киловатт электроэнергии получаются при сжигании топлива или использовании запасенной в нем химической энергии, преобразовании ее в электрическую на тепловых станциях. Возросшие цены на нефть, быстрое развитие атомной энергетики, возрастание требований к защите окружающей среды потребовали нового подхода к энергетике.

Не зря говорят: «Энергетика - хлеб промышленности». Чем более развиты промышленность и техника, тем больше энергии нужно для них. Существует даже специальное понятие - «опережающее развитие энергетики». Это значит, что ни одно промышленное предприятие, ни один новый город или просто дом нельзя построить до того, как будет определен или создан заново источник энергии,

которую они станут потреблять. Вот почему по количеству добываемой и используемой энергии довольно точно можно судить о технической и экономической мощи, а проще говоря - о богатстве любого государства.

В природе запасы энергии огромны. Ее несут солнечные лучи, ветры и движущиеся массы воды, она хранится в древесине, залежах газа, нефти, каменного угля. Практически безгранична энергия, «запечатанная» в ядрах атомов вещества. Но не все ее формы пригодны для прямого использования.

За долгую историю энергетики накопилось много технических средств и способов добывания энергии и преобразования ее в нужные людям формы. Собственно, и человек-то стал человеком только тогда, когда научился получать и использовать тепловую энергию. Огонь костров зажгли первые люди, еще не понимавшие его природы, однако этот способ преобразования химической

энергии в тепловую сохраняется и совершенствуется уже на протяжении тысячелетий.

К энергии собственных мускулов и огня люди добавили мускульную энергию животных. Они изобрели технику для удаления химически связанной воды из глины с помощью тепловой энергии огня - гончарные печи, в которых получали прочные керамические изделия. Конечно, процессы, происходящие при этом, человек познал только тысячелетия спустя.

Потом люди придумали мельницы - технику для преобразования энергии ветряных потоков и ветра в механическую энергии вращающегося вала. Но только с изобретением паровой машины, двигателя внутреннего сгорания, гидравлической, паровой и газовой турбин, электрических генератора и двигателя, человечество получило в свое распоряжение достаточно мощные

технические устройства. Они способны преобразовать природную энергию в иные ее виды, удобные для применения и получения больших количеств работы. Поиск новых источников энергии на этом не завершился: были изобретены аккумуляторы, топливные элементы, преобразователи солнечной энергии в электрическую и - уже в середине ХХ столетия - атомные реакторы.

Проблема обеспечения электрической энергией многих отраслей мирового хозяйства, постоянно растущих потребностей более чем шестимиллиардного населения Земли становится сейчас все более насущной.

Основу современной мировой энергетики составляют тепло- и гидроэлектростанции. Однако их развитие сдерживается рядом факторов. Стоимость угля, нефти и газа, на которых работают тепловые станции, растет, а природные ресурсы этих видов топлива сокращаются. К тому же многие страны не располагают собственными топливными ресурсами или испытывают в них недостаток. В процессе производства электроэнергии на ТЭС происходит выброс вредных веществ в атмосферу. Причем если топливом служит уголь, особенно бурый, малоценный для другого вида использования и с большим содержанием ненужных примесей, выбросы достигают колоссальных размеров. И, наконец, аварии на ТЭС наносят большой ущерб природе, сопоставимый с вредом любого крупного пожара. В худшем случае такой пожар может сопровождаться взрывом с образованием облака угольной пыли или сажи.

Гидроэнергетические ресурсы в развитых странах используются практически полностью: большинство речных участков, пригодных для гидротехнического строительства, уже освоены. А какой вред причиняют природе гидроэлектростанции! Выбросов в воздух от ГЭС нет никаких, но зато

вред водной среде наносит довольно большой. В первую очередь страдают рыбы, которые не могут преодолеть плотины ГЭС. На реках, где построены гидроэлектростанции, особенно если их несколько – так называемые каскады ГЭС, - резко меняется количество воды до и после плотин. На равнинных реках разливаются огромные водохранилища, и затопленные земли безвозвратно потеряны для сельского хозяйства, лесов, лугов и расселения людей. Что касается аварий на ГЭС, то в случае прорыва любой гидроэлектростанции образуется огромная волна, которая сметет все находящиеся ниже плотины ГЭС. А ведь большинство таких плотин расположено вблизи крупных городов с населением в несколько сотен тысяч жителей.

Выход из создавшегося положения виделся в развитии атомной энергетики. На конец 1989 года в мире построено и работало более 400 атомных электростанций (АЭС). Однако сегодня АЭС уже не считаются источником дешевой и экологически чистой энергией. Топливом для АЭС служит урановая руда – дорогостоящее и трудно добываемое сырье, запасы которого ограничены. К тому же строительство и эксплуатация АЭС сопряжены с большими трудностями и затратами. Лишь немногие страны сейчас продолжают строительство новых АЭС. Серьезным тормозом для дальнейшего развития атомной энергетики являются проблемы загрязнения окружающей среды. Все это дополнительно осложняет отношение к атомной энергетике. Все чаще звучат призывы, требующие отказаться от использования ядерного топлива вообще, закрыть все атомные электростанции и возвратится к производству электроэнергии на ТЭС и ГЭС, а также использовать так называемые возобновимые – малые, или «нетрадиционные», - виды получения энергии. К последним относят прежде всего установки и устройства, использующие энергию ветра, воды, солнца, геотермальную энергию, а также тепло, содержащееся в воде, воздухе и земле.

