مشكلة الطاقة والمواد الخام. تقرير عن موضوع "مشكلة الطاقة في العالم وطرق حلها

مقدمة. الطاقة - مشاكل نمو الاستهلاك

أزمة طاقة - ظاهرة تحدث عندما يكون الطلب على الطاقة أعلى بكثير من العرض. قد تكمن أسبابه في مجال الخدمات اللوجستية أو السياسة أو الندرة المادية.

استهلاك الطاقة شرط أساسي لوجود البشرية. لطالما كان توافر الطاقة المتاحة للاستهلاك ضروريًا لتلبية احتياجات الإنسان وزيادة المدة وتحسين ظروف حياته.
تاريخ الحضارة هو تاريخ اختراع المزيد والمزيد من الطرق الجديدة لتحويل الطاقة ، وتطوير مصادرها الجديدة ، وفي النهاية زيادة في استهلاك الطاقة.
حدثت القفزة الأولى في نمو استهلاك الطاقة عندما تعلم الناس كيفية إشعال النار واستخدامها في الطهي وتدفئة منازلهم. خلال هذه الفترة ، كان الحطب والقوة العضلية للإنسان بمثابة مصادر للطاقة. ترتبط المرحلة المهمة التالية باختراع العجلة ، وإنشاء أدوات مختلفة ، وتطوير الحدادة. بحلول القرن الخامس عشر ، استهلك الإنسان في العصور الوسطى ، باستخدام حيوانات الجر والمياه وطاقة الرياح والحطب وكمية صغيرة من الفحم ، حوالي 10 أضعاف استهلاك الإنسان البدائي. حدثت زيادة ملحوظة بشكل خاص في استهلاك الطاقة العالمي على مدى المائتي عام الماضية منذ بداية العصر الصناعي - فقد زاد 30 مرة وفي عام 1998 وصل إلى 13.7 جيجا طن من الوقود المكافئ سنويًا. يستهلك رجل المجتمع الصناعي طاقة أكثر بمئة مرة من الإنسان البدائي.
الطاقة في العالم الحديث هي أساس تطوير الصناعات الأساسية التي تحدد تقدم الإنتاج الاجتماعي. في جميع البلدان الصناعية ، فاقت وتيرة تطور صناعة الطاقة وتيرة تطور الصناعات الأخرى.
في الوقت نفسه ، تعد الطاقة أحد مصادر الآثار الضارة على البيئة والبشر. يؤثر على الغلاف الجوي (استهلاك الأكسجين ، وانبعاثات الغازات والرطوبة والجسيمات) ، والغلاف المائي (استهلاك المياه ، وإنشاء خزانات صناعية ، وتصريف المياه الملوثة والمدفأة ، والنفايات السائلة) والغلاف الصخري (استهلاك الوقود الأحفوري ، وتغيير المناظر الطبيعية ، انبعاثات المواد السامة).
على الرغم من العوامل الملحوظة للتأثير السلبي للطاقة على البيئة ، فإن النمو في استهلاك الطاقة لم يسبب الكثير من القلق بين عامة الناس. استمر هذا حتى منتصف السبعينيات ، عندما وصل العديد من البيانات إلى أيدي المتخصصين ، مما يشير إلى وجود ضغط بشري قوي على النظام المناخي ، مما يشكل تهديدًا لكارثة عالمية مع زيادة غير منضبطة في استهلاك الطاقة. منذ ذلك الحين ، لم تجذب أي مشكلة علمية أخرى مثل مشكلة تغير المناخ في الوقت الحاضر ، وخاصة في المستقبل.
يُعتقد أن أحد الأسباب الرئيسية لهذا التغيير هو الطاقة. تُفهم الطاقة على أنها أي مجال من مجالات النشاط البشري المتعلقة بإنتاج واستهلاك الطاقة. يتم توفير جزء كبير من قطاع الطاقة من خلال استهلاك الطاقة المنبعثة من احتراق الوقود الأحفوري العضوي (النفط والفحم والغاز) ، والذي بدوره يؤدي إلى إطلاق كمية هائلة من الملوثات في الغلاف الجوي.
مثل هذا النهج التبسيطي يتسبب بالفعل في ضرر حقيقي للاقتصاد العالمي ويمكن أن يوجه ضربة قاتلة لاقتصادات تلك البلدان التي لم تصل بعد إلى مستوى استهلاك الطاقة اللازم لإكمال المرحلة الصناعية من التطور ، بما في ذلك روسيا. في الواقع ، كل شيء أكثر تعقيدًا. بالإضافة إلى ظاهرة الاحتباس الحراري ، المسؤولة جزئياً عن الطاقة ، يتأثر مناخ الكوكب بعدد من الأسباب الطبيعية ، من أهمها النشاط الشمسي ، والنشاط البركاني ، ومعايير مدار الأرض ، والتذبذبات الذاتية في الغلاف الجوي. -نظام المحيط. لا يمكن إجراء تحليل صحيح للمشكلة إلا مع الأخذ في الاعتبار جميع العوامل ، بينما ، بالطبع ، من الضروري توضيح السؤال عن كيفية تصرف استهلاك الطاقة العالمي في المستقبل القريب ، وما إذا كان يجب على البشرية حقًا وضع قيود ذاتية صارمة في الطاقة من أجل تجنب كارثة الاحتباس الحراري.

