Значение энергетики заключается в том, что энергия является движущей силой для всех машин и механизмов, используется в ряде технологических процессов и быту. От уровня развития энергетики зависит уровень развития экономики страны в целом. По этой причине в большинстве стран даже при экономических кризисах и падениях темпов роста производства, темпы роста энергетики, как правило, снижаются крайне незначительно.

Энергетика в целом характеризуется балансом

энергоресурсов и энергобалансом. Под балансом энергоресурсов 18

понимают соотношение между энергоносителями, т. е. энергетическими ресурсами. В настоящее время в мире важнейшим видом энергоресурсов является каменный уголь, запасы которого, по меньшей мере, в 1000 раз превосходят запасы нефти. Энергобаланс, или топливно-энергетический баланс, представляет собой соотношение между исполь¬зуемыми видами топлива. Существует явное несоответствие между балансом энергоресурсов и энергобалансом, так как в высокоразвитых странах в качестве главных используемых видов топлива выступают нефть и газ.

15.География энергетики мира.

Особенности размещения топливно-энергетическая промышленности:

1) нефтяная: большая часть ресурсов нефти приходится на развивающиеся страны (более 4/5 запасов и около 1/2 добычи мира).

Ведущее место по добыче нефти занимают: Россия, США, Саудовская Аравия, Мексика, Китай, Ирак, Иран, ОАЭ и др.

Основные экспортёры нефти: страны Персидского залива (ОАЭ, Саудовская Аравия, Иран, Ирак), Карибский район (Венесуэла), Северная и Западная Африка (Тунис, Камерун), Россия.

Основные районы ввоза нефти: США, Западная и Восточная Европа, Япония.

В результате образовался огромный территориальный разрыв между основными районами добычи нефти и районами её потребления.

2) газовая:

Ведущее место по добыче занимают: Россия, США, Канада, Нидерланды, Саудовская Аравия, Алжир, Индонезия, Великобритания.

Основные экспортёры газа: Россия, Канада, Алжир, Иран, Индонезия.

Основные импортёры газа: США, Западная и Восточная Европа, Япония.

3) угольная:

По добыче угля лидируют: Китай, США, Россия, Великобритания, Австралия, Польша (в основном - в экономически развитых странах).

Основные экспортёры совпадают с основными районами добычи.

Основные импортёры: Европа и Япония.

4) электроэнергетика:

В структуре производства электрической энергии преобладают ТЭС (63 % всей выработки), затем ГЭС (20 %) и АЭС (17 %).

Большое количество ТЭС находится в России, США, Великобритании, Польше.

Обычно ТЭС тяготеют либо к угольным бассейнам, либо к районам потребления энергии.

ГЭС - в России, Канаде, США, Норвегии и др. Размещены в основном в развитых странах, но большая перспектива - у развивающихся.

АЭС - в США, Франции, Японии, ФРГ, России (в большинстве - в экономически развитых странах).

Использование альтернативных источников энергии:

Гелиостанции: в США, Франции;

Геотермальные: в США, Италии, на Филиппинах;

Приливные: во Франции, Канаде, России, КНР;

Ветровые: в США, Дании.

Страны, выделяющиеся преобладающим количеством производимой электроэнергии: США, Россия, Япония, ФРГ, Канада.

Топливно-энергетическая промышленность и окружающая среда:

1) нарушение почвенного покрова при добыче полезных ископаемых;

2) загрязнение Мирового океана нефтью и нефтепродуктами;

3) выбросы вредных веществ тепловой энергетикой в окружающую среду, что изменяет газовый состав атмосферы, повышает температуру вод;

4) при строительстве ГЭС изменяется микроклимат территории, затопляются под водохранилища земли и т.п.;

5) АЭС вызывают проблемы захоронения радиоактивных отходов и глобальные масштабы загрязнения при авариях на них (Чернобыль).

«Атомная электростанция» - Тепловыделяющий элемент(ТВЭЛ). Самый известный реактор использующий управляемый ядерный синтез – солнце. АЭС различаются по типу реакторов и по виду отпускаемой энергии. Атомные электростанции. Атомные Электростанции. Термоядерные реакторы. Предметы исследования. Назад. На рисунке показана схема работы атомной электростанции.

«Ядерная энергия» - Энергетический реактор. Советская Атомная Бомба: 1939-1955. ТриМайл Айленд АЭС на ТриМайл Айленд, 1979. В-частицы. Троица-первое в мире испытание технологии ядерного оружия. Нейтроны. Обогащение. Ядерная Энергия - История. Шахта. Припять, Украина фото Джейсона Миншулла. Reference: IAEA. Время. Улучшение оружия.

