Энергообеспечение человечества

Санкт-Петербургский государственный университет низкотемпературных и пищевых технологий

Кафедра промышленной экологии

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Реферат на тему:

"Проблемы энергообеспечения"

Выполнила: Малышева В.А.

Группа: 525

Содержание

Вступление

1. Энергетические ресурсы

2. Энергосбережение

Заключение

Вступление

Одной из наиболее актуальных проблем социально-экономического развития регионов Российской Федерации является выработка и реализация органами государственной власти субъектов Российской Федерации политики в сфере энергообеспечения и энергосбережения. Ускоренное развитие экономики, экономический рост и улучшение качества жизни населения требуют все более значительных затрат топливно-энергетических ресурсов. Рост спроса на энергию и энергоносители внутри страны сталкивается с ограничениями, связанными с невозможностью адекватного роста предложения и угрозой дефицита энергии. Все более актуальным становится вопрос о необходимости опережающего развития энергетической инфраструктуры. При этом все понимают, что развитие энергетики должно происходить на новой, современной технической, технологической и организационной основе.

В стране существует достаточное количество примеров использования отечественных электроэнергетических установок средней и малой мощности в основном военного назначения и создания на их базе локальных систем энергоснабжения закрытых (изолированных) по оборонным соображениям или природно-географическим условиям территорий или объектов. Но для нормального развития электроэнергетики регионального уровня, развития, базирующегося на действии рыночных механизмов, этого недостаточно. Отсутствует соответствующая нормативно-правовая база, ограничены технические и топливные возможности объектов средней и малой электроэнергетики, не проработаны механизмы их интеграции в существующую единую энергосистему, инвестиционные схемы финансирования.

В регионах - лидерах экономического развития страны, а это, прежде всего Москва и Московская область, Санкт-Петербург, нефтегазодобывающие регионы, отмечается опережающий спрос на электричество. В этих условиях возникает угроза дефицита энергии, предлагаемой на рынке по ценам, которые способны оплатить предприятия, расположенные в других регионах страны. В результате, до момента насыщения рынка, то есть до появления на нем достаточного количества предложения энергии, многие регионы страны могут столкнуться с дефицитом электрической энергии. Особенностью отрасли является то обстоятельство, что насыщение рынка произойдет только после завершения строительства и ввода в эксплуатацию новых энергетических мощностей. Грядущий возможный дефицит энергии делает все более актуальным задачу обеспечения энергетической безопасности[1] региона. Ключевым вопросом при этом является вопрос о том, какой вид топлива может быть использован для увеличения производства электрической и тепловой энергии и решения проблемы энергетической безопасности. Для решения вопросов энергообеспечения необходимо предпринимать шаги по использованию местных и альтернативных видов топливно-энергетических ресурсов. В большинстве регионов, это, прежде всего, торф, древесные отходы, энергия ветра, тепла Земли, а также использование возможностей гидроэнергетики.

1. Энергетические ресурсы

Россия обладает мощной энергетической системой и богатыми энергетическими ресурсами. К ним относятся:

топливные ресурсы

энергия рек

ядерная энергия

Ископаемое топливо - это нефть, уголь, горючий сланец, природный газ и его гидраты, торф и другие горючие минералы и вещества, добываемые под землёй или открытым способом. Уголь и торф - топливо, образующиеся по мере накопления и разложения животных и растений. Ископаемые виды топлива являются исчерпаемым невозобновимым природным ресурсом, так как накапливались миллионы лет.

На долю предприятий топливно-энергетического комплекса России приходится половина выбросов вредных веществ в атмосферный воздух, более трети загрязнённых сточных вод, треть твёрдых отходов от всей национальной экономики. Особую актуальность приобретает планирование экологических мероприятий в районах пионерного освоения ресурсов нефти и газа.

Сжигание ископаемых видов топлива приводит к выбросам двуокиси углерода (CO2) - парникового газа, который приносит наибольший вклад в глобальное потепление. Природный газ, основную часть которого составляет метан, также является парниковым газом. Парниковый эффект одной молекулы метана примерно в 20 раз сильнее, чем у молекулы CO2, поэтому с климатической точки зрения сжигание природного газа предпочтительней его попаданию в атмосферу.