Назад Вперёд

Внимание! Предварительный просмотр слайдов используется исключительно в ознакомительных целях и может не давать представления о всех возможностях презентации. Если вас заинтересовала данная работа, пожалуйста, загрузите полную версию.

Презентация представляет собой дополнительный материал к урокам, посвящённым развитию энергетики. Энергетика любой страны является основой развития производительных сил, создания материально – технической базы общества. В презентации отражены проблемы и перспективы всех видов энергетики, перспективные (новые) виды энергетики, используется опыт музейной педагогики, самостоятельные поисковые работы обучающихся (работа с журналом «Япония сегодня»), творческие работы обучающихся (плакаты). Презентацию можно использовать на уроках географии в 9 и 10 классах, во внеурочной деятельности (занятиях на факультативах, элективных курсах), в проведении Недели географии «22 апреля – День Земли», на уроках экологии и биологии «Глобальные проблемы человечества. Сырьевая и энергетическая проблема».

В своей работе я использовала метод проблемного обучения, который заключался в создании перед обучающимися проблемных ситуаций и разрешении их в процессе совместной деятельности учащихся и учителя. При этом учитывалась максимальная самостоятельность обучающихся и под общим руководством учителя, направляющего деятельность обучающихся.

Проблемное обучение позволяет не только сформировать у обучающихся, необходимую систему знаний, умений и навыков, достигать высокого уровня развития школьников, но, что особенно важно, оно позволяет сформировать особый стиль умственной деятельности, исследовательскую активность и самостоятельность обучающихся. При работе с данной презентацией у обучающихся проявляется актуальное направление – исследовательская деятельность школьников.

Отрасль объединяет группу производств, занятых добычей и транспортировкой топлива, выработкой энергии и передачей её потребителю.

Природные ресурсы, которые используют для получения энергии – это топливные ресурсы, гидроресурсы, ядерная энергия, а также альтернативные виды энергии. Размещение большинства отраслей промышленности зависит от развития электроэнергии. Наша страна располагает огромными запасами топливно – энергетических ресурсов. Россия была, есть и будет одной из ведущих энергетических держав мира. И это не только потому, что в недрах страны находится 12% мировых запасов угля, 13% нефти и 36% мировых запасов природного газа, которых достаточно для полного обеспечения собственных потребностей и для экспорта в сопредельные государства. Россия вошла в число ведущих мировых энергетических держав, прежде всего, благодаря созданию уникального производственного, научно – технического и кадрового потенциала ТЭК.

Сырьевая проблема

Минеральные ресурсы – первоисточник, исходная основа человеческой цивилизации практически во всех фазах ее развития:

– Топливные полезные ископаемые;
– Рудные полезные ископаемые;
– Нерудные полезные ископаемые.

Современные темпы энергопотребления растут в геометрической прогрессии. Если даже учесть, что темпы роста потребления электроэнергии несколько сократятся из-за совершенствования энергосберегающих технологий, запасов электрического сырья хватит максимум на 100 лет. Однако положение усугубляется ещё и несоответствием структуры запасов и потребления органического сырья. Так, 80% запасов органического топлива приходится на уголь и лишь 20% на нефть и газ, в то время как 8/10 современного энергопотребления приходится на нефть и газ.

Следовательно, временные рамки ещё более сужаются. Однако лишь сегодня человечество избавляется от идеологических представлений о том, что они практически бесконечны. Ресурсы минерального сырья ограничены, фактически невосполнимы.

Энергетическая проблема.

Сегодня энергетика мира базируется на источниках энергии:

– Горючих минеральных ископаемых;
– Горючих органических ископаемых;
– Энергия рек. Нетрадиционные виды энергии;
– Энергия атома.

При современных темпах подорожания топливных ресурсов Земли проблема использования возобновляемых источников энергии становится всё более актуальной и характеризует энергетическую и экономическую независимости государства.

Преимущества и недостатки ТЭС.

Преимущества ТЭС:

1. Себестоимость электроэнергии на ГЭС очень низкая;
2. Генераторы ГЭС можно достаточно быстро включать и выключать в зависимости от потребления энергии;
3. Отсутствует загрязнение воздуха.

Недостатки ТЭС:

1. Строительство ГЭС может быть более долгим и дорогим, чем других энергоисточников;
2. Водохранилища могут занимать большие территории;
3. Плотины могут наносить ущерб рыбному хозяйству, поскольку перекрывают путь к нерестилищам.

Преимущества и недостатки ГЭС.

Преимущества ГЭС:
– Строятся быстро и дешево;
– Работают в постоянном режиме;
– Размещены практически повсеместно;
– Преобладание ТЭС в энергетическом хозяйстве РФ.

Недостатки ГЭС:

– Потребляют большое количество топлива;
– Требует длительной остановки при ремонтах;
– Много тепла теряется в атмосфере, выбрасывают много твердых и вредных газов в атмосферу;
– Крупнейшие загрязнители окружающей среды.