«Альтернативная энергия» - В том числе и в России. Энергия воды. Автономные источники электропитания, в основном, устанавливаются на малых реках. Вторым типом «водных» электростанций являются речные. Альтернативное топливо для транспорта. Основным видом “бесплатной” неиссякаемой энергии по справедливости считается Солнце. Более 99 % топлива, используемого на транспорте, производится из нефти.

«Энергосбережение в школе» - Пути энергосбережения в школе и дома Автор: Андрианова Екатерина Алексеевна Руководитель: Шиндина Татьяна Николаевна. Цель: Провести мониторинговые исследования путей энергосбережения в школе, дома и газовой котельной. Концентрация СО2, ррм.

«Устойчивое развитие» - Rio-de Janeiro, 1992. Устойчивое развитие и энергетика Казахстана. Рио-де-Жанейро, 1992. Потенциал энергоэффективности и ВИЭ в Казахстане. Проект ПРООН и МЭМР в развитии ветроэнергетики в Казахстане. Концепция энергетики для устойчивого развития. Устойчивое развитие – основная повестка 21 века. Дорошин Г.А. Руководитель проекта ПРООН по ветроэнергетике Астана, 2006.

«Энергетика России» - Энергия и Энергетика. Э2. Земледелие скотоводство. Пассионарность. Топливно-энергетический баланс. Ергия (2). Кинетическая энергия (движение). Мониторинг ЭС-2020 (Добыча и прирост запасов нефти). Промышленность инфраструктура. Син. Электропотребление и электроемкость ВВП. ТЭК и макроэкономика. Цена на нефть и влияющие факторы.

Всего в теме 15 презентаций

ЭНЕРГЕТИКА МИРА

Энергетика относится к так называемым "базовым" отраслям промышленности: ее развитие является непременным условием развития всех других отраслей промышленности и всей экономики любой страны. Она также относится к "авангардной тройке".

Энергетика включает в себя совокупность отраслей, снабжающих экономику энергоресурсами. В нее входят все топливные отрасли и электроэнергетика, включая разведку, освоение, производство, переработку и транспортировку источников тепловой и электрической энергии и самой энергии.

В мировом хозяйстве развивающиеся страны выступают главным образом в качестве поставщиков, а развитые - потребителей энергии.

В развитии мировой энергетики решающую роль сыграл энергетический кризис начала 70-х гг.

Цена на нефть (1965-1973 гг.) была значительно ниже среднемирового уровня на другие энергоносители. В результате нефть вытеснила другие виды топлива из топливно-энергетического баланса (ТЭБ) в экономически развитых странах. На смену угольному этапу пришел нефтегазовый, продолжающийся и сейчас.

Таблица 6. Изменение структуры ТЭБ мира (в %)

Это оказалось возможным благодаря неэквивалентному обмену, который практикуется между развитыми и развивающимися странами в течение многих лет. При подъеме цен на нефть в начале 70-х годов (контроль над которыми осуществляла уже созданная в 1960 г. Организация стран-экспортеров нефти - ОПЕК) разразился энергетический кризис; т.к. основные запасы этого ценного сырья сосредоточены в развивающихся странах.

Для ослабления последствий кризиса в ведущих капиталистических странах были разработаны национальные энергетические программы, в которых основной упор был сделан на:
- экономию энергии;
- снижение доли нефти в топливно-энергетическом балансе;
- приведение структуры потребления энергоресурсов в соответствие с собственной ресурсной базой, уменьшение зависимости от импорта энергоносителей.

В результате снизилось потребление энергии, изменилась структура ТЭБ: доля нефти начала сокращаться, возросло значение газа, а сокращение доли угля приостановилось, т.к. уголь развитые страны обладают большими запасами углей. Энергокризис способствовал постепенному переходу к новому, энергосберегающему типу развития, который оказался возможным благодаря научно-техническому прогрессу.

Но зависимость ведущих капиталистических стран от импорта энергетического сырья продолжает сохраняться. Только Россия и Китай полностью обеспечивают себя топливом и энергией за счет собственных ресурсов и даже экспортируют их. А так как основным собственным энергоресурсом многих развитых стран является уголь, то не случайно, что в последнее десятилетие вновь выросло его значение в топливно-энергетическом балансе.

Нефтяная промышленность мира

Нефтяная промышленность - одна из важнейших и наиболее быстро развивавшихся до последнего времени отраслей тяжелой промышленности. Основная часть ее продукции используется в энергетических целях, в связи с чем она относится к группе отраслей энергетики. Часть нефти и нефтепродуктов идет в нефтехимическую переработку.