Энергия рек используется с помощью гидроэлектростанций (ГЭС) - электростанций, в качестве источника энергии использующих энергию водного потока. Гидроэлектростанции обычно строят на реках, сооружая плотины и водохранилища. Для эффективного производства электроэнергии на ГЭС необходимы два основных фактора: гарантированная обеспеченность водой круглый год и возможно большие уклоны реки, благоприятствуют гидростроительству каньонообразные виды рельефа. Энергия рек (гидроэнергия) используются в меньшей степени, чем топливная.

Особенности:

себестоимость электроэнергии на российских ГЭС более чем в два раза ниже, чем на тепловых электростанциях.

генераторы ГЭС можно достаточно быстро включать и выключать в зависимости от потребления энергии - возобновляемый источник энергии - значительно меньшее воздействие на воздушную среду, чем другими видами электростанций - строительство ГЭС обычно более капиталоёмкое - часто эффективные ГЭС более удалены от потребителей - водохранилища часто занимают значительные территории - плотины зачастую изменяют характер рыбного хозяйства, поскольку перекрывают путь к нерестилищам проходным рыбам, однако часто благоприятствуют увеличению запасов рыбы в самом водохранилище и осуществлению рыбоводства.

Ядерная энергетика - это отрасль энергетики, занимающаяся получением и использованием ядерной энергии (ранее использовался термин Атомная энергетика). Обычно для получения ядерной энергии используют цепную ядерную реакцию деления ядер урана-235 или плутония. Хотя в любой области энергетики первичным источником является ядерная энергия (например, энергия солнечных ядерных реакций в гидроэлектростанциях и электростанциях, работающих на органическом топливе, энергия радиоактивного распада в геотермальных электростанциях), к ядерной энергетике относится лишь использование управляемых реакций в ядерных реакторах.

Ядерная энергия производится в атомных электрических станциях, используется на атомных ледоколах, атомных подводных лодках. Но она остается предметом острых дебатов. Сторонники и противники ядерной энергетики резко расходятся в оценках её безопасности, надежности и экономической эффективности. Широко распространено мнение о возможной утечке ядерного топлива из сферы производства электроэнергии и его использовании для производства ядерного оружия.

Кроме основных источников энергии существуют так же альтернативные. Эти источники распространены не так широко, как традиционные, однако представляют интерес из-за выгодности их использования при низком риске причинения вреда экологии района. К ним относятся:

солнечная энергия,

энергия ветра,

биотопливо,

энергия геотермальных вод,

энергия приливов и отливов.

Солнечная энергетика - непосредственное использование солнечного излучения для получения энергии в каком-либо виде. Солнечная энергетика использует возобновляемый источник энергии и является экологически чистой, то есть не производящей вредных отходов. Производство энергии с помощью солнечных электростанций хорошо согласовывается с концепцией распределённого производства энергии.

Способы получения электричества и тепла из солнечного излучения:

получение электроэнергии с помощью фотоэлементов.

преобразование солнечной энергии в электричество с помощью тепловых машин - паровые машины (поршневые или турбинные), использующие водяной пар, углекислый газ, пропан-бутан, фреоны.

гелиотермальная энергетика - нагревание поверхности, поглощающей солнечные лучи и последующее распределение и использование тепла (фокусирование солнечного излучения на сосуде с водой для последующего использования нагретой воды в отоплении или в паровых электрогенераторах).

термовоздушные электростанции (преобразование солнечной энергии в энергию воздушного потока, направляемого на турбогенератор) - солнечные аэростатные электростанции (генерация водяного пара внутри баллона аэростата за счет нагрева солнечным излучением поверхности аэростата, покрытой селективно-поглощающим покрытием).

Солнечная энергия широко используется как для нагрева воды, так и для производства электроэнергии. Фотоэлектрические элементы могут устанавливаться на различных транспортных средствах: лодках, электромобилях и гибридных автомобилях, самолётах, дирижаблях и т.д.