الاتجاهات الحديثة في تنمية الطاقة

التصنيف المقبول عمومًا يقسم مصادر الطاقة الأولية إلى تجاريو غير تجاري.
المصادر التجاريةتشمل الطاقة الصلبة (الفحم الصلب والبني ، والجفت ، والصخر الزيتي ، ورمال القطران) ، والوقود السائل (النفط والغاز المتكثف) ، والوقود الغازي (الغاز الطبيعي) والكهرباء الأولية (الكهرباء المولدة من الطاقة النووية ، والطاقة المائية ، والرياح ، والطاقة الحرارية الأرضية ، والطاقة الشمسية ، والمد والجزر ومحطات الأمواج).
إلى غير ربحيةتشمل جميع مصادر الطاقة الأخرى (الحطب ، والنفايات الزراعية والصناعية ، والقوة العضلية للماشية العاملة والبشر أنفسهم).
تعتمد صناعة الطاقة العالمية ككل خلال المرحلة الصناعية الكاملة لتطور المجتمع بشكل أساسي على موارد الطاقة التجارية (حوالي 90 ٪ من إجمالي استهلاك الطاقة). على الرغم من أنه تجدر الإشارة إلى أن هناك مجموعة كاملة من البلدان (المنطقة الاستوائية لأفريقيا وجنوب شرق آسيا) ، التي يدعم سكانها وجودها بشكل حصري تقريبًا بسبب مصادر الطاقة غير التجارية.
تشير التوقعات المختلفة لاستهلاك الطاقة استنادًا إلى البيانات الخاصة بالخمسين إلى الستين عامًا الماضية إلى أنه حتى عام 2025 تقريبًا ، من المتوقع أن يظل معدل النمو المعتدل الحالي لاستهلاك الطاقة العالمي - حوالي 1.5 ٪ سنويًا واستقرار الاستهلاك العالمي للفرد بحلول عام مستوى 2.3-2.4 طن من الوقود القياسي / (شخص - سنة). بعد عام 2030 ، من المتوقع أن ينخفض ​​متوسط ​​استهلاك الفرد من الطاقة في العالم ببطء بحلول عام 2100. وفي الوقت نفسه ، يُظهر إجمالي استهلاك الطاقة اتجاهًا واضحًا نحو الاستقرار بعد عام 2050 وحتى انخفاض طفيف في نهاية القرن.
أحد أهم العوامل التي تؤخذ في الاعتبار عند وضع التوقعات هو توافر الموارد لقطاع الطاقة العالمي على أساس احتراق الوقود الأحفوري.
في إطار التوقعات قيد النظر ، والتي تنتمي بالتأكيد إلى فئة معتدلة من حيث أرقام استهلاك الطاقة المطلقة ، لن يحدث استنفاد احتياطيات النفط والغاز القابلة للاستخراج القابلة للاستخراج قبل عام 2050 ، مع الأخذ في الاعتبار الموارد الإضافية القابلة للاسترداد - بعد 2100. إذا أخذنا في الاعتبار أن الاستكشاف القابل للاستخراج نظرًا لأن احتياطيات الفحم تتجاوز بشكل كبير احتياطيات النفط والغاز مجتمعة ، يمكن القول بأن تطوير الطاقة العالمية في هذا السيناريو يتم توفيره من حيث الموارد لأكثر من قرن.
ومع ذلك ، هناك تباين كبير في نتائج الإسقاطات ، كما يمكن رؤيته بوضوح من مجموعة مختارة من بعض بيانات الإسقاطات المنشورة لعام 2000.