Главная особенность географии мировых ресурсов нефти заключается в том, что большая их часть приходится на развивающиеся страны, в первую очередь Ближнего Востока. В 19 гигантских месторождениях Аравийского полуострова сосредоточена 1/2 нефтяных богатств планеты.

Регион (страна)	Запасы нефти, млн.т	Доля в мир. запасах, %	Доля в мир. добыче, %	Добыча нефти (1994 г.), млн.т
Мир	136094	100,0	100,0	3000,0
Ближний и Средний Восток	89440	65,7	30,7	921,7
	6021	4,4	11,0	329,5
Америка	22026	16,2	26,8	804,0
Африка	8301	6,1	10,6	306,1
Западная Европа	2254	1,7	93	277,6
СНГ и Восточная Европа	8052	5,9	12,0	361,1
в т. ч.: СНГ**	7755	5,7	11,6	347,1
* Исключая Ближний и Средний Восток **Данные по СНГ включают достоверные и часть разведанных запасов.

Среди промышленно развитых стран можно выделить два типа государств: с одной стороны, США, Россия, Канада, обладающие собственными запасами и мощной нефтедобычей; с другой - европейские страны (исключая Норвегию и Великобританию), а также Япония и ЮАР, которые лишены собственных ресурсов, и хозяйство которых базируется целиком на импортной нефти. Тем не менее, доля развитых стран в мировой нефтедобыче повышается (1970 г. - 12% мировой добычи, 1994 г. - 45%, около 1,5 млрд. т нефти). При этом на долю стран ОПЕК приходится 41 % мировой добычи (1,2 млрд. т).

Таблица 8. Десять первых стран мира по добычи нефти

Удорожание нефти за последние годы стимулировало освоение месторождений, разведанных в районах со значительно более сложными условиями добычи и транспортировки нефти. Велика доля морских месторождений нефти (25% разведанных запасов). На морях поисково-разведочные работы ведутся уже на глубинах до 800 м при удалении от берега на 200-500 км. Наиболее крупные морские месторождения нефти разведаны в Персидском заливе и у юго-восточных берегов Аравийского полуострова, в Мексиканском заливе, Северном море (в британском и норвежском его секторах), у северного побережья Аляски, берегов Калифорнии, у западного побережья Африки, островов Юго-Восточной Азии. У некоторых стран на шельфовых месторождениях сосредоточена основная часть разведанных запасов нефти, например в США -более 1/2, Брунее и Катаре - около 2/3, Анголе и Австралии - более 4/5, Бахрейне - 9/10, а в Норвегии и Великобритании - практически около 100%.

Сохранившийся территориальный разрыв между основными районами добычи и потребления нефти (главная особенность нефтяной промышленности мира) приводит к колоссальным масштабам дальних перевозок нефти. Она остается грузом номер один мирового морского транспорта.

Главные направления международных перевозок нефти:
Персидский залив -> Япония
Персидский залив -> Зарубежная Европа
Карибское море -> США
Юго-Восточная Азия -> Япония
Северная Африка -> Зарубежная Европа

Главные из мировых грузопотоков нефти начинаются от крупнейших нефтяных портов Персидского залива (Мина-эль-Ахмади, Харк и др.) и идут к Западной Европе и Японии. Самые крупные танкеры следуют дальним путем вокруг Африки, менее крупные - через Суэцкий канал. Меньшие грузопотоки идут из стран Латинской Америки (Мексика, Венесуэла) к США и Западной Европе.

Резко изменилась география импорта нефти. Выросла доля Канады, Мексики, Венесуэлы как поставщиков нефти в США. На страны Ближнего Востока приходится теперь около 5% американского импорта нефти.

Нефтепроводы проложены не только по территории многих стран мира, но и по дну морей (в Средиземном, Северном).

В отличие от нефтедобычи основная часть мощностей по переработке сосредоточена в ведущих промышленно развитых странах (около 70% мощностей НПЗ мира, в т.ч. США - 21,3%, Европа - 21,6%, СНГ - 16,6%, Япония - 6,2%).

Выделяются такие районы, как побережье Мексиканского залива, район Нью-Йорка в США, Роттердам в Нидерландах, Южная Италия, побережье Токийского залива в Японии, побережье Персидского залива, побережье Венесуэлы, район Поволжья в России.

В размещении нефтеперерабатывающей промышленности действуют две противоположные тенденции: одна из них - "рыночная" (отрыв переработки нефти от мест добычи и строительство НПЗ в странах-потребителях нефтепродуктов), а другая - "сырьевая" - тенденция к приближению нефтепереработки к местам добычи нефти. До последнего времени преобладала первая тенденция, что позволяло ввозить сырую нефть по низким ценам, а полученные из нее нефтепродукты сбывать по ценам во много раз выше.