Ветроэнергетика - отрасль энергетики, специализирующаяся на использовании энергии ветра - кинетической энергии воздушных масс в атмосфере. Энергию ветра относят к возобновляемым видам энергии, так как она является следствием деятельности солнца. Ветроэнергетика является бурно развивающейся отраслью. Ветроэнергетика является нерегулируемым источником энергии. Выработка ветроэлектростанции зависит от силы ветра - фактора, отличающегося большим непостоянством. Соответственно, выдача электроэнергии с ветрогенератора в энергосистему отличается большой неравномерностью как в суточном, так и в недельном, месячном, годовом и многолетнем разрезе. Учитывая, что энергосистема сама имеет неоднородности нагрузки (пики и провалы энергопотребления), регулировать которые ветроэнергетика, естественно, не может, введение значительной доли ветроэнергетики в энергосистему способствует её дестабилизации. Понятно, что ветроэнергетика требует резерва мощности в энергосистеме (например, в виде газотурбинных электростанций), а также механизмов сглаживания неоднородности их выработки (в виде ГЭС или ГАЭС). Данная особенность ветроэнергетики существенно удорожает получаемую от них электроэнергию. Энергосистемы с большой неохотой подключают ветрогенераторы к энергосетям, что привело к появлению законодательных актов, обязующих их это делать.

В сентябре 2007 года в Якутии была запущена ветровая электроустановка мощностью в 250 кВт.

Биотопливо - это топливо из биологического сырья, получаемое, как правило, в результате переработки стеблей сахарного тростника или семян рапса, кукурузы, сои. Существуют также проекты разной степени проработанности, направленные на получение биотоплива из целлюлозы и различного типа органических отходов, но эти технологии находятся в ранней стадии разработки или коммерциализации. Различается жидкое биотопливо (для двигателей внутреннего сгорания, например, этанол, метанол, биодизель), твёрдое биотопливо (дрова, солома) и газообразное (биогаз, водород).

Критики развития биотопливной индустрии заявляют, что растущий спрос на биотопливо вынуждает сельхозпроизводителей сокращать посевные площади под продовольственными культурами и перераспределять их в пользу топливных. Сторонники говорят, что биотоплива меньше загрязняют атмосферу, а противники возражают, что при сгорании биотоплив выделяются те же продукты, что и при сжигании ископаемых топлив.

Геотермальная энергетика - производство электроэнергии, а также тепловой энергии за счёт тепловой энергии, содержащейся в недрах земли. Обычно относится к альтернативным источникам энергии, возобновляемым энергетическим ресурсам.

В вулканических районах циркулирующая вода перегревается выше температур кипения на относительно небольших глубинах и по трещинам поднимается к поверхности, иногда проявляя себя в виде гейзеров. Доступ к подземным тёплым водам возможен при помощи глубинного бурения скважин. Более чем паротермы распространены сухие высокотемпературные породы, энергия которых доступна при помощи закачки и последующего отбора из них перегретой воды. Высокие горизонты пород с температурой менее 100°C распространены и на множестве геологически малоактивных территорий, потому наиболее перспективным считается использование геотерм в качестве источника тепла.

Основными достоинствами геотермальной энергии можно считать практическую неисчерпаемость ресурсов, независимость от внешних условий, времени суток и года, возможность комплексного использования термальных вод для нужд теплоэлектроэнергетики и медицины. Недостатками ее являются высокая минерализация термальных вод большинства месторождений и наличие токсичных соединений и металлов, что исключает в большинстве случаев сброс термальных вод в природные водоемы.

Как пример - на Камчатке успешно работают две геотермальные электростанции. Их строительство было обусловлено тем, что Камчатка - вулканическая зона. В таких зонах циркулирующая вода перегревается выше температур кипения на относительно небольших глубинах и по трещинам поднимается к поверхности, часто выходя на поверхность в виде гейзеров. Геотермальными называются воды, выделяющиеся из недр Земли с температурой выше 20°C. Из-за активной вулканической деятельности строить атомные электростанции на Камчатке опасно. А реки полуострова не обладают большим энергопотенциалом. Строительство геотермальных электростанций позволило решить энергетическую проблему полуострова и снизить затраты на электроэнергию.

Использование энергии приливов и отливов реализуется с помощью приливных электростанций (ПЭС). Приливная электростанция - особый вид гидроэлектростанции, использующий энергию приливов, а фактически кинетическую энергию вращения Земли. Приливные электростанции строят на берегах морей, где гравитационные силы Луны и Солнца дважды в сутки изменяют уровень воды. Электростанциями этого типа являются особым видом гидроэлектростанции. Для получения энергии залив или устье реки перекрывают плотиной, в которой установлены гидроагрегаты, которые могут работать как в режиме генератора, так и в режиме насоса (для перекачки воды в водохранилище для последующей работы в отсутствие приливов и отливов). В последнем случае они называются гидроаккумулирующая электростанция.

