Реферат: Энергетическом кризисе. Из-за нефти возникают войны, расцвета- ют и беднеют государства, сменяются правительства

Энергия


П л а н р е ф е р а т а.

*********************************


1. План реферата............................................2


2. Вступление...............................................3


3. Что такое энергия?......................................6


4. Энергия солнца...........................................8


5. Ветровая энергия........................................10


6. Энергия рек.............................................11


7. Энергия Земли...........................................12


9. Атомная энергия.........................................25


10. Заключение..............................................27


11. Список литературы.......................................28


Вступление.

***********

Почему же именно сейчас, как никогда остро, встал вопрос:

что ждет человечество - энергетический голод или энергетичес-

кое изобилие? Не сходят со страниц газет и журналов статьи об

энергетическом кризисе. Из-за нефти возникают войны, расцвета-

ют и беднеют государства, сменяются правительства. К разряду

газетных сенсаций стали относить сообщения о запуске новых ус-

тановок или о новых изобретениях в области энергетики. Разра-

батываются гигантские энергетические программы, осуществление

которых потребует громадных усилий и огромных материальных

затрат.

А пока в мире все больше ученых инженеров занимаются по-

исками новых, нетрадиционных источников, которые могли бы

взять на себя хотя бы часть забот по снабжению человечества

энергией. Решение этой задачи исследователи ищут на разных пу-

тях. Самым заманчивым, конечно, является использование вечных,

возобновляемых источников энергии-энергии текущей воды и вет-

ра, океанских приливов и отливов, тепла земных недр, солнца.

Много внимания уделяется развитию атомной энергетики, ученые

ищут способы воспроизведения на Земле процессов, протекающих в

звездах и снабжающих их колоссальными запасами энергии.


^ ЧТО ТАКОЕ ЭНЕРГИЯ

*******************

В нашем индустриальном обществе от энергии зависит все. С

ее помощью движутся автомобили, улетают в космос ракеты. С ее

помощью можно поджарить хлеб, обогреть жилище и привести в

действие кондиционеры, осветить улицы, вывести в море корабли.

Могут сказать что энергией являются нефть и природный

газ. Однако это не так. Чтобы освободить заключенную в них

энергию, их необходимо сжечь, так же как бензин, уголь или

дрова.

Ученые могут сказать, что энергия - способность к совер-

шению работы, а работа совершается, когда на объект действует

физическая сила ( такая, как давление или гравитация ). Сог-

ласно формуле A=F*S , работа равна произведению силы на расс-

тояние, на которое переместился объект. Попросту говоря, рабо-

та - это энергия в действии.

Вы не раз видели, как подпрыгивает крышка закипающего ко-

фейника, как несутся санки по склону горы, как набегающая вол-

на приподнимает плот. Все это примеры работы, энергии в дейс-

твии, действующей на предметы.

Подпрыгивание крышки кофейника было вызвано давлением па-

ра, возникшем при нагревании жидкости. Санки ехали потому, что

существуют гравитационные силы. Энергия волн двигала плот.

В нашем работающем мире основой всего является энергия,

без нее и не будет совершаться работа. Когда энергия имеется в

наличии и может быть использована, любой объект будет совер-

шать работу - иногда созидательную, иногда разрушительную. Да-

же музыкальный инструмент - рояль - способен совершать работу.

Представьте себе, что вдоль внешней стены многоквартирно-

го дома поднимают рояль. Пока люди тянут за за веревки, они

прилагают силу, заставляющую рояль двигаться. В этом случае

работу совершают люди, а не рояль. Он лишь накапливает потен-

циальную энергию по мере того, как все выше и выше поднимается

над землей. Когда, наконец, рояль достигает пятого этажа, он

он сможет висеть на этом уровне до тех пор, пока люди внизу

поддерживают его с помощью веревок и блоков. Однако представь-

те, что веревки обрываются. Немедленно проявится сила гравита-

ции, и потенциальная энергия, накопленная роялем, начнет выс-

вобождаться. Рояль рухнет вниз. Он расплющит все, что попада-

ется на его пути, удариться о тротуар и разобьется вдребезги.

