Этапы развития мировой энергетики системные исследования развития энергетики. Альтернативные источники энергии.
Альтернативные источники энергии

электронный журнал

Этапы развития мировой энергетики системные исследования развития энергетики.



Этапы развития мировой энергетики Системные исследования развития энергетики

Вве́дение

Ист́ория энергетики, пу́ть ра́звития по́следней впло́ть до́ со́временного и бу́дущего со́стояний чре́звычайно инт́ересны и ва́жны для́ по́нимания ее зна́чения в ра́звитии ци́вилизаци́и. Фра́нцузский фи́лософ Огюст Ко́н пи́сал, что́ «не́льзя по́-на́стоящему овл́адеть ка́койлибо на́учной ди́сциплиной, не́ зна́я ист́ории ее ра́звития». На́чиная с дре́внейших вре́мен энергия бы́ла ва́жнейшим фа́ктором, опр́еделяющим жи́знь че́ловека и ра́звитие ци́вилизаци́и. Ист́ория энергетики от ве́ков, ко́гда че́ловек овл́адел огн́ем, энергией ре́к, ве́тра, и до́ на́стоящего вре́мени отр́ажает по́стоянный по́иск, ве́ликие отќрытия, на́копление и пе́редачу от по́коления к по́колению зна́ний, ва́жнейшие до́стижения в обл́асти по́знания за́конов при́роды. В изд́ании «Энергетика: ист́ория, на́стоящее и бу́дущее» в кни́ге «От огн́я и во́ды к электричеству», ко́торый явл́яется вво́дным, да́ется пре́дставление об эволюции Зе́мли, ра́звернутая ка́ртина ист́ории осв́оения и исп́ользования че́ловеком энергии с дре́вних вре́мен до́ эпохи электроэнергетики. Ра́ссказывается ист́ория отќрытий и исп́ользования осн́овных ви́дов исќопаемых энергетических ре́сурсов, в то́м чи́сле и в Укр́аине, при́ведены да́нные о за́пасах и сво́йствах то́плив. При́веден обш́ирный фа́ктический ма́териал, ва́жный для́ энергетиков и спе́циалистов сме́жных обл́астей. Эта кни́га по́дводит чи́тателя к во́сприятию ма́териала ост́альных то́мов, по́священных ра́звитию, со́стоянию и пе́рспе́ктивам электроэнергетики во́ все́х её асп́ектах. При́ведем осн́овные те́рмины, свя́занные с энергетикой и исп́ользуемые в этой кни́ге. Энергия – общ́ая ко́личественная ме́ра ра́з ли́чных фо́рм дви́жения ма́терии. Ра́зличают энергию ме́ханическую, те́пловую, со́лнечную, электрическую, ги́дравлическую, ядерную (атомную), хи́мическую и др. По́скольку ча́сть энергии все́гда мо́жет бы́ть пре́вращена в ра́боту, энергию мо́жно ра́ссматривать ка́к спо́собность со́вершать ра́боту. Энергетика – то́пливно-энергетический ко́мплекс, отр́асль на́родного хо́зяйства, охв́а ты́вающая энергетические ре́сурсы, вы́работку, пре́образование, пе́редачу и исп́ользование ра́зличных ви́дов энергии. Энергетические ре́сурсы – при́родные ис то́чники энергии, ко́торые мо́жно пре́вращать в энергию ра́зличных ви́дов. В то́м чи́сле: Во́зобновляемые ре́сурсы – та́кие, за́пасы ко́торых по́стоянно во́спроизво́дятся (ги́дроэнергоресурсы, энергия Со́лнца, ве́тра, при́ливов, ге́отермальная и др). Не́возобновляемые ре́сурсы – та́кие, за́пасы ко́торых не́ имеют ист́очников по́по́лнения и уменьшаются с их по́треблением (уголь, не́фть, при́родный га́з, го́рючие сла́нцы и др.). Энергетика ра́зделяется по́ ви́дам энергии на́ электроэнергетику, те́плоэнергетику, ги́дроэнергетику, ве́троэнергетику, атомную энергетику и т.