Преимуществами ПЭС является экологичность и низкая себестоимость производства энергии. Недостатками - высокая стоимость строительства и изменяющаяся в течение суток мощность, из-за чего ПЭС может работать только в составе энергосистемы, располагающей достаточной мощностью электростанций других типов.

Первая приливная электростанция в России начала работать в 1968 г. в Кислой губе на Белом море. Мощность электростанции 400кВт. Сейчас разрабатываются проекты строительства приливных электростанций в Белом и Охотском морях.

2. Энергосбережение

Энергосбережение - реализация правовых, организационных, научных, производственных, технических и экономических мер, направленных на эффективное (рациональное) использование (и экономное расходование) топливно-энергетических ресурсов и на вовлечение в хозяйственный оборот возобновляемых источников энергии (источник определения (с небольшими изменениями). Энергосбережение - важная задача по сохранению природных ресурсов.

В настоящее время наиболее насущным является бытовое энергосбережение (энергосбережение в быту), а также энергосбережение в сфере ЖКХ. Препятствием к его осуществлению является сдерживание роста тарифов для населения на отдельные виды ресурсов (электроэнергия, газ), отсутствие средств у предприятий ЖКХ на реализацию энергосберегающих программ, а также отсутствие массовой бытовой культуры энергосбережения. Актуальным так же является обеспечение энергосбережения в АПК.

Эффекты от мероприятий энергосбережения можно разделить на несколько групп:

экономические эффекты у потребителей (снижение стоимости приобретаемых энергоресурсов);

эффекты повышения конкурентоспособности (снижение потребления энергоресурсов на единицу производимой продукции, энергоэффективность производимой продукции при ее использовании);

эффекты для электрической, тепловой, газовой сети (снижение пиковых нагрузок, минимизация инвестиций в расширение сети);

экологические эффекты;

связанные эффекты (внимание к проблемам энергосбережения приводит к повышению озабоченности проблемами общей эффективности системы - технологии, организации, логистики на производстве, системы взаимоотношений, платежей и ответственности в ЖКХ, отношения к домашнему бюджету у граждан).

В результате проведенных исследований выяснилось, что только за счет экономии количество потребляемой энергии можно сократить на 40%, т.е. в России впустую тратится почти половина потребляемой энергии. Потенциал энергосбережения в нашей стране сравним по масштабам с объемом всех экспортируемых нефтепродуктов.

Из-за низкой энергоэффективности, низкого КПД установок, утечки происходят в самом топливно-энергетическом комплексе, по причине износа оборудования - в промышленности, в ЖКХ. На сектор ЖКХ приходится почти одна треть всех потерь (110 млн. т. топлива). Также очень значительное количество потерь энергии в ЖКХ происходит из-за пренебрежительного отношения к энергии потребителей. Через окна и двери зданий происходит до 70% теплопотерь. Также тепло теряется и через неутепленные окна. В результате энергоэффективность ЖКХ в России в 5 раз ниже, чем в Швеции. Зачастую мы сами не выключаем свет, из-за чего в городах остаются работать сотни тысяч световых приборов. Всего лишь за один день набегает десятки и сотни тонн напрасно потраченного топлива. Такая же ситуация образуется и из-за незакрытых кранов в системе водоснабжения.

Одним из действенных способов уменьшить влияние человека на природу является увеличение эффективности использования энергии. В самом деле, современная энергетика, основанная в первую очередь на использовании ископаемых видов топлива (нефть, газ, уголь), оказывает наиболее массивное воздействие на окружающую среду. Начиная от добычи, переработки и транспортировки энергоресурсов и заканчивая их сжиганием для получения тепла и электроэнергии - все это весьма пагубно отражается на экологическом балансе планеты. Наконец, именно "ископаемая" энергетика ответственна за проблему изменения климата, связанную с увеличением концентрации парниковых газов. То есть вопрос повышения энергоэффективности экономики сейчас является одним из самых животрепещущих для всех стран без исключения, даже для богатой природными ресурсами России.

Основная роль в увеличении эффективности использования энергии принадлежит современным энергосберегающим технологиям. После энергетического кризиса 70-х годов XX века именно они стали приоритетными в развитии экономики Западной Европы, а после начала рыночных реформ - и в нашей стране. При этом их внедрение, помимо очевидных экологических плюсов, несет вполне реальные выгоды - уменьшение расходов, связанных с энергетическими затратами.