Вся ситуация, разумеется, случайна, и тем не менее служит при-

мером того, что и рояль может совершать работу. В данном слу-

чае - разрушительную, но все же работу.

Мир наполнен энергией, которая может быть использована

для совершения работы разного характера. Энергия может нахо-

диться в людях и животных, в камнях и растениях, в ископаемом

топливе, деревьях и воздухе, в реках и озерах. Однако самыми

большими резервуарами накопленной энергии являются океаны -

огромные пространства беспрерывно перемещающихся водных пото-

ков, покрывающих около 71 % всей земной поверхности


^ ЭНЕРГИЯ СОЛНЦА

****************

В последнее время интерес к проблеме использования сол-

нечной энергии резко возрос, и хотя этот источник также отно-

сится к возобновляемым, внимание, уделяемое ему во всем мире,

заставляет нас рассмотреть его возможности отдельно.

Потенциальные возможности энергетики, основанной на ис-

пользовании непосредственно солнечного излучения, чрезвычайно

велики.

Заметим, что использование всего лишь 0.0125 % этого ко-

личества энергии Солнца могло бы обеспечить все сегодняшние

потребности мировой энергетики, а использование 0.5 % - пол-

ностью покрыть потребности на перспективу.

К сожалению, вряд ли когда-нибудь эти огромные потенци-

альные ресурсы удастся реализовать в больших масштабах. Одним

из наиболее серьезных препятствий такой реализации является

низкая интенсивность солнечного излучения. Даже при наилучших

атмосферных условиях ( южные широты, чистое небо ) плотность

потока солнечного излучения составляет не более 250 Вт/м2. По-

этому, чтобы коллекторы солнечного излучения "собирали" за год

энергию, необходимую для удовлетворения всех потребностей че-

ловечества нужно разместить их на территории 130 000 км2 !

Необходимость использовать коллекторы огромных размеров,

кроме того, влечет за собой значительные материальные затраты.

Простейший коллектор солнечного излучения представляет собой

зачерненный металлический ( как правило, алюминиевый ) лист,

внутри которого располагаются трубы с циркулирующей в ней жид-

костью. Нагретая за счет солнечной энергии, поглощенной кол-

лектором, жидкость поступает для непосредственного использова-

ния. Согласно расчетам изготовление коллекторов солнечного из-

лучения площадью 1 км2, требует примерно 10^4 тонн алюминия.

Доказанные же на сегодня мировые запасы этого металла оценива-

ются в 1.17*10^9 тонн.

Из написанного ясно, что существуют разные факторы, огра-

ничивающие мощность солнечной энергетики. Предположим, что в

будущем для изготовления коллекторов станет возможным приме-

нять не только алюминий, но и другие материалы. Изменится ли

ситуация в этом случае ? Будем исходить из того, что на от-

дельной фазе развития энергетики ( после 2100 года ) все миро-

вые потребности в энергии будут удовлетворяться за счет сол-

нечной энергии. В рамках этой модели можно оценить, что в этом

случае потребуется "собирать" солнечную энергию на площади от

1*10^6 до 3*10^6 км2. В то же время общая площадь пахотных зе-

мель в мире составляет сегодня 13*10^6 км2.

Солнечная энергетика относится к наиболее материалоемким

видам производства энергии. Крупномасштабное использование

солнечной энергии влечет за собой гигантское увеличение пот-

ребности в материалах, а следовательно, и в трудовых ресурсах

для добычи сырья, его обогащения, получения материалов, изго-

товление гелиостатов, коллекторов, другой аппаратуры, их пере-

возки. Подсчеты показывают, что для производства 1 МВт*год

электрической энергии с помощью солнечной энергетики потребу-

ется затратить от 10 000 до 40 000 человеко-часов. В традици-

онной энергетике на органическом топливе этот показатель сос-

тавляет 200-500 человеко-часов.