الجدول 5.7. بعض التوقعات الحديثة لاستهلاك الطاقة لعام 2000
(بين قوسين - سنة النشر) وقيمته الفعلية.

مركز النذير	استهلاك الطاقة الأولية ، تحويل الوقود جي تي / السنة
معهد الطاقة الذرية (1987)	21.2
المعهد الدولي لتحليل النظم التطبيقية (IIASA) (1981)	20.0
الوكالة الدولية للطاقة الذرية (1981)	18.7
مختبر أوك ريدج الوطني (ORNL) (1985)	18.3
اللجنة الدولية لتغير المناخ (IPCC) (1992)	15.9
مختبر مشاكل الطاقة العالمية IBRAE RAN-MPEI (1990)	14.5
استهلاك الطاقة الفعلي	14.3

يرتبط الانخفاض في استهلاك الطاقة فيما يتعلق بالتوقعات ، أولاً وقبل كل شيء ، بالانتقال من الطرق الواسعة لتطويرها ، من نشوة الطاقة إلى سياسة الطاقة القائمة على زيادة كفاءة استخدام الطاقة وتوفيرها الشامل.
كان سبب هذه التغييرات أزمات الطاقة في عامي 1973 و 1979 ، واستقرار احتياطيات الوقود الأحفوري وارتفاع تكلفة إنتاجها ، والرغبة في تقليل اعتماد الاقتصاد على عدم الاستقرار السياسي في العالم بسبب تصدير المواد الخام. مصادر الطاقة.

في الوقت نفسه ، عند الحديث عن استهلاك الطاقة ، تجدر الإشارة إلى أنه في مجتمع ما بعد الصناعة ، يجب حل مهمة أساسية واحدة - استقرار السكان.
المجتمع الحديث الذي لم يحل هذه المشكلة ، أو على الأقل لا يبذل جهودًا لحلها ، لا يمكن اعتباره إما متطورًا أو متحضرًا ، لأنه من الواضح تمامًا أن النمو السكاني غير المنضبط يشكل تهديدًا مباشرًا لوجود الإنسان باعتباره كائنًا بيولوجيًا. محيط.
وهكذا ، يُظهر استهلاك الفرد من الطاقة في العالم اتجاهًا واضحًا نحو الاستقرار. وتجدر الإشارة إلى أن هذه العملية بدأت منذ حوالي 25 عامًا ؛ قبل فترة طويلة من التكهنات الحالية بشأن تغير المناخ العالمي. تُلاحظ هذه الظاهرة في زمن السلم لأول مرة منذ بداية العصر الصناعي وترتبط بانتقال جماعي لبلدان العالم إلى مرحلة جديدة من التطور ما بعد الصناعي ، حيث يظل استهلاك الطاقة للفرد ثابتًا. . هذه الحقيقة مهمة للغاية لأنه نتيجة لذلك ، فإن إجمالي استهلاك الطاقة في العالم ينمو بوتيرة أبطأ بكثير. يمكن القول إن التباطؤ الخطير في نمو استهلاك الطاقة كان بمثابة مفاجأة كاملة للعديد من المتنبئين.