В структуре выработки электроэнергии в мире первое место принадлежит тепловым электростанциям (ТЭС) – их доля составляет 62%.
Альтернативой органическому топливу и возобновляемым источником энергии является гидроэнергетика. Гидроэлектростанция (ГЭС) - электростанция, в качестве источника энергии использующая энергию водного потока. Гидроэлектростанции обычно строят на реках, сооружая плотины и водохранилища. Гидроэнергетика – это получение электроэнергии за счет использования возобновляемых речных, приливных, геотермальных водных ресурсов. Это использование возобновляемых водных ресурсов предполагает управление паводками, укрепление русла рек, переброс водных ресурсов в районы, страдающие от засухи, сохранение подземных токовых вод.
Однако и здесь источник энергии достаточно сильно ограничен. Это связано с тем, что крупные реки, как правило сильно удалены от промышленных центов либо их мощности практически полностью использованы. Таким образом, гидроэнергетика, в настоящий момент обеспечивающего около 10% производства энергии в мире, не сможет существенно увеличить эту цифру.

Проблемы и перспективы АЭС

В России доля атомной энергии достигает 12%. Имеющиеся в России запасы добытого урана обладают электропотенциалом в 15 трлн. кВт.ч, это столько сколько смогут выработать все наши электростанции за 35 лет. На сегодня только атомная энергетика
способна резко и за короткий срок ослабить явление парникового эффекта. Актуальной проблемой является безопасность АЭС. 2000 год стал началом перехода принципиально новые подходы к нормированию и обеспечению радиационной безопасности АЭС.
За 40 лет развития атомной энергетики в мире построено около 400 энергоблоков в 26 странах мира. Основными преимуществами атомной энергетики являются высокая конечная рентабельность и отсутствие выбросов в атмосферу продуктов сгорания, основными недостатками является потенциальная опасность радиоактивного заражения окружающей среды продуктами деления ядерного топлива при аварии и проблема переработки использованного ядерного топлива.

Нетрадиционная (альтернативная энергетика)

1. Солнечная энергетика . Это использование солнечного излучения для получения энергии в каком-либо виде. Солнечная энергетика использует возобновляемый источник энергии и в перспективе может стать экологически чистой.

Преимущества солнечной энергии:

– Общедоступность и неисчерпаемость источника;
– Теоретически, полная безопасность для окружающей среды.

Недостатки солнечной энергии:

– Поток солнечной энергии на поверхности Земли сильно зависит от широты и климата;
– Солнечная электростанция не работает ночью и недостаточно эффективно работает в утренних и вечерних сумерках;
Фотоэлементы содержат ядовитые вещества, например, свинец, кадмий, галлий, мышьяк и т. д., а их производство потребляет массу других опасных веществ.

2. Ветроэнергетика . Это отрасль энергетики, специализирующаяся на использовании энергии ветра - кинетической энергии воздушных масс в атмосфере. Так как энергия ветра является следствием деятельности солнца, то её относят к возобновляемым видам энергии.

Перспективы ветроэнергетики.

Ветроэнергетика является бурно развивающейся отраслью, так в конце 2007 года общая установленная мощность всех ветрогенераторов составила 94,1 гигаватта, увеличившись впятеро с 2000 год. Ветряные электростанции всего мира в 2007 году произвели около 200 млрд кВт·ч, что составляет примерно 1,3 % мирового потребления электроэнергии. Прибрежная ферма ветроэнергетических установок Миддельгрюнден, около Копенгагена, Дания. На момент постройки она была крупнейшей в мире.

Возможности реализации ветроэнергетики в России. В России возможности ветроэнергетики до настоящего времени остаются практически не реализованными. Консервативное отношение к перспективному развитию топливно-энергетического комплекса практически тормозит эффективное внедрение ветроэнергетики, особенно в Северных районах России, а также в степной зоне Южного Федерального Округа, и в частности в Волгоградской области.

3. Термоядерная энергетика. Солнце - природный термоядерный реактор. Ещё более интересной, хотя и относительно отдалённой перспективой выглядит использование энергии ядерного синтеза. Термоядерные реакторы, по расчётам, будут потреблять меньше топлива на единицу энергии, и как само это топливо (дейтерий, литий, гелий-3), так и продукты их синтеза нерадиоактивны и, следовательно, экологически безопасны.

Перспективы термоядерной энергетики. Данная область энергетики имеет огромный потенциал, в настоящее время в рамках проекта "ITER", в котором участвуют Европа, Китай, Россия, США, Южная Корея и Япония во Франции идет строительство крупнейшего термоядерного реактора, целью которого является вывести УТС (Управляемый термоядерный синтез) на новый уровень. Строительство планируется завершить в 2010 году.

4. Биотопливо, биогаз. Биотопливо - это топливо из биологического сырья, получаемое, как правило, в результате переработки стеблей сахарного тростника или семян рапса, кукурузы, сои. Различается жидкое биотопливо (для двигателей внутреннего сгорания, например, этанол, метанол, биодизель) и газообразное (биогаз, водород).

Виды биотоплива:

– Биометанол
– Биоэтанол
– Биобутанол
– Диметиловый эфир
– Биодизель
– Биогаз
– Водород

На данный момент самые развитые – биодизель и водород.

5. Геотермальная энергия. Под вулканическими островами Японии скрыты огромные количества геотермальной энергии, этой энергией можно воспользоваться извлекая горячую воду и пар. Преимущество: выделяет примерно в 20 раз меньше углекислого газа при производстве электричества, что снижает ее влияние на глобальную окружающую среду.