Но в последние годы действует тенденция к строительству НПЗ в некоторых развивающихся странах, особенно на узлах транспортных коммуникаций, на важных морских путях (например, на островах Аруба, Кюрасао - в Карибском море, в Сингапуре, Адене, в г. Фри-порт на Багамских островах, в г. Санта-Крус на Виргинских островах).

Строительство НПЗ в развивающихся странах стимулируется также принятием в экономически развитых странах более строгих мер по охране природы (вынос "экологически грязных" производств).

Газовая промышленность мира

Основными запасами природного газа обладают государства СНГ (40%), в т.ч. Россия (39,2%). Доля стран Ближнего и Среднего Востока в мировых запасах газа составляет около 30%, Северной Америки около 5%, Западной Европы 4% (1994 г.).

Самыми богатыми природным газом из зарубежных стран являются Иран, Саудовская Аравия, США, Алжир, ОАЭ, Нидерланды, Норвегия, Канада.

В целом же доля промышленно развитых капиталистических стран в мировых запасах природного, газа намного меньше, чем развивающихся. Однако основная часть добычи сосредоточена в промышленно развитых странах.

Таблица 9. Разведанные запасы, добыча, потребление природного газа (на 1 янв.1995 г.)

регион (страна)	доля в мировых запасах (%)	добыча (млрд. м 3)	потребление (млрд. м 3)
Мир	100.0	2215	2215
Северная Америка	4.9	658	654
Латинская Америка	5.1	97	101
Западная Европа	3.8	244	335
Восточная Европа	40.2	795	720
в т.ч. Россия	39.2	606	497
Африка	6.9	87	46
Бл. и Средний Восток	32.0	136	130
Остальная Азия*, Австралия и Океания	7.0	198	229
*Исключая Ближний и Средний Восток.

Мировая добыча природного газа (ПГ) ежегодно возрастает, и в 1994 г. превысила 2 трлн. м 3 . География добычи ПГ существенно отличается от добычи нефти. Более 2/5 (40%) его добывается на территории государств СНГ (из которых 80% - в России, далеко опережающей все остальные страны мира) и в США (25% процентов мировой добычи). Затем, многократно отставая от первых двух стран, идут Канада, Нидерланды, Норвегия, Индонезия, Алжир. Все эти государства являются крупнейшими экспортерами природного газа. Основная часть экспортируемого газа идет по газопроводам, а также транспортируется в сжиженном виде (1/4).

Таблица 10. Десять первых стран мира по добычи природного газа

Протяженность газопроводов быстро растет (сейчас в мире - 900 тыс. км газопроводов). Крупнейшие межгосударственные газопроводы действуют в Северной Америке (между канадской провинцией Альберта и США); в Западной Европе (от крупнейшего голландского месторождения Гроннинген в Италию через территорию Германии и Швейцарии; из норвежского сектора Северного моря в Германию, Бельгию и Францию). С 1982 г. действует газопровод из Алжира через Тунис и далее по дну Средиземного моря в Италию.

Практически во все страны Восточной Европы (кроме Албании), а также в рад стран Западной Европы - в Германию, Австрию, Италию, Францию, Швейцарию, Финляндию - поступает газ из России по газопроводам. Россия является крупнейшим в мире экспортером природного газа.

Растут межгосударственные морские перевозки природного газа в сжиженном виде (СПГ) с использованием специальных газовозных танкеров. Крупнейшими поставщиками СПГ являются Индонезия, Алжир, Малайзия, Бруней. Около 2/3 всего экспортируемого СПГ ввозится в Японию.

Угольная промышленность мира

Угольная промышленность - наиболее старая и развитая из всех отраслей топливно-энергетического комплекса в промышленно развитых странах.

По оценке, суммарные запасы угля во всем мире определены в 13-14 трлн. т (52% - каменный уголь, 48% - бурый).

Более 9/10 достоверных запасов каменного угля, т.е. извлекаемых с использованием существующих технологий, сосредоточено: в Китае, в США (более 1/4); на территории государств СНГ (более 1/5); в ЮАР (более 1/10 мировых запасов). Из других промышленно развитых стран можно выделить запасы угля в ФРГ, Великобритании, Австралии, Польше, Канаде; из развивающихся - в Индии, Индонезии, Ботсване, Зимбабве, Мозамбике, Колумбии и Венесуэле.

В последние десятилетия традиционная добыча угля в странах Западной Европы значительно сократилась, и основными центрами добычи стали Китай, США и Россия. На их долю приходится почти 60% всей угледобычи мира, которая составляет 4,5 млрд. т. в год. Далее можно отметить ЮАР, Индию, ФРГ, Австралию, Великобританию (добыча превышает 100 млн. т в год в каждой из этих стран).