أزمة الوقود

في أوائل السبعينيات ، كانت صفحات الصحف مليئة بالعناوين الرئيسية: "أزمة الطاقة!" ​​، "إلى متى سيستمر الوقود الأحفوري؟" ، "نهاية عصر النفط!" ، "فوضى الطاقة". لا يزال هذا الموضوع يحظى باهتمام كبير لجميع وسائل الإعلام - المطبوعة والراديو والتلفزيون. هناك أسباب لهذا القلق ، لأن البشرية دخلت فترة صعبة وطويلة نوعًا ما من التطور القوي لقاعدة طاقتها. لذلك ، يجب عليك ببساطة إنفاق احتياطيات الوقود المعروفة اليوم ، ولكن توسيع نطاق الطاقة الحديثة ، والبحث عن مصادر جديدة للطاقة وتطوير طرق جديدة لتحويلها.
هناك الكثير من التوقعات حول تطوير قطاع الطاقة. ومع ذلك ، على الرغم من تحسين منهجية التنبؤ ، فإن المتنبئين ليسوا في مأمن من الحسابات الخاطئة وليس لديهم أسباب كافية للحديث عن الدقة العالية لتوقعاتهم لفترة زمنية مثل 40-50 سنة.
سوف يسعى الإنسان دائمًا للحصول على أكبر قدر ممكن من الطاقة للمضي قدمًا. لن يمنحه العلم والتكنولوجيا دائمًا الفرصة لتلقي الطاقة بأحجام متزايدة باستمرار. ولكن ، كما يظهر التطور التاريخي ، ستظهر بالتأكيد اكتشافات واختراعات جديدة ستساعد البشرية على تحقيق قفزة نوعية أخرى والانتقال إلى إنجازات جديدة بخطوات أسرع.
ومع ذلك ، لا تزال مشكلة استنفاد موارد الطاقة قائمة. تنقسم الموارد التي تمتلكها الأرض إلى قابل للتجديدو غير متجدد. الأول يشمل الطاقة الشمسية ، حرارة الأرض ، مد وجزر المحيطات ، الغابات. لن يتوقفوا عن الوجود ما دامت هناك الشمس والأرض. لا يتم تجديد الموارد غير المتجددة بطبيعتها أو يتم تجديدها ببطء شديد ، وببطء أكبر بكثير مما يستخدمه الناس. من الصعب تحديد معدل تكوين أنواع الوقود الأحفوري الجديدة في أحشاء الأرض. في هذا الصدد ، تختلف تقديرات الخبراء بأكثر من 50 مرة. حتى لو قبلنا العدد الأكبر ، فإن معدل تراكم الوقود في أحشاء الأرض يظل ألف مرة أقل من معدل استهلاكه. لذلك ، تسمى هذه الموارد غير المتجددة. ويرد تقدير المخزونات والاستهلاك من أهمها في الجدول 5.44. يوضح الجدول الموارد المحتملة. لذلك ، مع أساليب التعدين الحالية ، يمكن استخراج نصفها فقط. النصف الآخر لا يزال تحت الأرض. لهذا السبب ، يُقال في كثير من الأحيان أن الاحتياطيات ستستمر لمدة 120-160 عامًا. مصدر قلق كبير هو الاستنفاد الوشيك للنفط والغاز ، والذي (وفقًا للتقديرات المتاحة) قد يستمر فقط 40-60 عامًا.
الفحم له مشاكله الخاصة. أولاً ، النقل هو عمل كثيف العمالة. لذلك في روسيا ، يتركز احتياطي الفحم الرئيسي في الشرق ، والاستهلاك الرئيسي في الجزء الأوروبي. ثانيًا ، يرتبط الاستخدام الواسع النطاق للفحم بتلوث الهواء الخطير وانسداد سطح الأرض وتدهور التربة.
في البلدان المختلفة ، تبدو كل هذه المشاكل مختلفة ، لكن حلها كان تقريبًا في كل مكان - إدخال الطاقة النووية. كما أن مخزون المواد الخام لليورانيوم محدود. ومع ذلك ، إذا تحدثنا عن مفاعلات حرارية حديثة من نوع محسّن ، فبالنسبة لها ، نظرًا لكفاءتها العالية نسبيًا ، يمكن اعتبار احتياطيات اليورانيوم غير محدودة عمليًا.
فلماذا يتحدث الناس عن أزمة الطاقة ، إذا كان الوقود الأحفوري فقط هو ما يكفي لمئات السنين ، والوقود النووي لا يزال في الاحتياط؟