6. Энергия волн, приливов и отливов. В Японии важнейший источник энергии волновые турбины, которые преобразуют вертикальное движение океанских волн в давление воздуха вращающего турбины электрогенераторов. На побережье Японии установлено большое количество буев, использующих энергию приливов и отливов. Так используют энергию океана для обеспечения безопасности океанского транспорта.

Огромный потенциал энергии Солнца мог бы теоритически обеспечить все мировые потребности энергетики. Но КПД преобразования тепла в электроэнергию всего 10%. Это ограничивает возможности Солнечной энергетики. Принципиальные трудности возникают и при анализе возможностей создания генераторов большой мощности, использующих энергию ветра, приливы и отливы, геотермальную энергию, биогаз, растительное топливо и т.д. Всё это приводит к выводу об ограниченности возможностей рассмотренных так называемых «воспроизводимых» и относительно экологически чистых ресурсов энергетики, по крайней мере, в относительно близком будущем. Хотя эффект от их использования при решении отдельных частных проблем энергообеспечения может быть уже сейчас весьма впечатляющим.

Конечно, существует оптимизм по поводу возможностей термоядерной энергии и других эффективных способов получения энергии, интенсивно исследуемых наукой, но при современных масштабах энергопроизводства. При практическом освоении этих возможных источников потребуется несколько десятков лет из-за высокой капиталоёмкости и соответствующей инерционности в реализации проектов.

Исследовательские работы обучающихся:

1. Спецрепортаж «Зеленая энергия» для будущего: «Японии является мировым лидером по производству солнечной электроэнергии. 90% солнечной энергии, производимой в Японии, вырабатывается солнечными панелями в обычных домах. Японское правительство поставило цель в 2010 году получить примерно 4,8 млн. кВт энергии от солнечных батарей. Производство электроэнергии из биомассы в Японии. Из кухонных отходов выделяют газ метан. На этом газе работает двигатель, который генерирует электричество, также создаются благоприятные условия для защиты окружающей среды.

1

В статье показано значение и практическая ценность научных проектов, которая необходима будущим специалистам для формирования научно-исследовательских навыков и совершенствования знаний. Наряду с этим, рассмотрены различные энергетические установки и их принцип работы. В статье отмечено, что при бурном развитии научно-технического процесса человечество естественным образом должно придти к потреблению альтернативных источников энергии, энергии Солнца, воды, ГЭС, гетермальной энергетики, энергии ветра и т.д. Все эти виды энергии относятся практически к неисчерпаемым источникам энергии, если смотреть на будущее стратегически, она имеет древнюю историю, альтернативная энергетика станет в перспективе первой необходимостью. Поэтому рассмотрение современной энергетики, рассмотрение проблем и перспектив развития в научных проектах школьников имеет большое познавательное значение.

современная энергетика

геотермальная станция

ядерная энергетика

Управляемый Термоядерный Синтез

энергия Солнца

энергия ветра

физика полупроводников

1. Аметистов Е.В. Основы современной энергетики. – М.: Изд-во МЭИ, 2004.

2. Басов Н.Г., Лебо И.Г., Розанов В.Б. Физика лазерного термоядерного синтеза. – М.: Знание, 1988. – 36 с.

4. Макарова А.А. //Российский энергетический форум. – 2005. – 93 с.

5. Норенков И.П., Зимин А.М. Информационные технологии в образовании. – М.: МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2004. – 48 с.

Современное общество живет в нестабильном неспокойном мире. XXI век поставил ряд сложных глобальных проблем, от решения которых зависит будущее человечества. Эти проблемы часто называют вызовами XXI века.

Первый вызов - энергетический. Не за горами истощение ресурсов традиционных источников энергии в недрах земли. В то же время потребление энергии, особенно в индустриально развитых странах, продолжает расти. в такой ситуации остается надеется только на труды ученых, на то, что учеными, с одной стороны, будут открыты новые пока неизвестные источники энергии, с другой стороны, разработаны новые энергосберегающие технологии.

Второй вызов - экологический. Человечество хотя и осознало необходимость охраны окружающей среды и использования экологически безопасных технологий, но разработка природоохранных мероприятий и безвредных технологий пока существенно отстает от потребностей экосистемы.

Для решения этих проблем наметились следующие тенденции. Первая тенденция - постепенный переход к постиндустриальному обществу на основе развития и широкого применения информационных технологий. Вторая тенденция - повышение культурного и профессионального уровня большинства жителей Земли на основе развития и распространения методик, средств и технологий образования.

Следовательно, в современных условиях существенно возрастает роль образования, растут потребности общества в образовательных услугах.

Итак, информационные технологии и образование - эти две тенденции в совокупности становятся теми сферами человеческих интересов и деятельности, которые знаменуют эпоху XXI века и должны стать основой для решения стоящих перед человечеством проблем .

Очевидно, что круг вопросов, составляющих предмет информационных технологий в образовании,школьных проектов чрезвычайно широк и попытка изложить все аспекты проблемы в одной статье чрезвычайно сложно. Поэтому в данной статье сделан акцент на вопросы научно-исследовательских навыков и совершенствований знаний учеников на основе подготовки научных проектов, научных докладов .