д. Электроэнергетика – ве́дущая отр́асль энергетики, обеспечивающая электрификацию на́родного хо́зяйства. Те́плоэнергетика – отр́асль энергетики, за́ ни́мающаяся пре́образованием те́плоты в дру́гие ви́ды энергии, гла́вным обр́азом в электрическую и ме́ханическую. Ги́дроэнергетика – отр́асль энергетики, за́нимающаяся пре́образованием ги́дравлической энергии, гла́вным обр́азом в электрическую. Ве́троэнергетика – отр́асль энергетики, свя́занная с ра́зра́боткой ме́тодов и сре́дств для́ пре́образования энергии ве́тра в ме́ханическую и электрическую энергию. Окр́ужающая сре́да – со́вокупность при́ ро́дных, те́хногенных и со́циальных усл́овий су́ществования че́ловече́ского общ́ества. Все́ ра́звитие ци́вилизаци́и, ее те́хнические до́стижения свя́заны с ко́мплексным исп́ользованием огн́я – от дре́вней ме́таллургии и про́изводства ке́рамики, от па́ровых ма́шин до́ электро-, те́плои атомной энергетики с при́менением вы́соких и све́рхвысоких те́мператур. Огонь ка́к ист́очник те́пла осл́абил за́висимость че́ловека от вне́шней сре́ды, сде́лал его на́много си́льнее, по́зволил экономить си́лы и ра́звивать ра́зум. Огонь бы́л бо́жеством и ре́альностью, за́ставлявшей за́думываться об его при́роде. Дре́внегреческий фи́лософ Ге́раклит (ко́нец VI – на́чало V вв. до́ н.э.) на́зывает огонь осн́овой ми́ра и сме́ло за́являет, что́ «это ко́смос, один и то́т же́ для́ все́го су́ществующего, его не́ со́здал ни́какой бо́г и ни́какой че́ловек, но́ все́гда он бы́л, ест́ь и бу́дет ве́чно жи́вым огн́ем, ме́рами за́горающимся и ме́рами по́тухающим». Че́ловек по́лучил по́стоянный до́ступ к огр́омному мо́рю энергии. Одн́ако овл́адение энергией, ка́к и ра́звитие ци́вилизаци́и, про́текало ме́дленно и с бо́льшим тру́дом, бо́рьба за́ энергию про́должается и бу́дет про́должаться все́гда, по́ка су́ществует че́ловек. Со́лнце – ист́очник по́давляющего бо́льшинства ви́дов энергии, исп́ользуемых че́ловеком: ги́дравлической и энергии ве́тра, энергии, на́копившейся в исќопаемых при́родных ре́сурсах, в дре́весине, би́омассе и др. Со́лнце с дре́внейших вре́мен по́читалось че́ловеком ка́к бо́жество, да́ющее жи́знь и си́лу все́му су́щему. В ре́зультате на́учных до́стижений ХХ в. сфо́рмировались пре́дставления о стро́ении Зе́мли и гло́бальных про́цессах, про́исходящих в ее не́драх и в ко́смосе. Мно́гие со́тни ми́ллионов ле́т на́ Зе́мле про́исходят про́цессы энергетического обм́ена, пре́образования и на́копления ра́зличных фо́рм энергии. Исќопаемые при́родные ре́сурсы, та́ящие за́консервированные за́пасы энергии в ви́де за́лежей угл́я, то́рфа, не́фти и др., – ре́зультат жи́знедеятельности орѓанизмов, та́к же́ ка́к по́чва – ре́зультат их вза́имодействия с го́рными по́родами. Вся́ би́осфера, жи́знь су́ществует бла́годаря со́лнечной энергии, ко́торая имеет пе́рвостепе́нное зна́чение в би́охимических про́цессах, про́исходящих на́ зе́мной по́верхности. Со́лнце, ве́тер и во́да, за́ сче́т энергии ко́торых про́исходят экз́огенные про́цессы, ме́няющие обл́ик Зе́мли, явл́яются во́зобновляемыми энергетическими ре́сурсами, ко́торые че́ловеком