السؤال كله كم يكلف. ومن هذا الجانب بالتحديد ، ينبغي النظر في مشكلة الطاقة الآن. لا يزال هناك الكثير في أحشاء الأرض ، لكن استخراج النفط والغاز أصبح أكثر تكلفة ، حيث يجب استخراج هذه الطاقة من الطبقات الأفقر والأعمق ، من الرواسب الفقيرة المكتشفة في المناطق غير المأهولة ، والتي يصعب- تصل إلى المناطق. يجب استثمار الكثير ويجب استثماره من أجل تقليل التأثير البيئي لاستخدام الوقود الأحفوري.
يتم إدخال الطاقة النووية الآن ليس لأنها تزود بالوقود لعدة قرون وآلاف السنين ، ولكن بسبب توفير النفط والغاز وتوفيرهما للمستقبل ، وأيضًا بسبب إمكانية تقليل العبء البيئي على المحيط الحيوي.
هناك رأي واسع الانتشار مفاده أن تكلفة الكهرباء من محطات الطاقة النووية أقل بكثير من تكلفة الطاقة المولدة من الفحم ، وفي المستقبل ، محطات الطاقة التي تعمل بالغاز. لكن إذا نظرنا بالتفصيل في الدورة الكاملة للطاقة النووية (من استخراج المواد الخام إلى التخلص من النفايات المشعة ، بما في ذلك تكاليف بناء محطة الطاقة النووية نفسها) ، فعندئذٍ تشغيل محطة للطاقة النووية وضمان سلامتها تبين أن التشغيل يكون أكثر تكلفة من إنشاء وتشغيل مصنع بنفس السعة باستخدام مصادر الطاقة التقليدية (الجدول 1) 5.8 في مثال الاقتصاد الأمريكي).
لذلك ، في السنوات الأخيرة ، تم التركيز بشكل متزايد على التقنيات الموفرة للطاقة و مصادر متجددة- مثل الشمس والرياح وعنصر الماء. على سبيل المثال ، حدد الاتحاد الأوروبي هدفًا للفترة 2010-2012. الحصول على 22٪ من الكهرباء من مصادر جديدة. في ألمانيا ، على سبيل المثال ، في عام 2001 ، كانت الطاقة المنتجة من مصادر متجددة تعادل تشغيل 8 مفاعلات نووية ، أو 3.5٪ من إجمالي الكهرباء.
يعتقد الكثيرون أن المستقبل ينتمي إلى هدايا الشمس. ومع ذلك ، اتضح أن كل شيء ليس بهذه البساطة هنا. حتى الآن ، فإن تكلفة توليد الكهرباء باستخدام الخلايا الكهروضوئية الشمسية الحديثة أعلى 100 مرة من تكلفة محطات الطاقة التقليدية. ومع ذلك ، فإن الخبراء المشاركين في الخلايا الشمسية مليئون بالتفاؤل ، ويعتقدون أنهم سيكونون قادرين على تقليل تكلفتها بشكل كبير.
تختلف وجهات نظر الخبراء حول آفاق استخدام مصادر الطاقة المتجددة اختلافًا كبيرًا. توصلت لجنة العلوم والتكنولوجيا في إنجلترا ، بعد تحليل احتمالات تطوير مصادر الطاقة هذه ، إلى استنتاج مفاده أن استخدامها على أساس التقنيات الحديثة لا يزال على الأقل مرتين إلى أربع مرات أكثر تكلفة من بناء محطة نووية. محطة توليد الكهرباء. متخصصون آخرون في التنبؤات المختلفة لمصادر الطاقة هذه موجودون بالفعل في المستقبل القريب. على ما يبدو ، سيتم استخدام مصادر الطاقة المتجددة في مناطق معينة من العالم مواتية لاستخدامها الفعال والاقتصادي ، ولكن على نطاق محدود للغاية. يجب توفير الحصة الرئيسية من احتياجات الطاقة للبشرية عن طريق الفحم والطاقة النووية. صحيح أنه لا يوجد حتى الآن مصدر رخيص من شأنه أن يسمح بتنمية الطاقة بوتيرة سريعة كما نرغب.
الآن وللعقود القادمة ، الأكثر مصدر الطاقة الخضراءالنووية ، ومن ثم ، ربما ، يتم تقديم المحررات النووية الحرارية. بمساعدتهم ، سوف يتحرك الشخص على طول خطوات التقدم التكنولوجي. سوف يتحرك حتى يكتشف ويتقن بعض مصادر الطاقة الأخرى الأكثر ملاءمة.
يوضح الشكل 5.38 رسمًا بيانيًا لنمو قدرة محطات الطاقة النووية في العالم وإنتاج الكهرباء للفترة 1971-2006 ، وتوقعات التنمية لعام 2020-30. بالإضافة إلى ما ذكر أعلاه ، أعلنت عدة بلدان نامية ، مثل إندونيسيا ومصر والأردن وفييت نام ، عن إمكانية بناء محطات للطاقة النووية واتخذت الخطوات الأولى في هذا الاتجاه.