Существенное значение имеет также качественный состав углей, в частности, доля коксующихся углей, используемых в качестве сырья для черной металлургии. Наиболее велика их доля в угольных запасах Австралии, ФРГ, Китая, США.

В последние годы во многих экономически развитых странах угольная промышленность стала структурно кризисной. Сокращалась добыча угля в основных традиционных районах (старопромышленных), например, в Рурском - ФРГ, на Севере Франции, в Аппалачах - США (что повлекло за собой социальные последствия, в т.ч. безработицу).

Иными тенденциями развития отличалась угольная промышленность Австралии, ЮАР и Канады, где происходил рост добычи с ориентацией на экспорт. Так, Австралия обогнала крупнейшего экспортера угля - США (доля ее в мировом экспорте - 2/5). Это связано со спросом на уголь Японии и наличием в самой Австралии недалеко от побережья крупных месторождений, пригодных для разработки открытым способом. Ричардс-Бей - крупнейший специализированный угольный порт в ЮАР (экспорт угля). Мощные морские грузопотоки угля образовали так называемые "угольные мосты":
США -> Западная Европа
США -> Япония
Австралия -> Япония
Австралия -> Западная Европа
ЮАР -> Япония

Крупными экспортерами становятся Канада и Колумбия. Основная часть внешнеторговых перевозок угля осуществляется морским транспортом. В последние годы большим спросом, чем коксующийся (технологический) уголь, пользуется энергетический уголь (более низкого качества - для производства электроэнергии).

Подавляющая часть разведанных запасов бурого угля и его добычи сосредоточена в промышленно развитых странах. Размерами запасов выделяются США, ФРГ, Австралия, Россия.

Основная часть бурого угля (более 4/5) потребляется на тепловых станциях, расположенных вблизи его разработок. Дешевизна этого угля объясняется способом его добычи - почти исключительно открытым. Это обеспечивает производство дешевой электроэнергии, что привлекает в районы буроугольных разработок электроемкие производства (цветная металлургия и др.).

Электроэнергетика

Всего в мире ежегодно потребляется 15 млрд. т условного топлива в качестве энергоресурсов. Суммарная мощность электростанций всего мира в начале 90-х годов превышала 2,5 млрд. кВт, а выработка электроэнергии вышла на уровень 12 трлн. кВт ч в год.

Более 3/5 всей электроэнергии вырабатывается в промышленно развитых странах, среди которых по общей выработке выделяются США, СНГ (Россия), Япония, Германия, Канада, Китай.

Таблица 11. Десять первых стран мира по размерам производства электроэнергии

В большинстве промышленно развитых стран созданы единые энергосистемы, хотя в США, Канаде, Китае и Бразилии они отсутствуют. Есть межгосударственные (региональные) энергосистемы.

Из всей производимой в мире электроэнергии (на начало 90-х гг.) около 62% вырабатывается на ТЭС, около 20% на ГЭС и около 17% - на АЭС и 1% - на использовании альтернативных источников.

В некоторых странах на ГЭС вырабатывается значительно большая часть электроэнергии: в Норвегии (99%), Австрии, Новой Зеландии, Бразилии, Гондурасе, Гватемале, Танзании, Непале, Шри-Ланке (80-90% общей выработки электроэнергии). В Канаде, Швейцарии - более 60%, в Швеции и Египте 50-60 %.

Степень освоенности гидроресурсов в разных регионах мира различна (в целом по миру лишь 14%). В Японии гидроресурсы используются на 2/3, в США и Канаде - на 3/5, в Латинской Америке - на 1/10, а в Африке используется менее чем 1/20 гидроресурсов.

В настоящее время из 110 действующих ГЭС с мощностью более 1 млн. кВт более 50% находятся в промышленно развитых странах с рыночной экономикой (в Канаде 17, США - 16). Крупнейшие по мощности из действующих за рубежом ГЭС: бразильско-парагвайская "Итайпу" - на реке Парана - мощностью 12,6 млн. кВт; венесуэльская "Гури" на р.Карони и др. Крупнейшие ГЭС в России построены на реке Енисей: Красноярская, Саяно-Шушенская ГЭС (мощностью более 6 млн. кВт).

В некоторых странах возможности использования экономического гидроэнергетического потенциала почти исчерпаны (Швеция, ФРГ), в других - только начинается его использование.

Около 1/2 мощностей мировых ГЭС и выработки на них электроэнергии приходится на США, Канаду и страны Европы.

Однако в целом по миру основную роль в электроснабжении выполняют ТЭС, работающие на минеральном топливе, главным образом на угле, нефти или газе.