исп́ользовались с дре́вних вре́мен, исп́ользуются се́йчас и бу́дут, не́сомне́нно, все́ бо́лее ши́роко исп́ользоваться в бу́дущем. Овл́адев огн́ем и про́должая по́иск но́вых ист́очников энергии в окр́ужающем ми́ре, че́ловек обр́атился к энергии те́кущей во́ды и ве́тра. По́д де́йствием со́лнечной энергии в при́роде не́прерывно идет кру́говорот во́ды. Ис па́ряясь с по́верхности, во́дяные па́ры пе́реносятся во́здушными те́чениями, за́тем ко́нденсируются и вы́падают в ви́де осадков, обр́азуя ре́ки. По́д де́йствием не́равномерного со́лнечного изл́учения на́ зе́мную по́верхность в при́земных сло́ях атм́осферы во́зникают ра́зность те́мператур и гра́диенты атм́осферного да́вления, что́ вы́зывает дви́жение во́здуха – ве́тер. Во́ все́ вре́мена во́да бы́ла ва́жнейшим фа́ктором, опр́еделяющим жи́знь лю́дей. Во́дохранилища для́ орошения, во́доснабжения стро́ились в Египте, Ме́сопотамии, Инд́ии, Ки́тае и дру́гих стра́нах за́ 4000–3500 ле́т до́ н.э. Для́ по́дъема во́ды в оросительные ка́налы при́менялись во́дяные ко́леса (пе́рвые про́стейшие ги́дравлические дви́гатели), пре́образовывающие энергию во́ды в ме́ханическую энергию. Уже в Дре́вней Гре́ции и Ри́ме во́дяные ко́леса при́менялись в во́дяных ме́льницах, для́ во́доснабжения и др. В Евр́опе во́дяные ме́льницы по́лучили ра́спростра́нение уже в III–IV вв. Со́вершенствовалась ко́нструкция во́дяных ко́лес и пе́редаточных ме́ханизмов, ко́торые по́зволяли исп́ользовать энергию во́ды для́ про́изводства ра́зных ра́бот: вра́щения ста́нков, по́дъема ру́ды из ша́хт, отќачки во́ды и др. Ка́к и во́дяные ко́леса, ве́тряные ко́леса, исп́ользующие энергию ве́тра, при́менялись за́ ты́сячи ле́т до́ н.э. В Пе́рсии, Египте, Ки́тае их исп́ользовали для́ по́дъема во́ды и по́мола зе́рна. В ХII в. ве́тряные ме́льницы та́кже на́чали ра́спростра́няться и в Евр́опе. Хо́тя ве́тряные ме́льницы про́ще во́дяных, осн́овным их не́достатком бы́л не́постоянный ре́жим ра́боты, за́висящий от ско́рости ве́тра. В ХIV в. ве́тряные ме́льницы ши́роко ста́ли при́меняться в Го́лландии, где́ пре́вратились в осн́овной ист́очник энергии, сы́грали ва́жнейшую ро́ль в осушении те́рриторий, ле́жащих ни́же уровня мо́ря. В да́льнейшем они та́кже исп́ользовались в ка́честве при́вода ра́зличных про́изводств. Именно ра́звитие ве́троэнергетики ста́ло ва́жным фа́ктором в ра́звитии экономики этой стра́ны. В сре́дние ве́ка осн́овным энергетическим ист́очником бы́ла энергия во́ды. В ХVII–XIX в. в эпоху пе́рехода от ре́месленного к про́мышленному про́изводству бы́стро ра́стущие по́требности в ме́ханической энергии обеспечиваются в осн́овном за́ сче́т во́дяных ко́лес. В про́мышленных ра́йонах За́падной Евр́опы, Ро́ссии, США́ стро́ится бо́льшое ко́личество во́дохранилищ, во́дяные ко́леса ста́новятся все́ бо́лее мо́щными и со́вершенными, при́меняются во́ все́х ви́дах про́изводства Этапы развития энергетики на́ за́водах, ру́дниках. В ХVIII–ХIХ вв. во́ мно́гих стра́нах, особенно в стра́нах Евр́опы, Ро́ссии и США́, по́лучили ра́спростра́нение та́кже ве́тряные ме́льницы. Изобретение па́рового дви́гателя в ко́нце ХVIII в. сни́зило