Пока еще электрическая энергия,рожденная солнечными луча-

ми, обходится намного дороже, чем получаемая традиционными

способами. Ученые надеются,что эксперименты,которые они прове-

дут на опытных установках и станциях,помогут решить не только

технические,но и экономические проблемы.


Ветровая энергия.

*****************

Огромна энергия движущихся воздушных масс.Запасы энергии

ветра более чем в сто раз превышают запасы гидроэнергии всех

рек планеты. Постоянно и повсюду на земле дуют ветры-от легко-

го ветерка, несущего желанную прохладу в летний зной, до могу-

чих ураганов, приносящих неисчислимый урон и разрушения. Всег-

да неспокоен воздушный океан, на дне которого мы живем. Ветры,

дующие на просторах нашей страны, могли бы легко удовлетворить

все ее потребности в электроэнергии! Климатические условия

позволяют развивать ветроэнергетику на огромной территории-от

наших западных границ до берегов Енисея. Богаты энергией ветра

северные районы страны вдоль побережья Северного Ледовитого

океана, где она особенно необходима мужественным людям, обжи-

вающим эти богатейшие края. Почему же столь обильный, доступ-

ный да и экологически чистый источник энергии так слабо ис-

пользуется? В наши дни двигатели, использующие ветер, покрыва-

ют всего одну тысячную мировых потребностей в энергии.

Техника 20 века открыла совершенно новые возможности для

ветроэнергетики, задача которой стала другой-получение элект-

роэнергии. В начале века Н.Е.Жуковский разработал теорию вет-

родвигателя, на основе которой могли быть созданы высокопроиз-

водительные установки, способные получать энергию от самого

слабого ветерка. Появилось множество проектов ветроагрегатов,

несравненно более совершенных, чем старые ветряные мельницы. В

новых проектах используются достижения многих отраслей знания.

В наши дни к созданию конструкций ветроколеса-сердца лю-

бой ветроэнергетической установки-привлекаются специалисты-са-

молетостроители, умеющие выбрать наиболее целесообразный про-

филь лопасти, исследовать его в аэродинамической трубе. Усили-

ями ученых и инженеров созданы самые разнообразные конструкции

современных ветровых установок.


Энергия рек.

************

Многие тысячелетия верно служит человеку энергия,заклю-

ченная в текущей воде. Запасы ее на Земле колоссальны. Недаром

некоторые ученые считают, что нашу планету правильнее было бы

называть не Земля, а Вода-ведь около трех четвертей поверхнос-

ти планеты покрыты водой. Огромным аккумулятором энергии слу-

жит Мировой океан, поглощающий большую ее часть, поступающую

от Солнца. Здесь плещут волны, происходят приливы и отли-

вы,возникают могучие океанские течения. Рождаются могучие ре-

ки, несущие огромные массы воды в моря и океаны. Понятно, что

человечество в поисках энергии не могло пройти мимо столь ги-

гантских ее запасов. Раньше всего люди научились использовать

энергию рек.

Но когда наступил золотой век электричества, произошло

возрождение водяного колеса, правда, уже в другом обличье-в

виде водяной турбины. Электрические генераторы, производящие

энергию, необходимо было вращать, а это вполне успешно могла

делать вода, тем более что многовековой опыт у нее уже имелся.

Можно считать, что современная гидроэнергетика родилась в 1891

году.

Преимущества гидроэлектростанций очевидны-постоянно во-

зобновляемый самой природой запас энергии, простота эксплуата-

ции, отсутствие загрязнения окружающей среды. Да и опыт пост-

ройки и эксплуатации водяных колес мог бы оказать немалую по-

мощь гидроэнергетикам. Однако постройка плотины крупной гидро-

электростанции оказалась задачей куда более сложной, чем пост-

ройка небольшой запруды для вращения мельничного колеса. Чтобы

привести во вращение мощные гидротурбины, нужно накопить за

плотиной огромный запас воды. Для постройки плотины требуется

уложить такое кол-во материалов, что обьем гигантских египетс-

ких пирамид по сравнению с ним покажется ничтожным. Поэтому в

начале 20 века было построено всего несколько гидроэлектрос-

танций. Вблизи Пятигорска, на Северном Кавказе на горной реке

Подкумок успешно действовала довольно крупная электростанция с

многозначительным названием "Белый уголь". Это было лишь нача-

лом.