الشكل 5.38. ( الطابق العلوي) نمو قدرة محطات الطاقة النووية وتوليد الكهرباء في الفترة 1971-2006. وفقًا للوكالة الدولية للطاقة الذرية وتوقعاتها لقدرة NPP في العالم للفترة 2020-2030. ( في الأسفل)

أزمة الطاقة البيئية

الأشكال الرئيسية لتأثير الطاقة على البيئة هي كما يلي.

1. لا تزال البشرية تتلقى الجزء الأكبر من الطاقة من خلال استخدام الموارد غير المتجددة.
2. تلوث الغلاف الجوي: التأثير الحراري ، انبعاث الغازات والغبار في الغلاف الجوي.
3. 3. تلوث الغلاف المائي: التلوث الحراري للمسطحات المائية ، وانبعاثات الملوثات.
4. تلوث الغلاف الصخري أثناء نقل ناقلات الطاقة والتخلص من النفايات ، في إنتاج الطاقة.
5. التلوث بالمخلفات المشعة والسامة للبيئة.
6. التغييرات في النظام الهيدرولوجي للأنهار بواسطة محطات الطاقة الكهرومائية ، ونتيجة لذلك ، التلوث في أراضي المجرى المائي.
7. إنشاء المجالات الكهرومغناطيسية حول خطوط الكهرباء.

للتوفيق بين النمو المستمر لاستهلاك الطاقة ونمو العواقب السلبية للطاقة ، بالنظر إلى أن البشرية في المستقبل القريب ستشعر بالحد من الوقود الأحفوري ، يبدو ذلك ممكنًا بطريقتين.

1. توفير الطاقة.يمكن إثبات درجة تأثير التقدم على اقتصاد الطاقة من خلال مثال المحركات البخارية. كما تعلم ، كانت كفاءة المحركات البخارية قبل 100 عام 3-5٪ ، والآن تصل إلى 40٪. كما أظهر تطور الاقتصاد العالمي بعد أزمة الطاقة في السبعينيات أن البشرية لديها احتياطيات كبيرة على هذا الطريق. أدى استخدام التقنيات الموفرة للموارد والموفرة للطاقة إلى انخفاض كبير في استهلاك الوقود والمواد في البلدان المتقدمة.
2. تطوير أنواع أنظف بيئياً من إنتاج الطاقة.ربما يمكن حل المشكلة عن طريق تطوير أنواع بديلة من الطاقة ، خاصة تلك التي تعتمد على استخدام المصادر المتجددة. ومع ذلك ، فإن طرق تنفيذ هذا الاتجاه ليست واضحة بعد. حتى الآن ، لا توفر المصادر المتجددة أكثر من 20٪ من استهلاك الطاقة العالمي. تأتي المساهمة الرئيسية في هذه النسبة البالغة 20٪ من استخدام الكتلة الحيوية والطاقة الكهرومائية.

المشاكل البيئية للطاقة التقليدية

يتم إنتاج الجزء الأكبر من الكهرباء حاليًا في محطات الطاقة الحرارية (TPPs). وعادة ما يتبع ذلك محطات الطاقة الكهرومائية (HPPs) ومحطات الطاقة النووية (NPPs).

معهد موسكو الحكومي للعلاقات الدولية (U) وزارة الخارجية الروسية

قسم الاقتصاد العالمي

تقرير عن الموضوع
"مشكلة الطاقة في العالم وسبل حلها"

أنجز العمل: طالب من المجموعة الحادية عشرة من السنة الأولى بكلية العلاقات الاقتصادية الدولية
بادوفسكايا ن.
المستشار العلمي: Komissarova Zh.N.

موسكو
2006

كل أشكال الحياة على الأرض تحتاج إلى طاقة. ومع ذلك ، بالإضافة إلى الاحتياجات البيولوجية ، أصبحت البشرية ، مع التقدم التكنولوجي والعلمي ، معرضة بشكل متزايد لاعتمادها على مصادر الطاقة الخارجية اللازمة لإنتاج العديد من السلع والخدمات. بشكل عام ، تسمح الطاقة للناس بالعيش في ظروف طبيعية متغيرة وظروف كثافة سكانية عالية ، فضلاً عن التحكم في بيئتهم. يتم تحديد درجة هذا الاعتماد من خلال العديد من العوامل - بدءًا من المناخ وانتهاءًا بمستوى المعيشة في بلد معين: من الواضح أنه كلما كان الشخص أكثر راحة في حياته ، زاد اعتماده على مصادر الطاقة الخارجية. ومن الأمثلة الممتازة على مثل هذا الاعتماد الولايات المتحدة ، على حد تعبير جورج دبليو بوش ، "المدمن على النفط المستورد من المناطق غير المستقرة" ، وأوروبا ، التي تعتمد بالكامل تقريبًا على إمدادات الطاقة من روسيا. تتيح التقنيات الجديدة تقليل استهلاك الطاقة وجعلها أكثر ذكاءً وتطبيق أحدث الطرق وأكثرها فعالية للحصول عليها واستخدامها.