Энергосбережение сейчас становится одним из приоритетов политики любой компании, работающей в сфере производства или сервиса. По данным специалистов, доля энергозатрат в себестоимости продукции в России достигает 30-40%, что значительно выше, чем, например, в западноевропейских странах. Одной из основных причин такого положения являются устаревшие энергорасточительные технологии, оборудование и приборы. Очевидно, что снижение таких издержек позволяет повысить конкурентоспособность бизнеса.

В России до 75% всей потребляемой электроэнергии на производствах используется для приведения в действие всевозможных электроприводов. Как правило, на большинстве отечественных предприятий установлены электродвигатели с большим запасом по мощности в расчете на максимальную производительность оборудования, несмотря на то, что часы пиковой нагрузки составляют всего 15-20% общего времени его работы. В результате электродвигателям с постоянной скоростью вращения требуется значительно больше энергии, чем это необходимо.

По данным европейских экспертов, стоимость электроэнергии, потребляемой ежегодно средним двигателем в промышленности, почти в 5 раз превосходит его собственную стоимость. В связи с этим очевидна необходимость оптимизации оборудования с использованием электроприводов. Режим энергосбережения особенно актуален для механизмов, которые часть времени работают с пониженной нагрузкой, - конвейеры, насосы, вентиляторы и т.п. Кроме снижения расхода электроэнергии, экономический эффект от применения частотно-регулируемых электроприводов достигается путем увеличения ресурса работы электротехнического и механического оборудования, что становится дополнительным плюсом. Такие энергосберегающие электроприводы и средства автоматизации могут быть внедрены на большинстве промышленных предприятий и в сфере ЖКХ: от лифтов и вентиляционных установок до автоматизации предприятий, где нерациональный расход электроэнергии связан с наличием морально и физически устаревшего оборудования

Существуют и другие пути рациональнее использовать электроэнергию, причем не только на производстве, но и в быту. Энергосберегающий эффект основан на том, что свет включается автоматически, именно когда он нужен. Днем, при высоком уровне освещенности, освещение отключено. При наступлении сумерек происходит активация микрофона. Если в радиусе до 5 м возникает шум (например, шаги или звук открываемой двери), свет автоматически включается и горит, пока человек находится в помещении. Разумеется, такие системы освещения были бы не полными без использования энергосберегающих ламп. Их можно разделить на две группы по сферам использования: мощные энергосберегающие лампы больших размеров, предназначенные для освещения офисов, торговых площадок, кафе, и компактные лампы со стандартными цоколями для использования в квартирах. Экономия электроэнергии с применением таких ламп достигает 80%.

Таким образом, энергосберегающие технологии позволяют решить сразу несколько задач: сэкономить существенную часть энергоресурсов, решить проблемы отечественного ЖКХ, повысить эффективность производства и, с чего мы начинали нашу статью, уменьшить нагрузку на окружающую среду. Поэтому не приходится сомневаться, что их широкое внедрение - это только вопрос времени: настал момент, когда мы должны расплатиться с природой по кредиту.

Заключение

Проблема энергообеспечения с каждым годом становится всё острее. Потребности человека постоянно растут, а так же увеличивается само население. Исчерпаемые ресурсы рано или поздно закончатся, а использование альтернативных источников и применение энергосберегающих технологий еще недостаточно хорошо налажено. В таких условиях перед человечеством встала задача подлинно исторического значения - перейти к использованию надежных, полностью безопасных для жизни человека и окружающей его природы источников энергии, ее разумному расходованию, устойчивому, экономически эффективному энергообеспечению.

Среди путей решения проблемы энергообеспечения можно назвать следующие:

развитие самой системы энергообеспечения, снижение энергоемкости производства (это наблюдается в ряде развитых стран, особенно в США);

интернационализация мировой энергетики;

переход на возобновляемые источники энергии - солнечной, ветра, океанической, гидроэнергии (в отличие от невозобновляемые источников, которые будут исчерпаны в обозримом будущем, они безвредны и беспредельны).

Решение этого ряда проблем может быть только комплексным и интернациональным.

[1] Энергетическая безопасность - это состояние защищенности страны, ее граждан, общества, государства, экономики от угроз надежному топливо- и энергообеспечению. Эти угрозы определяются как внешними факторами, так и собственно состоянием и функционированием энергетического сектора страны.