Реферат по дисциплине «Основы геоглобалистики» на тему: “Глобальная энергетическая проблема ” (стр. 4 )

  В-пятых, продолжаются работы, начатые в свое время выдающимся отечественным физиком академиком , по созданию электрохимических генераторов или топливных элементов.

  Основным горючим в топливных элементах также служит водород, который пропускают через полимерные мембраны с катализатором. При этом происходит химическая реакция с кислородом воздуха, и водород превращается в воду, а химическая энергия его сгорания – в электрическую. Главные достоинства двигателя на топливных элементах – очень высокий КПД (65–70 % и более), что вдвое выше обычных двигателей. К его достоинствам относятся также удобство применения, нетребовательность к ремонту, бесшумность при работе.

  До недавнего времени топливные элементы конструировали только для специальных целей – например, для космических исследований. Но теперь работы по их более широкому применению ведутся во многих экономически развитых странах, среди которых первое место занимает Япония. По оценкам специалистов, их общая мощность в мире ныне измеряется уже миллионами киловатт. В Токио и Нью-Йорке построены электростанции, работающие на топливных элементах. А германский «Даймлер-Бенц» стал первым в мире автомобильным концерном, сумевшим создать действующий прототип машины с двигателем на топливных элементах.

  Наконец, в-шестых, речь должна идти о самом главном – об управляемом термоядерном синтезе (УТС).

  Тогда как атомная энергетика основана на реакции деления ядер, в основе термоядерной лежит обратный процесс слияния ядер изотопов водорода, в первую очередь дейтерия, а также трития. В этом случае при ядерном сжигании 1 кг дейтерия выделяется в 10 млн раз больше энергии, чем при сжигании 1 кг угля. Но чтобы термоядерная реакция началась, нужно разогреть плазму до температуры в 100 млн градусов (на поверхности Солнца она достигает «всего» 6 млн градусов). Если иметь в виду термоядерную или водородную бомбу, то люди уже научились ее (плазму) производить, но на стотысячную-миллионную долю секунды. Вот почему основные усилия направлены на то, чтобы удержать разогретую плазму, создав тем самым условия для управляемого термоядерного синтеза.

  Для этого используют установки разных типов, но наибольшее распространение получил предложенный академиками А. Сахаровым и И. Таммом в 1950-х гг. реактор «Токамак» (тороидальная камера в магнитном поле). На установке «Токамак-10» советским ученым удалось разогреть плазму сначала до 10, затем до 25 и 30 млн градусов. В Принстонском университете (США) ученые разогрели ее до 70 млн градусов. Пока все это – экспериментальные (демонстрационные) реакторы. Обычно отмечают и относительную безопасность термоядерного реактора для окружающей среды, что также служит важным аргументом. По словам -Лады, здесь «никаким Чернобылем не пахнет».

  Надо иметь в виду и то, что главный ресурс термоядерной энергетики – это ресурс дейтерия, содержащегося в водах Мирового океана в концентрации около 0,015 % (так называемая тяжелая вода). Согласно современным расчетам, при использовании этих ресурсов дейтерия потенциальная выработка электроэнергии могла бы составить 4,4 *1024 кВт*ч, что в пересчете на тепловой эквивалент примерно в 60 млн раз превышает современный уровень мирового энергопотребления. Следовательно, термоядерную энергию можно рассматривать как практически неисчерпаемую. Только в отличие от геотермальной, солнечной, приливной, ветровой она создается руками человека.

  Очень важно, что основные исследования по управляемому термоядерному синтезу проводятся в условиях постоянного обмена научной информацией между странами, при координации их Международным агентством по атомной энергии.

  В первую очередь они концентрируются вокруг проекта ИТЭР (Международный исследовательский термоядерный реактор), работа над которым началась еще в конце 70-е гг. и успешно продолжается, несмотря на выход из него США. Для сооружения ИТЭР уже выбрана площадка во Франции (Кадараш). Работа, начатая в 2007 г. продолжится по-видимому 8– 10 лет. Ожидается, что ИТЭР позволит разогреть плазму до температуры в 150 млн градусов и удерживать ее в таком состоянии в течение 500 секунд.

Рис. 1. Прогноз роста мирового энергопотребления до 2060 г.

  Существует много сценариев развития мировой энергетики на долгосрочную перспективу. По некоторым из них глобальное энергопотребление в середине XXI в. увеличится до 20 млрд т (в нефтяном эквиваленте), причем по объему этого потребления развивающиеся страны к этому времени обгонят (рис.1).  А к 2100 г. даже при среднем варианте глобальное энергопотребление может возрасти до 30 млрд. т (рис.2)

. 

Рис. 2. Прогноз роста мирового энергопотребления до 2100 г.