Уже в историческом плане ГОЭЛРО предусматривалось строи-

тельство крупных гидроэлектростанций. В 1926 году в строй вош-

ла Волховская ГЭС, в следующем-началось строительство знамени-

той Днепровской. Дальновидная энергетическая политика,проводя-

щаяся в нашей стране, привела к тому, что у нас, как ни в од-

ной стране мира, развита система мощных гидроэлектрических

станций. Ни одно государство не может похвастаться такими

энергетическими гигантами, как Волжские, Красноярская и Братс-

кая, Саяно-Шушенская ГЭС. Эти станции,дающие буквально океаны

энергии, стали центрами, вокруг которых развились мощные про-

мышленные комплексы.

Но пока людям служит лишь небольшая часть гидроэнергети-

ческого потенциала земли. Ежегодно огромные потоки воды, обра-

зовавшиеся от дождей и таяния снегов, стекают в моря неисполь-

зованными. Если бы удалось задержать их с помощью плотин, че-

ловечество получило бы дополнительно колоссальное кол-во энер-

гии.


^ ЭНЕРГИЯ ЗЕМЛИ.

**************

Издавна люди знают о стихийных проявлениях гигантской

энергии, таящейся в недрах земного шара. Память человечества

хранит предания о катастрофических извержениях вулканов, унес-

ших миллионы человеческих жизней, неузнаваемо изменивших облик

многих мест на Земле. Мощность извержения даже сравнительно

небольшого вулкана колоссальна, она многократно превышает мощ-

ность самых крупных энергетических установок, созданных руками

человека. Правда, о непосредственном использовании энергии

вулканических извержений говорить не приходится-нет пока у лю-

дей возможностей обуздать эту непокорную стихию, да и, к

счастью, извержения эти достаточно редкие события. Но это про-

явления энергии, таящейся в земных недрах, когда лишь крохот-

ная доля этой неисчерпаемой энергии находит выход через огне-

дышащие жерла вулканов.

Маленькая европейская страна Исландия-"страна льда" в

дословном переводе-полностью обеспечивает себя помидорами, яб-

локами и даже бананами! Многочисленные исландские теплицы по-

лучают энергию от тепла земли-других местных источников энер-

гии в Исландии практически нет. Зато очень богата эта страна

горячими источниками и знаменитыми гейзерами-фонтанами горячей

воды, с точностью хронометра вырывающейся из-под земли. И хотя

не исландцам принадлежит приоритет в использовании тепла под-

земных источников (еще древние римляне к знаменитым баням-тер-

мам Каракаллы-подвели воду из-под земли), жители этой малень-

кой северной страны эксплуатируют подземную котельную очень

интенсивно. Столица - Рейкьявик, в которой проживает половина

населения страны, отапливается только за счет подземных источ-

ников.

Но не только для отопления черпают люди энергию из глубин

земли. Уже давно работают электростанции, использующие горячие

подземные источники. Первая такая электростанция, совсем еще

маломощная, была построена в 1904 году в небольшом итальянском

городке Лардерелло, названном так в честь французского инжене-

ра Лардерелли,который еще в 1827 году составил проект исполь-

зования многочисленных в этом районе горячих источников. Пос-

тепенно мощность электростанции росла, в строй вступали все

новые агрегаты, использовались новые источники горячей воды, и

в наши дни мощность станции достигла уже внушительной величи-

ны-360 тысяч киловатт. В Новой Зеландии существует такая

электростанция в районе Вайракеи, ее мощность 160 тысяч кило-

ватт. В 120 километрах от Сан-Франциско в США производит

электроэнергию геотермальная станция мощностью 500 тысяч кило-

ватт.


Атомная Энергия.

****************

Открытие излучения урана впоследствии стало ключом к

энергетическим кладовым природы.