لكن استهلاك أي من موارد الطاقة له حدود للتوسع الكمي. بحلول بداية القرن الحادي والعشرين ، وصلت العديد من القضايا بالفعل إلى أهمية عالمية. إن احتياطيات أحد أهم المعادن - النفط والغاز - تقترب تدريجياً من النضوب ، وقد ينضب بالكامل في القرن المقبل.

ترتبط ارتباطا وثيقا بقطاع الطاقة أيضا المشاكل البيئية المرتبطة بتأثير استخدام ومعالجة الطاقة ، وتغير المناخ في المقام الأول.

وبالتالي ، فإن قضية الطاقة هي أحد أهم مكونات مشكلة أعمق وأشمل لمزيد من التطور للبشرية ، وبالتالي فإن مهمة إيجاد مصادر جديدة مربحة للطاقة اليوم أكثر من أي وقت مضى أمر ملح.

حاليًا ، تعتبر موارد الوقود هي الأكثر استخدامًا لإنتاج الطاقة ، حيث توفر حوالي 75 ٪ من إنتاجها العالمي. يمكن قول الكثير عن مزاياها - فهي موضعية نسبيًا في عدة مجموعات كبيرة ، وسهلة التشغيل وتوفر طاقة رخيصة (ما لم يؤخذ الضرر الناتج عن التلوث في الاعتبار بالطبع). ولكن هناك أيضًا عدد من العيوب الخطيرة:

سوف يتم استنفاد مخزون موارد الوقود في المستقبل المنظور ، مما سيؤدي إلى عواقب وخيمة على الدول التي تعتمد عليها.

يصبح التعدين أكثر صعوبة وتكلفة وخطورة لأننا نستخدم أحواض السباحة التي يمكن الوصول إليها بسهولة.

أدى الاعتماد على النفط إلى الاحتكار الفعلي والحروب وزعزعة الاستقرار الاجتماعي والسياسي.

يتسبب التعدين في مشاكل بيئية خطيرة.

أحد المجالات الواعدة للطاقة هي الطاقة النووية.

في محطات الطاقة النووية ، يتم توليد الكهرباء أثناء تفاعلات الانشطار النووي ، والتي يصاحبها إطلاق ضخم للطاقة عند حرق كمية صغيرة نسبيًا من الوقود. عند هذا المستوى من الاستهلاك ، ستكون رواسب اليورانيوم المستكشفة كافية لأكثر من 5،000،000،000 سنة - خلال هذا الوقت ، حتى شمسنا سيكون لديها وقت لتحترق.

إن احتمال وقوع كوارث وحوادث في محطات الطاقة النووية يعوق إلى حد ما تطوير هذه الصناعة ، مما يتسبب في عدم ثقة الجمهور في الطاقة النووية. ومع ذلك ، من منظور تاريخي ، تسببت الحوادث في محطات الطاقة الحرارية والكهرومائية في وفاة عدد أكبر بكثير من الناس ، ناهيك عن الأضرار البيئية.

الاندماج النووي هو طريقة أخرى للحصول على الطاقة التي أثارت أذهان العلماء لأكثر من عقد. يطلق الاندماج النووي طاقة أكثر من الانشطار بمئات المرات ، وسيستمر احتياطي الوقود لمثل هذه المفاعلات لعدة مليارات من السنين. ومع ذلك ، لم تتم السيطرة على مثل هذا التفاعل بعد ، ومن المتوقع ألا يتجاوز ظهور أول مثل هذه التركيبات قبل عام 2050.

قد يكون أحد البدائل لهذه الأنواع من موارد الطاقة هو المصادر المتجددة: الطاقة المائية وطاقة الرياح وطاقة المد والجزر والطاقة الشمسية وطاقة حرارة الأرض والطاقة الحرارية لمياه المحيطات والطاقة الحيوية.

قبل الثورة الصناعية ، كانت الموارد المتجددة هي المصدر الرئيسي للطاقة. لا يزال الوقود الحيوي الصلب ، مثل الخشب ، مهمًا للفقراء في البلدان النامية.