При бурном развитии общества, в век научно-технического прогресса,в век стремительного компьютерного развития, в век прогресса нанотехнологии молодежь должна интенсивно заниматься основными энергетическими проблемами. Так как современное общество представить без энергетики практически невозможно. На смену традиционным источникам несомненно придут альтернативные источники энергии. Природные запасы сырьевых ресурсов нефть,газ, другие источники все таки рано или поздно будут исчерпаны. Но самое главное не это, в любом случае человечество естественным образом должно придти к потреблению альтернативных источников энергии, энергии Солнца, воды, ГЭС, гетермальной энергетики,энергии ветра и т.д.

Все сказанное относится практически к неисчерпаемым источникам энергии, если смотреть на будущее стратегически, альтернативная энергетика имеет историю в миллионы лет. Данный период в жизни человечества имеет просто определенный исторически этап, к альтернативным источникам энергии без никаких обсуждений мы придем в перспективе в ближайшие 30-50 лет несомненно. Этот исторически этап человечеством тоже будет пройден, независимо от того, когда закончится уголь, нефть и т.д., ведь каменный век закончился не из-за того что закончились камни.

В свете выше сказанного, обсуждение вопросов альтернативных источников энергии, подготовка к научным проектам, научно-исследовательским работам среди школьников для совершенствования своих знаний и своего творческого развития представляет большой интерес.

Известно, что ученики старших классов школы занимаются научными проектами, различными научно - исследовательскими работами, все это формирует определенные навыки для дальнейшей научной работы. Занятия научными проектами также служит мотивационным фактором при изучении основных закономерностей современной физики. Здесь можно привести такой пример: допустим, что ученик старшего класса готовит доклад на тему «Современная энергетика, ее возможности и перспектива будущей энергетики». Для подготовки такого доклада требуются знания из области ядерной физики, атомной физики, термодинамики и молекулярной физики, оптики и других разделов физики. Помимо этого школьник должен разбираться в технических вопросах проекта, во многих характеристиках энергетических установок, расчетах и формулах различных ветряных, геотермальных и других установок, схемах энергоблоков и системы безопасности энергоустановок.

Теперь попытаемся разобраться принципом действия различных установок, видами современной энергетики, использованием этих энергий в производственной сфере, промышленности и т.д.

Ясно, что с геотермальными установками школьники никогда не сталкивались, но и не слышали об этом. Естественно чтобы знать об этом кое-какую информацию,они должны искать соответствующий материал об этом в справочнике или в интернете. После таких поисков они уже будут знать об этом виде энергии.

В целом здесь возникает множество вопросов,например что такое геотермальная энергия, где она используется? Геотермальная станция (ГеоТЭС) это вид электрической станции, которая вырабатывает электрическую энергию из тепловой энергии подземных источников (например гейзеров). Эта энергия является возобновляемым ресурсом. Главным достоинством геотермальной энергии является ее практическая неиссякаемость и полная независимость от условий окружающей среды, времени суток и года.

Существуют следующие принципиальные возможности использования тепла земных глубин. Воду или смесь воды и пара в зависимости от их температуры можно направлять для горячего водоснабжения и теплоснабжения, для выработки электроэнергии либо одновременно для всех трех целей. Высокотемпературное тепло околовулканического района и сухих горных пород предпочтительно использовать для выработки электроэнергии и теплоснабжения. От того, какой источник геотермальной энергии используется, зависит устройство станции .

Недостатками геотермальной энергии являются высокая минерализация термальных вод большинства месторождений и наличие токсичных соединений и металлов, что исключает в большинстве случаев сброс термальных вод в природные водоемы.

В некоторых европейских странах на производственной сфереуже используют геотермальную энергию, т.е. энергию подземных источников. Крупнейшими производителями геотермальной энергии являются такие страны как США, Филиппины, Мексика, Италия. Вот сколько полезной и необходимой информации можно извлечь из этих данных, можно также ознакомиться с принципиальным устройством геотермальной станции.

Теперь поговорим про ядерную энергетику, которая представляет главную составляющую современной энергетики. Современную энергетику, вообще будущее всей энергетики трудно представить без термоядерной энергии. Интересно как представляют себе школьники, студенты термоядерную энергию? Мы думаем, что современная молодежь, независимо от своей будущей профессии должна себе хорошо представлять термоядерную энергию, ее перспективу, преимущества и технические характеристики установки и т.д. Здесь возникают множество вопросов, например такой вопрос какие государства планируют установки для термоядерной энергии, какие сложности при этом возникают и т.д.

Ядерная энергетика имеет огромный потенциал по сравнению с другими видами энергии. Ядерная энергетика - это отрасль энергетики, занимающаяся получением и использованием ядерной энергии. Обычно для получения ядерной энергии используют цепную ядерную реакцию деления ядер урана - 235 или плутония. Но имеются еще огромные потенциальные резервы развития в легких ядрах, которые могут быть реализованы в реакциях управляемого термоядерного синтеза .

Современная ядерная энергетика основывается в основном на атомных электростанциях. Атомная электростанция представляет собой ядерную установку для производства энергии в заданных режимах и условиях применения, распологающуюся в пределах определенной проектом территории, на которой для осуществления этой цели используются ядерный реактор и комплекс необходимых систем.