  Одновременно произойдут и важные структурные изменения: уменьшится доля ископаемых видов топлива и возрастет доля возобновляемых, в особенности, нетрадиционных возобновляемых источников энергии (НВИЭ) – таких как солнечная, ветровая, геотермальная и приливная. Все они принципиально отличаются от традиционных источников минерального топлива своей возобновляемостью и экономической эффективностью. Большие перспективы имеет и использование биотоплива, в особенности биоэтанола. Американские ученые-футурологи предполагают, что к 2010 г. альтернативные источники будут давать уже 10 % производимой в мире энергии, к 2016 г. КПД энергетических установок возрастет до 50 %, к 2017 г. начнется повсеместное использование топливных батарей, а с 2026 г. – коммерческое использование термоядерных реакторов.

2. Мировые энергетические рынки: состояние и перспективы

  Вектор развития и трансформации мирового рынка энергетики можно охарактеризовать как движение к регионализации энергетических рынков от общемирового энергетического рынка, что вызвано, в числе прочего, внедрением инновационных технологий добычи ресурсов. Нетрадиционные углеводороды (битумы, матричная нефть, биогаз, газогидраты и др.) более равномерно распределены по планете, чем традиционные. И хотя себестоимость добычи этих ресурсов выше, зато они, как правило, разрабатываются рядом с районами потребления при минимальных затратах на транспортировку и снимают проблему ресурсных ограничений. Энергетическое противостояние смещается в область новых технологий добычи и переработки сырья. В глобальном масштабе производство возобновляемого электричества по-прежнему осуществляется мощными генерирующими установками (мегаваттного класса и выше), принадлежащими крупным электроэнергетическим компаниям и инвесторам. Привлечение частных компаний к развитию возобновляемой энергетики в большинстве случаев происходит при значительной государственной поддержке в рамках проектов государственно-частного партнёрства.

  В глобальном масштабе производство возобновляемого электричества по-прежнему осуществляется мощными генерирующими установками (мегаваттного класса и выше), принадлежащими крупным электроэнергетическим компаниям и инвесторам. Привлечение частных компаний к развитию возобновляемой энергетики в большинстве случаев происходит при значительной государственной поддержке в рамках проектов государственно-частного партнёрства. Кроме того, развитию возобновляемых источников энергии (ВИЭ) способствует их экономичность. Например, приведённая стоимость производства энергии из ветра (без учёта субсидий) составляет в среднем 54,5 долл. за 1 МВт/ч. и солнца - 60 долл. за 1 МВт/ч., а при использовании газотурбинных источников - 84,5 долл. за 1 МВт/ч.1 Аналитики Программы ООН по окружающей среде отмечают положительный рост инвестиций в ВИЭ с 2011 года. Анализ изучения структуры инвестиций в альтернативную энергетику в мире показывает, что 21,2% приходится на европейские страны. Ввод новых энергетических мощностей в Европе в последнее время осуществляется только за счёт ВИЭ. Однако, европейский альтернативно-энергетический комплекс остаётся дотируемой сферой экономики и существенно зависит от государственной политики. В 2015 г. 173 страны мира проводили политику поддержки ВИЭ. Однако оценить практический вклад разных государств в развитие возобновляемой энергетики сложно, поскольку учтены даже те страны, в которых действует лишь одна политическая мера государственного или местного масштаба.

  Динамично растёт малая распределённая генерация, в первую очередь в развивающихся странах. Самым крупным в мире рынком индивидуального солнечного энергообеспечения является Бангладеш. Страна находится почти на экваторе. По данным ООН: Компания Infrastructure Development Company Limited (IDCOL) пропагандирует и распространяет в отдаленных сельских районах домашние солнечные энергосистемы (ДСЭ) при помощи Программы солнечной энергетики, финансовую поддержку которой оказывают Всемирный банк, Глобальный экологический фонд (ГЭФ), Банк развития KfW, Германское общество по международному сотрудничеству (GIZ), Азиатский банк развития и Исламский банк развития. IDCOL начала эту программу в январе 2003 г. и к июлю  2015 г. успешно профинансировала установку более 3,5 млн ДСЭ, вырабатывающих в целом около 150 МВт электроэнергии. Задачей IDCOL является профинансировать установку 6 млн ДСЭ к концу 2016 г.4 В таких странах, как Кения, Уганда, Танзания, Китай, Индия, Непал, Бразилия и Гайана наблюдается быстрое распространение маломасштабных систем на ВИЭ, включая минисети для энергоснабжения населения в отдалённых от централизованного энергоснабжения территориях.

  Современная возобновляемая энергетика обеспечивает около 8% конечного энергопотребления для отопления и охлаждения за счёт энергии биомассы и лишь в небольшой степени от солнечной тепловой и геотермальной энергии. Примерно 3/4 мирового потребления тепла обеспечивается органическим топливом. Хотя суммарная мощность и выработка тепла от ВИЭ продолжает расти, в 2015 г. в связи падением цен на нефть темпы роста снизились. Одновременно в Европе происходила широкая интеграция солнечной энергии в ряд систем централизованного отопления. Несмотря на заметный интерес к системам централизованного отопления, использование ВИЭ в них всё ещё довольно редко. Одна из целей устойчивого развития мира состоит в обеспечении всеобщего доступа к недорогим, надёжным и современным энергетическим услугам на основе возобновляемых источников энергии.