Наиболее велика доля углей в теплоэнергетике ЮАР (почти 100%), Австралии (около 75%), Германии и США (более 50%).

Угольный топливно-энергетический цикл - один из экологически наиболее опасных. Поэтому расширяется использование "альтернативных" источников энергии (солнца, ветра, приливов и отливов). Но наибольшее практическое применение получило использование ядерной энергии.

До начала 90-х годов ядерная энергетика развивалась опережающими темпами по отношению ко всей электроэнергетике. Доля АЭС возрастала особенно быстро в высокоразвитых в экономическом отношении странах и районах, дефицитных по другим энергоресурсам.

Однако в связи с резким удешевлением нефти и газа, т.е. уменьшением стоимостных преимуществ АЭС перед ТЭС, а также в связи с психологическим воздействием аварии на Чернобыльской АЭС (1986 г., в бывш. СССР) и активизацией противников ядерной энергетики - темпы ее роста заметно снизились.

Тем не менее, в 29 странах мира действуют АЭС. Годовая выработка электроэнергии превысила 1 трлн. кВт/ч. Больше всего доля АЭС в общем производстве электроэнергии во Франции и Бельгии. Более 2/3 суммарной мощности всех АЭС мира сосредоточено в странах: США, Франция, Япония, Германия, Великобритания и Россия. В Литве доля АЭС в общей выработке электроэнергии составляет 78%, во Франции - 77%, в Бельгии - 57%, в Швеции - 47%, тогда как в США - 19%, в России - 11%.

На долю атомных станций США в суммарной мощности АЭС мира приходится около 40%.

Крупнейший атомно-энергетический комплекс - "Фукусима" расположен на о. Хонсю в Японии, он насчитывает 10 энергоблоков общей мощностью более 9 млн. кВт.

Альтернативные источники пока обеспечивают лишь очень небольшую часть мировой потребности в электроэнергии. Только в некоторых странах Центральной Америки, на Филиппинах и в Исландии существенное значение имеют геотермальные электростанции; в Израиле, на Кипре довольно широко используют солнечную энергию.

Альтернативные источники энергии — это ветер, солнце, приливы и отливы, биомасса, геотермальная энергия Земли.

Ветряные мельницы давно используются человеком в качестве источника энергии. Однако они эффективны и пригодны только для мелкого пользователя. К сожалению, ветер пока еще не в состоянии давать электроэнергию в достаточных количествах. Солнечная и ветровая энергетика имеет серьезный недостаток — временную нестабильность именно в тот момент, когда она особенно нужна. В связи с этим необходимы системы хранения энергии, чтобы потребление ее могло быть возможно в любое время, но экономически зрелой технологии создания таких систем пока нет.

Первые ветряные электрогенераторы были разработаны еще в 90-х гг. XIX в. в Дании, а уже к 1910 г. в этой стране было построено несколько сот мелких установок. Еще через несколько лет датская промышленность получала от ветряных генераторов четверть необходимой ей электроэнергии. Их общая мощность составила 150-200 МВт.

В 1982 г. на китайском рынке было продано 1280 ветряных турбин, а в 1986 г. — 11 000, что позволило обеспечить электричеством те районы Китая, в которых раньше его никогда не было.

В начале XX в. в России насчитывалось 250 тыс. крестьянских ветряных мельниц мощностью до 1 млн кВт. Они перемалывали 2,5 млрд пудов зерна на месте, без дальних перевозок. К сожалению, в результате бездумного отношения к природным ресурсам в 40-х гг. прошлого века на территории бывшего СССР была разрушена основная часть ветряных и водяных двигателей, а к 50-м гг. они почти совсем исчезли как «отсталая техника».

В настоящее время солнечную энергию используют в некоторых странах в основном для отопления, а для производства энергии — в очень незначительных масштабах. Между тем мощность солнечного излучения, достигающего Земли, составляет 2 х 10 17 Вт, что более чем в 30 тыс. раз превышает сегодняшний уровень энергопотребления человечества.

Различают два основных варианта использования энергии Солнца: физический и биологический. При физическом варианте энергия аккумулируется солнечными коллекторами, солнечными элементами на полупроводниках или концентрируется системой зеркал. При биологическом варианте используется солнечная энергия, накопленная в процессе фотосинтеза в органическом веществе растений (обычно в древесине). Этот вариант годится для стран с относительно большими запасами леса. Например, Австрия планирует в ближайшие годы получать от сжигания древесины до трети необходимой ей электроэнергии. Для этих же целей в Великобритании планируется засадить лесом около 1 млн га земель, непригодных для сельскохозяйственного использования. Высаживаются быстрорастущие породы, такие как тополь, срезку которого производят уже через 3 года после посадки (высота этого дерева около 4 м, диаметр стволика — более 6 см).