Управляемый Термоядерный Синтез (УТС) использует ядерную энергию выделяющуюся при слиянии легких ядер, таких как ядра водорода или его изотопов дейтерия и трития или дейтерия и дейтерия. Дейтерий, или тяжелый водород, имеет ядро, состоящее из одного протона и одного нейтрона. Дейтерий присутствует в воде в пропорции одна часть на 6500 частей обычного водорода. Тритий, или сверхтяжелый водород, имеет ядро, состоящее из одного протона и двух нейтронов. В естественном виде он в природе не существует из-за своей радиоактивности, но может быть получен в результате ядерных реакций при взаимодействий нейтронов с ядрами лития. При радиоактивном распаде трития (период его полураспада 13,5 лет) испускаются электроны и нейтрино. Ядерные реакции синтеза легких ядер широко распространены в природе, они являются источниками энергии внутри звезд и Солнца .

Подводя итоги вышесказанному можно сделать следующее заключение:

В случае повсеместного распространения термоядерных электростанций человечество получит дешевую электроэнергию и, как результат, вытеснение современных энергоносителей, запасы которых будут к тому времени в значительной мере исчерпаны, из индустрии и бытового хозяйства.

В целом отсюда вытекает, что для осуществления Управляемого Термоядерного Синтеза потребуются огромные технические установки, которые в ближайщее время технически трудно осуществить, ясно одно ядерная энергетика - это энергия будущего. В природе кроме ядерной энергетики, геотермальной энергии имеются также множество альтернативных источников энергии.

Ограниченность запасов природных ресурсов, а также вред традиционных источников энергии для окружающей среды вынуждают человечество искать альтернативные источники энергии. К таким относятся гелиоэнергетика, ветроэнергетика, энергетика биомассы, энергетика проливов, отливов и т.д. Вот про эти альтернативные виды энергии, их принцип действия, про их преимущества и недостатки современная молодежь должна иметь ясное представление, так как они образуют определенные виды энергии которую необходимо уже использовать в наше время.

В наше время энергия является одним из главных факторов экономического роста, увеличения производительности труда и повышения качества жизни населения. Потребителями энергии являются как отдельные люди, так и различные промышленные обьекты. В результате роста населения и развития промышленности за последние сто лет потребление энергии в мире возросло в четырнадцать раз. По прогнозам некоторых демографов население Земли к середине 21 века достигнет 9 млрд человек. В связи с этим естественно можно ожидать рост потребностей энергии.

На основе изучения традиционных видов энергии, альтернативных источников энергии школьники старших классов, студенты ознакомятся с принципом действия приборов и установок работающих для этих электростанции, их преимуществами и недостатками, системами безопасности и т.д. Помимо этого им придется знать физические процессы происходящие в этих установках, способы преобразования солнечной энергии, энергии ветра, энергию водного потока в электрическую энергию.

Например энергия Солнца может быть преобразована в теплоту или холод, движущую силу и электричество. Здесь можно получить полный спектр знанийиз раздела оптики, например в каком диапазоне длин волн происходит излучение Солнца, диапазон ультрафиолетовых волн, диапазон световых волн, диапазон инфракрасных волн. Также можно получить сведения о количестве энергии излучаемое Солнцем это приблизительно 1,1?1020 кВт?ч в секунду. Киловатт?час - это количество энергии, необходимое для работы лампочки накаливания мощностью 100 ватт в течение 10 часов.

Внешние слои атмосферы Земли перехватывают приблизительно одну миллионную часть энергии, излучаемой Солнцем, или приблизительно 1500 квадрильонов (1,5?1018) кВт?ч ежегодно. Кроме этого например количество Солнечной энергии, падающей на поверхность Земли, изменяется вследствие движения Солнца, времени года, от географического месторасположения участка, оно зависит также от различных атмосферных явлений, от облаков, от горных местностей, от равнины и т.д. Вот такое количество огромных сведений можно получить от излучения Солнца, эти сведения из области физики, географии, астрономии и химии. Все эти сведения обогащают знания школьников из различных областей физики, географии, химии и т.д. .

Следует отметить также, что излучение Солнца проникающий внутрь здания зависит от угла падения излучения, от материала стен здания, от расположения здания, от теплопроводности материала, от конвекции и т.д.

Можно привести также огромное количество полезной информации из различных областей наук получаемой школьником при подготовке к научному проекту, которые обогащают знания школьников.

Здесь также отметим преимущества преобразования солнечной энергии в электрическую энергию, работа солнечных батареи, где принцип работы основан на р-n-переходе, или другими словами это электронно-дырочный переход. Это уже область физики полупроводника, в которой имеет место пространственное изменение типа проводимости от электронной nк дырочной р проводимости.

При знакомстве с ветроэнергетическими установками школьники получают информацию как происходит преобразование кинетической энергии потока ветра в электрическую энергию, принципом работы этих установок. Они получают характеристические параметры ветра: скорость ветра, энергия ветра, мощность этой энергии, коэффициент полезного действия установки, экономически эффект от ветроэнергетических установок .

Одним словом подводя итоги можно сделать общее заключение:

При подготовке и работе над школьными проектами школьники получают массу всевозможных полезных информации из различных областей науки, физики, географии, химии, биофизики и т.д. Все полученные информации стимулируют молодежь для формирования у них научно-исследовательских навыков и совершенствования знаний в основном по курсу современной физики, эти знания необходимы также в дальнейшем при работе в промышленности, производстве и некоторых отраслях техники.