исп́ользование во́дяных ко́лес в про́изводстве. Про́мышленные пре́дприятия с па́ровыми ма́шинами мо́гли ра́змещаться в лю́бом ме́сте, а не́ то́лько у ре́ки. Че́ловек по́лучил не́ограниченный ист́очник энергии, пре́вращая в ме́ханическую энергию те́плоту, за́пасенную в дре́весине, угл́е, то́рфе. До́лгим и сло́жным бы́л пу́ть от про́стейшего во́дяного ко́леса к ги́дравлической ту́рбине, ко́торая имеет зна́чительные пре́имущества, вклю́чая ко́мпактность, бы́строходность, вы́сокий КПД и бо́льшую мо́щность. Ва́жнейшую ро́ль в со́вершенствовании во́дяных дви́гателей, со́здании ги́дравлических ту́рбин сы́грали на́учные исс́ледования в обл́асти ги́дравлики и те́ории ги́дравлических дви́гателей мно́гих по́колений ученых: дре́внегреческого мы́слителя Аристотеля (384–322 до́ н.э.), одн́ого из ви́днейших пре́дставителей эпохи Во́зрождения Ле́онардо да́ Ви́нчи (1452–1519), чле́нов Пе́тербургской академии на́ук шве́йцарских ученых Д. Бе́рнулли (1700–1782) и Л. Эйл́ера (1707–1783) и мно́гих дру́гих. На́чиная с пе́рвой ги́дравлической ту́рбины, по́строенной в 1750 г. ве́нгерским ученым Я. Се́гнером, со́здаются и при́меняются на́ пра́ктике ра́зличные ти́пы ту́рбин: в 1827 г. фра́нцузским инж́енером Б. Фу́рнероном – ра́диальная це́нтробежная ре́активная, в 1837–1841 гг. фра́нцузским инж́енером Жо́нвалем и не́мецким Хе́нтелем – осевая ре́активная, в 1849 г. американским инж́енером Д.Фре́нсисом – ра́диально-осевая ре́активная, в 1880 г. – ко́вшовая акт́ивная Пе́льтона, в 1912 г. – по́воротно-ло́пастная ре́активная В. Ка́плана и др. Ва́жнейшее зна́чение в ре́шении про́блем ве́троэнергетики и со́вершенствования ве́тродвигателей имели на́учные исс́ледования ве́ликого ру́сского ученого М.В. Ло́моносова (1711–1765), ра́боты Н.Е. Жу́ковского (1847–1921), С.А. Ча́плыгина (1869–1942), Л. Пра́ндля (1875–1953), Те́одора фо́н Ка́рмана (1881–1963), Ю.В. Ко́ндратюка (1897– 1942) и мно́гих дру́гих ученых. В ре́зультате к по́следней че́тверти XIX в. бы́ли обеспечены не́обходимые усл́овия для́ ра́звития электроэнергетики: со́зданы эфф́ективные па́ровые и ги́дравлические ту́рбины; ра́зра́ботаны электрические ге́нераторы пе́ременного то́ка; осуществлена на́ пра́ктике пе́редача электроэнергии на́ зна́чительное ра́сстояние. На́чиная с пе́рвой в ми́ре про́мышленной ГЭ́С мо́щностью 220 кВт, по́строенной в 1891 г. в Ге́рмании в Ла́уфене по́д ру́ководством ру́сского инж́енера М.О. До́ливо-До́бровольского, в ХХ в. на́чалось ши́рокое исп́ользование ги́дроэнергетических ре́сурсов и к на́чалу XXI в. мо́щность все́х ГЭ́С в ми́ре до́стигла 670 млн. кВт. По́степенно увеличивалось исп́ользование энергии ве́тра и к на́чалу XXI в. мо́щность ве́троэнергетических уст́ановок в ми́ре со́ставила свы́ше 18 млн. кВт. Одн́ако бо́льшая ча́сть электроэнергии и по́ныне вы́рабатывается те́пловыми электростанциями, для́ ко́торых то́пливом явл́яются исќопаемые энергетические ре́сурсы. Гла́вный их не́достаток со́стоит в то́м, что́ они не́ во́зобновляются в при́роде, а их ши́рокомасштабное исп́ользование при́водит к за́грязнению окр́ужающей сре́ды, су́щественно вли́яя на́ уст́ановившийся ба́ланс би́осферы. По́этому кра́йне ва́жно зна́ть при́роду, сво́йства, со́став, усл́овия за́легания, во́зможность исп́ользования, вы́явленные за́пасы и ра́сходы на́иболее ра́спростра́ненных исќопаемых при́родных ре́сурсов: угл́я, не́фти, при́родного га́за, го́рючих сла́нцев, то́рфа. Ка́менный уголь, не́фть и га́з изв́естны че́ловеку с дре́вних вре́мен. Уголь ста́л ши́роко исп́ользоваться в эпоху про́мышленной ре́волюции. Ре́зко во́зросло его по́требление в XX в., со́ставив к на́чалу XXI в. около 4,7 млрд. т. Ми́ровые ра́зведанные про́мышленные за́пасы угл́я по́ со́стоянию на́ 2000 го́д, по́ имеющимся оценкам, со́ставляют 983 млрд. т. По́ со́стоянию на́ на́чало 2003 го́да ми́ровые ра́зведанные за́пасы не́фти оцениваются в 165 млрд. т, а ми́ровые ра́зведанные за́пасы при́родного га́за оцениваются в 155 трлн. м 3. До́быча не́фти в ми́ре в 2002 г. со́ставила 3,5 млрд. т, а га́за – 2,5 трлн. м 3. XX в. мо́жно на́звать ве́ком не́фти и при́родного га́за по́ их зна́чению для́ то́пливноэнергетического ко́мплекса и в це́лом для́ экономики бо́льшинства стра́н. И в XXI в. они бу́дут игр́ать ва́жнейшую ро́ль в ра́звитии ми́ровой экономики. При́ этом энергетическое на́правление исп́ользования не́фти и га́за ост́ается гла́венствующим. В кни́ге ра́ссмотрено ра́звитие энергетики до́ на́ступления эры электроэнергетики на́ ру́беже XX в. Те́хнологическое ра́звитие на́шей ци́вилизаци́и в XX в., ко́торое но́сило бы́стрый, по́чти взры́вной ха́рактер, по́требовало ре́зкого на́ращивания про́изводства энергии и исп́ользования не́возобновляемых исќопаемых ре́сурсов. С на́чала XX в. за́ сто́ ле́т по́требление то́пливно-энергетических ре́сурсов во́зросло в 30 ра́з. К на́чалу XXI в. из общ́его про́изводства пе́рвичной энергии в ми́ре, со́ставляющего 8 млрд.т не́фтяного экв́ивалента (т н.э.), 85% ба́зировалось на́ исќопаемых ре́сурсах (угл́е, не́фти, при́родном га́зе и др.). Электроэнергетика, явл́яясь осн́овным дви́жущим фа́ктором ра́звития экономики и по́вышения ка́чества жи́зни лю́дей, ха́рактеризуется на́иболее вы́сокими те́мпами ро́ста, при́чем в те́чение XX в. до́ля электроэнергии в стру́ктуре исп́ользования энергии по́стоянно увеличивалась и до́стигла 40% в ра́звитых стра́нах. Та́к, про́изводство электроэнергии в ми́ре с 1950 по́ 2000 г. увеличилось (в осн́овном за́ сче́т сжи́гания орѓанического то́плива) в 14 ра́з, до́стигнув 14100 млрд. кВт·ч, в то́м чи́сле за́ сче́т исп́ользования во́зобновляемых ги́дроэнергетических ре́сурсов – 2650 млрд. кВт·ч (19% все́го про́изводства электроэнергии). Че́ловек ста́л на́столько «мо́гущественным», что́ его во́здействие на́ окр́ужающую при́родную сре́ду мо́жет вы́звать ка́тастрофические по́следствия. Та́кое ра́звитие ци́вилизаци́и, ко́гда вза́имоотношения че́ловека и при́родной сре́ды скла́дывались, исх́одя из эгоцентрического те́зиса о то́м, что́ че́ловек впра́ве изм́енять при́родную сре́ду та́к, ка́к ему пре́дставляется удобным, при́вело к ра́сточительному исп́ользованию исќопаемых ре́сурсов, к за́грязнению окр́ужающей сре́ды и на́рушению ее ра́вновесия, пре́дставляющих угр́озу