Проблема использования нетрадиционных источников энергии в последнее время особенно актуальна. Это, несомненно, выгодно, хотя подобные технологии требуют значительных затрат. В феврале 1983 г. американская фирма «Арка Солар» начала эксплуатировать первую в мире солнечную электростанцию мощностью 1 МВт. Возведение таких электростанций — дорогое удовольствие. Сооружение солнечной электростанции, способной обеспечить электроэнергией около 10 тыс. бытовых потребителей (мощность — около 10 мМВт), обойдется в 190 млн дол. Это в четыре раза больше, нежели расходы на сооружение ТЭС, работающей на твердом топливе, и соответственно в три раза больше, чем строительство гидроэлектростанции и АЭС. Тем не менее специалисты по изучению солнечной энергии уверены, что с развитием технологии использования энергии Солнца цены на нее значительно снизятся.

Вероятно, будущее энергетики — за ветряной и солнечной энергией. В 1995 г. в Индии приступили к реализации программы по выработке энергии с помощью ветра. В США мощность ветряных электростанций составляет 1654 МВт, в Европейском союзе — 2534 МВт, из них 1000 МВт вырабатывается в Германии. В настоящее время наибольшего развития ветроэнергетика достигла в Германии, Англии, Голландии, Дании, США (только в Калифорнии 15 тыс. ветряков). Энергия, получаемая с помощью ветра, может постоянно возобновляться. Ветряные станции не загрязняют окружающую среду. С помощью ветряной энергии можно электрифицировать самые отдаленные уголки земного шара. К примеру, 1600 жителей острова Дезират в Гваделупе пользуются электричеством, которое вырабатывают 20 ветряных генераторов.

Из чего еще можно получать энергию, не загрязняя окружающую среду?

Для использования энергии приливов и отливов обычно строят приливные электростанции в устьях рек либо непосредственно на морском берегу. В обычном портовом волноломе оставляют отверстия, куда свободно поступает вода. Каждая волна повышает уровень воды, а следовательно, и давление остающегося в отверстиях воздуха. «Выдавливаемый» наружу через верхнее отверстие воздух приводит в движение турбину. С уходом волны возникает обратное движение воздуха, который стремится заполнить вакуум, и турбина получает новый импульс к вращению. Согласно оценкам специалистов, такие электростанции могут использовать до 45 % энергии приливов.

Волновая энергия представляется довольно многообещающей формой из новых энергоисточников. Например, на каждый метр волнового фронта, окружающего Британию со стороны Северной Атлантики, в среднем приходится 80 кВт энергии в год, или 120 000 ГВт. Существенные потери при переработке и передаче этой энергии неизбежны, и, по-видимому, лишь третья ее часть может поступать в сеть. Тем не менее оставшегося объема достаточно для того, чтобы обеспечить всю Британию электричеством на уровне существующей нормы потребления.

Привлекает ученых и использование биогаза, который представляет собой смесь горючего газа — метана (60-70 %) и негорючего углекислого газа. В нем обычно присутствуют примеси — сероводород, водород, кислород, азот. Образуется биогаз в результате анаэробного (бескислородного) разложения органики. Этот процесс в природе можно наблюдать на низинных болотах. Воздушные пузырьки, поднимающиеся со дна заболоченных участков, это и есть биогаз — метан и его производные.

Процесс получения биогаза можно разделить на два этапа. Вначале с помощью анаэробных бактерий из углеводов, белков и жиров образуется набор органических и неорганических веществ: кислоты (масляная, пропионовая, уксусная), водород, углекислота. На втором этапе (щелочном или метановом) подключаются метановые бактерии, которые разрушают органические кислоты с выделением метана, углекислого газа и небольшого количества водорода.

В зависимости от химического состава сырья при сбраживании выделяется от 5 до 15 кубометров газа на кубометр перерабатываемой органики.

Биогаз можно сжигать для отопления домов, сушки зерна, использовать в качестве горючего для автомобилей и тракторов. По своему составу биогаз мало отличается от природного газа. Кроме того, в процессе получения биогаза остаток брожения составляет примерно половину органических веществ. Его можно брикетировать и получать твердое топливо. Однако в хозяйственном отношении это не слишком рационально. Остаток брожения лучше использовать в качестве удобрения.

1 м 3 биогаза соответствует 1 л жидкого газа или 0,5 л высококачественного бензина. Получение биогаза даст технологическую выгоду — уничтожение отходов и энергетическую выгоду — дешевое горючее.