Библиографическая ссылка

Абекова Ж.А., Оралбаев А.Б., Саидахметов П.А., Ашенова А.К. СОВРЕМЕННАЯ ЭНЕРГЕТИКА, ЕЕ ПРОБЛЕМЫ И ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ В НАУЧНЫХ ПРОЕКТАХ ШКОЛЬНИКОВ // Международный журнал экспериментального образования. – 2016. – № 1. – С. 13-16;
URL: http://expeducation.ru/ru/article/view?id=9377 (дата обращения: 06.06.2019). Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Основы современной энергетики

Энергемтика - область хозяйственно-экономической деятельности человека, совокупность больших естественных и искусственных подсистем, служащих для преобразования, распределения и использования энергетических ресурсов всех видов. Её целью является обеспечение производства энергии путём преобразования первичной, природной, энергии во вторичную, например в электрическую или тепловую энергию. При этом производство энергии чаще всего происходит в несколько стадий:

Получение и концентрация энергетических ресурсов, примером может послужить добыча, переработка и обогащение ядерного топлива;

Передача ресурсов к энергетическим установкам, например доставка мазута на тепловую электростанцию;

Преобразование с помощью электростанций первичной энергии во вторичную, например химической энергии угля в электрическую и тепловую энергию;

Передача вторичной энергии потребителям, например по линиям электропередачи.

Современная энергетика. Проблемы и перспективы.

В чем проблемы современной энергетики? Каковы пути и перспективы ее развития? Во времена Советского союза ответ на эти вопросы был бы однозначным и не подлежащим обсуждению: “Догнать, перегнать и оставить далеко позади государство-соперника (например, США, а тем самым и весь мир) по производству и потреблению энергии”. Такой позиции правительство придерживалось и в промышленности, где оно в отличие от гонки вооружений, преуспело, и Союз действительно далеко обогнал США и весь мир в тяжелой промышленности. Теперь мы видим перед собой результат такой политики - Россию, такую, какая она есть сейчас: с бедным народом и разрушенной экономикой. Посмотрим, к чему привели подобные действия в энергетике. Специалисты подсчитали, что в США потребление энергии в 6 раз превосходит среднемировой уровень и в 30 раз - уровень развивающихся стран. Чтобы подтянуться к уровню хотя бы современных Соединенных Штатов, этим странам нужно каждые несколько лет удваивать производство и потребление энергии, тем более что население этих стран стремительно растет, и для их индустриализации, для переселения новых и новых миллиардов латиноамериканцев, африканцев, арабов, индийцев, китайцев, индонезийцев и т.д. из хижин в благоустроенные жилища рост потребности энергии составляет 6-9% в год!

А теперь обратим внимание на информацию, которую предлагают нам ученые:

1. Если бы развивающиеся страны сумели добиться роста потребления минеральных ресурсов до уровня Соединенных Штатов, то разведанные запасы нефти истощились бы через 7 лет, природного газа - через 5 лет, угля - через 18 лет. Если учесть еще и потенциальные запасы, до которых пока не добрались геологи, то природного газа должно хватить на 72 года, нефти в обычных скважинах на 60 лет, а в сланцах и песках, откуда ее чрезвычайно трудно и дорого выкачивать, - на 660 лет, угля на 350 лет.

2. Предположим, что на нужды энергии можно использовать, как нефть, всю массу нашей планеты. Если скорость увеличения потребления энергии останется такой же, как сегодня, это “горючее” будет сожжено целиком всего за 342 года.

Допустим далее, что мы располагаем запасами горючего, скажем, на миллион лет. Если мы станем увеличивать размеры его потребления всего на 2% в год (а это - приблизительный темп роста мирового народонаселения), то запасов хватит на 501 год.

3. При современных темпах развития техники производство энергии на Земле через 240 лет превысит количество солнечной энергии, падающей на нашу планету, через 800 лет - всю энергию, выделяемую солнцем, а через 1300 лет - полное излучение всей нашей галактики.

Однако, главная проблема современной энергетики - не истощение минеральных ресурсов, а угрожающая экологическая обстановка: еще задолго до того, как будут использованы все мыслимые ресурсы, разразиться экологическая катастрофа, которая превратит Землю в планету, совершенно не приспособленную для жизни человека.

Энергия будущего: Cолнце, воздух и вода - наши лучшие друзья.

Нефть дорожает, и перспектива ее как источника энергии в будущем весьма неопределенна. Пять новых методов добычи энергии - от волновых электростанций, способных отнимать энергию у морских волн, до бактерий, выделяющих электричество из сточных вод, - могут вдохнуть новые силы в наш старый мир.