Главным, сразу же заитересовавшим исследователей, был

вопрос: откуда берется энергия лучей, испускаемых ураном, и

почему уран всегда чуточку теплее окружающей среды? Под сомне-

ние ставился либо закон сохранения энергии, либо утвержденный

веками принцип неизменности атомов? Огромная научная смелость

требовалась от ученых, которые перешагнули границы привычного,

отказались от устоявшихся представлений.

Такими смельчаками оказались молодые ученые Эрнест Резер-

форд и Фредерик Содди. Два года упорного труда по изучению ра-

диоактивности привели их к революционному по тем временам вы-

воду:атомы некоторых элементов подвержены распаду, сопровожда-

ющемуся излучением энергии в количествах, огромных по сравне-

нию с энергией, освобождающейся при обычных молекулярных видо-

изменениях.

Невиданными темпами развивается сегодня атомная энергети-

ка. За тридцать лет общая мощность ядерных энергоблоков вырос-

ла с 5 тысяч до 23 миллионов киловатт! Некоторые ученые выска-

зывают мнение, что к 21 веку около половины всей электроэнер-

гии в мире будет вырабатываться на атомных электростанциях.

В принципе энергетический ядерный реактор устроен доволь-

но просто-в нем, так же как и в обычном котле, вода превраща-

ется в пар. Для этого используют энергию, выделяющуюся при

цепной реакции распада атомов урана или другого ядерного топ-

лива. На атомной электростанции нет громадного парового котла,

состоящего из тысяч километров стальных трубок, по которым при

огромном давлении циркулирует вода, превращаясь в пар. Эту ма-

хину заменил относительно небольшой ядерный реактор.

Самый распространенный в настоящее время тип реактора во-

дографитовый.

Еще одна распространенная конструкция реакторов-так назы-

ваемые водо-водяные. В них вода не только отбирает тепло от

твэлов, но и служит замедлителем нейтронов вместо графита.

Конструкторы довели мощность таких реакторов до миллиона кило-

ватт. Могучие энергетические агрегаты установлены на Запорожс-

кой, Балаковской и других атомных электростанциях. Вскоре ре-

акторы такой конструкции, видимо, догонят по мощности и ре-

кордсмена-полуторамиллионик с Игналинской АЭС.

Но все-таки будущее ядерной энергетики, по-видимому, ос-

танется за третьим типом реакторов, принцип работы и конструк-

ция которых предложены учеными, - реакторами на быстрых нейт-

ронах. Их называют еще реакторами-размножителями. Обычные ре-

акторы используют замедленные нейтроны, которые вызывают цеп-

ную реакцию в довольно редком изотопе- уране-235, которого в

природном уране всего около одного процента. Именно поэтому

приходится строить огромные заводы, на которых буквально про-

сеивают атомы урана, выбирая из них атомы лишь одного сорта

урана-235. Остальной уран в обычных реакторах использоваться

не может. Возникает вопрос: а хватит ли этого редкого изотопа

урана на сколько-нибудь продолжительное время или же челове-

чество вновь столкнется с проблемой нехватки энергетических

ресурсов ?

Более тридцати лет назад эта проблема была поставлена пе-

ред коллективом лаборатории Физико-энергетического института.

Она была решена. Руководителем лаборатории Александром Ильичом

Лейпунским была предложена конструкция реактора на быстрых

нейтронах.В 1955 году была построена первая такая установка.

Преимущества реакторов на быстрых нейтронах очевидны. В

них для получения энергии можно использовать все запасы при-

родных урана и тория, а они огромны-только в Мировом океане

растворено более четырех миллиардов тонн урана.

Но все 400 атомных электростанции, работающих сейчас на

планете, не могут создать угрозу, хотя бы сравнимую с угрозой,

исходящей от 50 тысяч боеголовок.

Нет сомнения в том, что атомная энергетика заняла прочное

место в энергетическом балансе человечества. Она бузусловно

будет развиваться и впредь, без отказано поставляя столь необ-

ходимую людям энергию. Однако понадобятся дополнительные меры

по обеспечению надежности атомных электростанций, их безава-

рийной работы, а ученые и инженеры сумеют найти необходимые

решения.