са́мому су́ществованию че́ловече́ства. На́ про́тяжении ты́сячелетий лю́ди ста́рались жи́ть в га́рмонии с при́родой, но́ именно в XX в. в свя́зи с ре́зким увеличением ант́ропогенной на́грузки на́ не́ё и тя́желыми экологическими по́следствиями на́иболее ост́ро вста́ли во́просы охр́аны окр́ужающей сре́ды, на́хождения ра́вновесия ме́жду экономическими и со́циальными по́требностями общ́ества и исп́ользованием окр́ужающей сре́ды. При́шло осознание то́го, что́ усл́овия жи́зни че́ловека и со́стояние окр́ужающей сре́ды – зве́нья одн́ой це́пи. Ми́ллиарды ле́т со́здавался то́нкий и сло́жный ба́ланс би́осферы Зе́мли, и се́годня че́ловече́ство, явл́яющееся ча́стью би́осферы, ра́зрушает его, за́грязняя атм́осферу, ги́дросферу, по́чву, что́ во́ мно́гом свя́зано с по́лучением энергии. Изв́естный ученый-хи́мик И.В. Пе́тряновСоколов пи́сал: «Мы́ бу́дем стре́миться к то́3 му́, что́бы обе ча́сти на́шего ми́ра – его би́осфера, су́ществовавшая изн́ачально, и те́хносфера, со́зданная че́ловеком, – смо́гли ужиться, до́полняя дру́г дру́га. Их не́обходимо со́вместить, и со́существование до́лжно бы́ть обязательно, по́тому что́ в слу́чае ка́3 та́строфы по́тери обеих сто́рон оказались бы́ сто́ль уст́рашающими, что́ не́известно, удалось ли́ бы́ че́му3нибудь уцелеть». Не́обходимо при́знать, что́ энергетика – экономика – при́родная сре́да – че́ловек вза́имосвязаны и не́разделимы. Для́ че́ловече́ства на́ступил «мо́мент ист́ины», ко́гда не́обходимо сде́лать вы́бор, изм́енить стра́тегию сво́его по́ведения, обеспечив ра́зумное упр́авление ра́звитием, про́извести пе́реоценку су́ществующей си́стемы це́нностей, глу́бокую экономическую, со́циальную и ду́ховную пе́рестройку жи́зни общ́ества. Не́льзя бо́льше исп́ользовать энергию и упр́авлять энергоресурсами та́к ра́сточительно и не́гуманно. В XXI в. со́вершенствование те́хнологий про́изводства энергии до́лжно осн́овываться на́ экологических кри́териях, ма́ксима́льном исп́ользовании во́зобновляемых ист́очников энергии. Сле́дует та́кже ожидать по́явления и ши́рокого при́менения но́вых те́хнологий, не́ свя́занных со́ сжи́ганием орѓанического то́плива. Не́обходима ско́ординированная по́литика ми́рового со́общества в обл́асти энергетики и охр́аны окр́ужающей сре́ды. Для́ пре́одоления кри́зиса кра́йне ва́жно по́нимание на́селением Зе́мли гро́зящей опасности, что́ тре́бует от ка́ждого че́ловека осознания сво́ей отв́етственности пе́ред общ́еством. Системные исследования энергетических рынков

Статьи

  • Этапы развития энергетики
  • Периоды развития энергетики
  • Системные исследования энергетических рынков
  • Прогноз развития энергетики
  • Тенденции развития мировой энергетики и энергетическая стратегия России. Обсуждение на LiveInternet Российский Сервис ОнлайнДневников
  • Анализ развития современной мировой энергетики. Мировая энергетика
  • Издательский дом МЭИ
  • О книге Л.А. Мелентьева Системные исследования в энергетике элементы теории направления развития.
  • Перспективы развития энергетики в России и в мире . Статья в журнале Молодой ученый
  • Пути развития мировой энергетики . РосТепло.ru