Представьте себе, что вы месяцами катаетесь на машине, не доливая в бак бензина, обеспечиваете дом энергией океанских волн или подключаете ваш ноутбук к розетке прямо на пиджаке. Впрочем, глядя на ценник на бензоколонке (18 рублей за литр 95-го), можно подумать, что эта энергетическая утопия - совсем уж далекая сказка. С другой стороны, нынешняя мрачная ситуация в энергетике имеет и утешительную сторону. Растущие цены, общая тревога и озабоченность, новая политика правительства - все это, хочешь не хочешь, подталкивает нас к новым усилиям, направленным на обновление всей энергосистемы. Для полномасштабного внедрения некоторых из этих идей потребуются годы и годы. Другие прямо сейчас можно брать на вооружение. Доживем ли мы когда-нибудь до эпохи с бездонными источниками энергии? Строго говоря, вряд ли. Запасы нефти на Земле безусловно ограниченны. Даже водород, которым питается ядерная реакция на Солнце, и тот - увы! - когда-нибудь закончится. До этого страшного мига осталось всего-то миллиардов пять лет. Если не брать в расчет шансов на неожиданный прорыв в технологиях ядерного синтеза, никакой другой источник не обещает в мановение ока решить все наши проблемы. Скорее, энергетические запросы человечества будут удовлетворяться путем объединения различных передовых технологий. В этом союзе сыграют свою роль энергия солнца, ветра, морских волн и другие альтернативные источники. Промышленность как потребитель тоже сделает шаг навстречу - современная технология успешно учится делать больше, потребляя меньше. Очерченные в этой статье пять генеральных идей должны облегчить бремя, которое человечество возлагает на ископаемые виды горючего. Каждая из этих идей подошла вплотную к этапу внедрения, а вместе они должны вымостить дорогу для дальнейших прорывов в производстве и энергосбережении. Не надейтесь, что завтра мы проснемся в новом мире, но сейчас, когда эти проблемы привлекают все более пристальное внимание со стороны ученых, промышленности и потребителей, темпы прогресса растут не по дням, а по часам. В конце концов, смиримся с тем, что запасы всех энергоресурсов ограниченны, зато безграничной остается способность человека порождать новые идеи.

Перспективными считаются реакторы на быстрых нейтронах. Они работают без замедлителя, но требуют несколько иного топлива - произведенного в обычных (тепловых) реакторах плутония. Главное их достоинство с точки зрения энергетики - способность в процессе работы не только производить электроэнергию, но и утилизировать непригодный в качестве ядерного горючего уран-238 для получения новых порций плутония. Фактически появляется возможность организовать так называемый «замкнутый топливный цикл». Впрочем, пока природный уран сравнительно дешев и доступен, эти технологии мало привлекают инвесторов, и за редким исключением реакторы на быстрых нейтронах - это просто реакторы для производства плутония и потенциальные установки для сжигания ядерных отходов. энергия хозяйственный экономический

Человек использует энергию атомного ядра уже 50 лет. Это до сих пор гораздо сложнее, чем топить печку углем или сжигать бензин в двигателе внутреннего сгорания. Начинка ядерных электростанций сделана из того же материала, что и атомная бомба, и все эти годы нас не покидает интуитивное ощущение тревоги и недоверия.

Возможно, еще лет через сто, когда подойдут к концу обычные источники энергии, а возобновляемой замены им так и не найдется, у человечества не будет иного выбора, кроме ядерной энергетики. И будучи реалистом, генеральный директор МАГАТЭ Мохаммед эль Барадеи, выступая в июне 2004 года на конференции в Москве, осторожно сказал так: «сейчас, когда атомная энергетика отмечает свое 50-летие, ее будущее - хоть оно, возможно, и становится многообещающим - все же остается неопределенным».

Размещено на Allbest.ru

...

Подобные документы

Энергетика как совокупность естественных и искусственных подсистем, служащих для преобразования, распределения и использования энергетических ресурсов всех видов. Структура энергетики современной России, ее элементы и значение, перспективы развития.

презентация , добавлен 07.10.2013


Основы энергосбережения, энергетические ресурсы, выработка, преобразование, передача и использование различных видов энергии. Традиционные способы получения тепловой и электрической энергии. Структура производства и потребления электрической энергии.

реферат , добавлен 16.09.2010


История развития энергетики как науки, общая и вторичная энергетика, понятие "энергия", пути решения энергетических проблем. Электроэнергетика как самостоятельная отрасль. Технологии, используемые в процессе получения, передачи и использования энергии.

курсовая работа , добавлен 03.02.2012


Генерация электроэнергии как ее производство посредством преобразования из других видов энергии, с помощью специальных технических устройств. Отличительные признаки, приемы и эффективность промышленной и альтернативной энергетики. Типы электростанций.

презентация , добавлен 11.11.2013


Изучение мирового топливно-энергетического баланса, определение потенциальных энергоресурсов Земли. Анализ создания комфортных условий жизнедеятельности человека посредством преобразования разных видов энергии. Обзор основных свойств систем энергетики.

реферат , добавлен 03.02.2012


Описания отрасли энергетики, занимающейся производством электрической и тепловой энергии путём преобразования ядерной энергии. Обзор работы атомной электростанции с двухконтурным водо-водяным реактором. Вклад ядерной энергетики Украины в общую выработку.

реферат , добавлен 28.10.2013


Проблемы современной российской энергетики, перспективы использование возобновляемых источников энергии и местных видов топлива. Развитие в России рынка биотоплива. Главные преимущества использования биоресурсов на территории Свердловской области.

контрольная работа , добавлен 01.08.2012


Характеристика видов и классификации топливно-энергетических ресурсов или совокупности всех природных и преобразованных видов топлива и энергии. Вторичные топливно-энергетические ресурсы - горючие, тепловые и энергоресурсы избыточного давления (напора).

контрольная работа , добавлен 31.01.2015


Обзор развития современной энергетики и ее проблемы. Общая характеристика альтернативных источников получения энергии, возможности их применения, достоинства и недостатки. Разработки, применяемые в настоящее время для нетрадиционного получения энергии.

реферат , добавлен 29.03.2011


Типовые источники энергии. Проблемы современной энергетики. "Чистота" получаемой, производимой энергии как преимущество альтернативной энергетики. Направления развития альтернативных источников энергии. Водород как источник энергии, способы его получения.