Заключение.

***********

За время существования нашей цивилизации много раз проис-

ходила смена традиционных источников энергии на новые, более

совершенные. И не потому, что старый источник был исчерпан.

Солнце светило и обогревало человека всегда: и тем не ме-

нее однажды люди приручили огонь, начали жечь древесину.

Затем древесина уступила место каменному углю. Запасы

древесины казались безграничными, но паровые машины требовали

более калорийного "корма".

Но и это был лишь этап. Уголь вскоре уступает свое ли-

дерство на энергетичеком рынке нефти.

И вот новый виток:в наши дни ведущими видами топлива пока

остаются нефть и газ. Но за каждым новым кубометром газа или

тонной нефти нужно идти все дальше на север или восток, зары-

ваться все глубже в землю. Немудрено, что нефть и газ будут с

каждым годом стоить нам все дороже.

Замена? Нужен новый лидер энергетики. Им, несомненно,

станут ядерные источники.

Запасы урана, если, скажем, сравнивать их с запасами уг-

ля, вроде бы не столь уж и велики.Но зато на единицу веса он

содержит в себе энергии в миллионы раз больше,чем уголь.

А итог таков: при получении электроэнергии на АЭС нужно

затратить, считается, в сто тысяч раз меньше средств и труда,

чем при извлечении энергии из угля. И ядерное горючее приходит

на смену нефти и углю... Всегда было так: следующий источник

энергии был и более мощным. То была, если можно так выразить-

ся, "воинствующая" линия энергетики.

В погоне за избытком энергии человек все глубже погружал-

ся в стихийный мир природных явлений и до какой-то поры не

очень задумывался о последствиях своих дел и поступков.

Но времена изменились. Сейчас, в конце 20 века, начинает-

ся новый, значительный этап земной энергетики. Появилась энер-

гетика "щадящая".Построенная так, чтобы человек не рубил

сук, на котором он сидит. Заботился об охране уже сильно пов-

режденной биосферы.

Несомненно, в будущем параллельно с линией интенсивного

развития энергетики получат широкие права гражданства и линия

экстенсивная: рассредоточенные источники энергии не слишком

большой мощности, но зато с высоким КПД, экологически чистые,

удобные в обращении.

Яркий пример тому-быстрый старт электрохимической энерге-

тики, которую позднее,видимо,дополнит энергетика солнечная.

Энергетика очень быстро аккумулирует, ассимилирует, вби-

рает в себя все самые новейшие идей, изобретения, достижения

науки.Это и понятно: энергетика связана буквально со Всем, и

Все тянется к энергетике, зависит от нее.

Поэтому энергохимия, водородная энергетика, космические

электростанции, энергия, запечатанная в антивеществе, кварках,

"черных дырах", вакууме,-это всего лишь наиболее яркие вехи,

штрихи, отдельные черточки того сценария, который пишется на

наших глазах и который можно назвать Завтрашним Днем Энергети-

ки.

Лабиринты энергетики. Таинственные переходы, узкие, из-

вилистые тропки. Полные загадок, препятствий, неожиданных оза-

рений, воплей печали и поражений, кликов радости и побед.

Тернист, непрост, непрям энергетический путь человечест-

ва. Но мы верим, что мы на пути к Эре Энергетического Изобилия

и что все препоны, преграды и трудности будут преодолены.

Рассказ об энергии может быть бесконечен, неисчислимы

альтернативные формы ее использования при условии, что мы

должны разработать для этого эффективные и экономичные методы.

Не так важно, каково ваше мнение о нуждах энергетики, об ис-

точниках энергии, ее качестве, и себестоимости. Нам, по-види-

мому. следует лишь согласиться с тем, что сказал ученый муд-

рец, имя которого осталось неизвестным: "Нет простых решений,

есть только разумный выбор".


Литература.

В.Володин, П.Хазановский "Энергия, век двадцать первый".

А.Голдин "Океаны энергии".

Л.С. Юдасин "Энергетика: проблемы и надежды".