В Индии для получения биогаза используется около 1 млн дешевых и простых установок, а в Китае их свыше 7 млн. С точки зрения экологии биогаз имеет огромные преимущества, так как он может заменить дрова, а следовательно, сохранить лес и предотвратить опустынивание. В Европе ряд установок по очистке городских сточных вод удовлетворяет свои энергетические потребности за счет производимого ими биогаза.

Еще одним альтернативным источником энергии является сельскохозяйственное сырье: сахарный тростник, сахарная свекла, картофель, топинамбур и др. Из него методом ферментации в некоторых странах производят жидкое топливо, в частности этанол. Так, в Бразилии растительную массу преобразуют в этиловый спирт в таких количествах, что эта страна удовлетворяет большую часть своих потребностей в автомобильном топливе. Сырье, необходимое для организации массового производства этанола, — это в основном сахарный тростник. Сахарный тростник активно участвует в процессе фотосинтеза и производит на каждый гектар обрабатываемой площади больше энергии, чем другие культуры. В настоящее время его производство в Бразилии составляет 8,4 млн т, что соответствует 5,6 млн т бензина самого высокого качества. В США производится биохол — горючее для автомобилей, содержащее 10 % этанола, полученного из кукурузы.

Тепловую или электрическую энергию можно добывать за счет тепла земных глубин. Геотермальная энергетика экономически эффективна там, где горячие воды приближены к поверхности земной коры, — в районах активной вулканический деятельности с многочисленными гейзерами (Камчатка, Курильские острова, острова Японского архипелага). В отличие от других первичных источников энергии, носители геотермальной энергии невозможно транспортировать на расстояние, превышающее несколько километров. Поэтому земное тепло — типично локальный источник энергии, и работы, связанные с его эксплуатацией (разведка, подготовка буровых площадок, бурение, испытание скважин, забор жидкости, получение и передача энергии, подпитка, создание инфраструктур и т.д.), ведутся, как правило, на относительно небольшом участке с учетом местных условий.

Геотермальная энергия используется в широких масштабах в США, Мексике и на Филиппинах. Доля геотермальной энергии в энергетике Филиппин — 19 %, Мексики — 4 %, США (с учетом использования для отопления «напрямую», т.е. без переработки в электрическую энергию) — около 1 %. Суммарная мощность всех геоТЭС США превышает 2 млн кВт. Геотермальная энергия обеспечивает теплом столицу Исландии — Рейкьявик. Уже в 1943 г. там были пробурены 32 скважины на глубине от 440 до 2400 м, по которым к поверхности поднимается вода с температурой от 60 до 130 °С. Девять из этих скважин действуют по сей день. В России, на Камчатке, действует геоТЭС мощностью 11 МВт и строится еще одна мощностью 200 МВт.

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.

Энергия воды

С середины нашего века началось изучение энергетических ресурсов, относящихся к «возобновляемым источникам энергии».

Океан - гигантский аккумулятор и трансформатор солнечной энергии, преобразуемой в энергию течений, тепла и ветров. Энергия приливов - результат действия приливообразующих сил Луны и Солнца.

Энергетические ресурсы океана представляют большую ценность как возобновляемые и практически неисчерпаемые. Опыт эксплуатации уже действующих систем океанской энергетики показывает, что они не приносят какого-либо ощутимого ущерба океанской среде. При проектировании будущих систем океанской энергетики тщательно исследуется их воздействие на экологию.

Приливные электростанции

Уровень воды на морских побережьях в течение суток меняется три раза. Такие колебания особо заметны в заливах и устьях рек, впадающих в море. Древние греки объясняли колебание уровня воды волей повелителя морей Посейдона. В XVIII в. английский физик Исаак Ньютон разгадал тайну морских приливов и отливов: огромные массы воды в мировом океане приводятся в движение силами притяжения Луны и Солнца. Через каждые 6 ч 12 мин прилив сменяется отливом. Максимальная амплитуда приливов в разных местах нашей планеты неодинакова и составляет от 4 до 20 м.

Для устройства простейшей приливной электростанции (ПЭС) нужен бассейн - перекрытый плотиной залив или устье реки. В плотине имеются водопропускные отверстия и установлены турбины. Во время прилива вода поступает в бассейн. Когда уровни воды в бассейне и море сравняются, затворы водопропускных отверстий закрываются. С наступлением отлива уровень воды в море понижается, и, когда напор становится достаточным, турбины и соединенные с ним электрогенераторы начинают работать, а вода из бассейна постепенно уходит. Считается экономически целесообразным строительство ПЭС в районах с приливными колебаниями уровня моря не менее 4 м. Проектная мощность ПЭС зависит от характера прилива в районе строительства станции, от объема и площади приливного бассейна, от числа турбин, установленных в теле плотины…