الكتلة الحيوية (احتراق المواد العضوية لتوليد الطاقة) ، والوقود الحيوي (معالجة المواد الحيوية لإنتاج الإيثانول) والغاز الحيوي (المعالجة اللاهوائية للنفايات البيولوجية) هي مصادر أخرى للطاقة المتجددة لا ينبغي استبعادها. لا يمكنهم توفير إنتاج الطاقة على نطاق عالمي ، لكنهم قادرون على توليد ما يصل إلى 10 ميجاوات / ساعة. بالإضافة إلى ذلك ، يمكنهم تغطية تكاليف التخلص من النفايات الحيوية.

الطاقة المائية هي مصدر الطاقة المتجددة الوحيد المستخدم اليوم ، حيث توفر حصة كبيرة من إنتاج الطاقة في العالم. تم الكشف عن إمكانات الطاقة الكهرومائية بشكل ضئيل ؛ على المدى الطويل ، سيزداد حجم الطاقة المستلمة بمقدار 9-12 مرة. ومع ذلك ، فإن الاضطرابات البيئية المصاحبة تعرقل بناء السدود الجديدة. في هذا الصدد ، هناك اهتمام متزايد بالمشاريع المائية الصغيرة التي تتجنب العديد من مشاكل السدود الكبيرة.

يمكن للألواح الشمسية اليوم تحويل حوالي 20٪ من الطاقة الشمسية الواردة إلى كهرباء. ومع ذلك ، إذا تم إنشاء "مجمعات ضوئية" خاصة وتشغل ما لا يقل عن 1٪ من الأراضي المستخدمة للأراضي الزراعية ، فيمكن أن يغطي ذلك كل استهلاك الطاقة الحديث. علاوة على ذلك ، فإن أداء مثل هذا المجمع الشمسي يكون من 50 إلى 100 مرة أكبر من أداء متوسط ​​محطة الطاقة الكهرومائية. يمكن أيضًا تركيب البطاريات الشمسية على السطح الحر للبنى التحتية الصناعية القائمة ، مما يؤدي إلى تجنب سحب الأرض من مناطق الحدائق والمحاصيل. تدير الحكومة الألمانية حاليًا برنامجًا مشابهًا تراقبه دول أخرى باهتمام.

بفضل البحث ، كان من الممكن معرفة أن مزارع الطحالب يمكنها التقاط ما يصل إلى 10 ٪ من مجمعات الطاقة الشمسية الحرارية - ما يصل إلى 80 ٪ من الطاقة الشمسية ، والتي يمكن استخدامها بعد ذلك لأغراض مختلفة.

طاقة الرياح هي واحدة من أرخص مصادر الطاقة المتجددة اليوم. يحتمل أنه يمكن أن يوفر خمسة أضعاف الطاقة المستهلكة في العالم اليوم ، أو 40 مرة تغطي الحاجة إلى الكهرباء. للقيام بذلك ، سيكون من الضروري احتلال 13٪ من الأرض بأكملها بمحطات طاقة الرياح ، أي المناطق التي تكون فيها حركات الكتل الهوائية قوية بشكل خاص.

تكون سرعة الرياح في البحر أسرع بنحو 90٪ من سرعة الرياح على الأرض ، مما يعني أن توربينات الرياح البحرية يمكن أن تولد طاقة أكبر بكثير.

هذه الطريقة في الحصول على الطاقة سيكون لها أيضًا تأثير على البيئة ، مما يخفف من تأثير الاحتباس الحراري.

تعد الطاقة الحرارية الجوفية ، والطاقة الحرارية للمحيطات ، وطاقة موجات المد والجزر هي المصادر المتجددة الوحيدة التي لا تعتمد على الشمس ، ولكنها "مركزة" في مناطق معينة. يمكن أن توفر كل طاقة المد والجزر المتاحة حوالي ربع استهلاك الطاقة الحالي. حاليا ، هناك مشاريع واسعة النطاق لإنشاء محطات طاقة المد والجزر.

تمتلك الطاقة الحرارية الأرضية إمكانات هائلة إذا أخذنا في الاعتبار كل الحرارة المحتبسة داخل الأرض ، على الرغم من أن الحرارة المتسربة إلى السطح هي 1/20.000 من الطاقة التي نتلقاها من الشمس ، أو حوالي 2-3 أضعاف الطاقة الموجودة في الأرض. المد والجزر.

في هذه المرحلة ، المستهلكان الرئيسيان للطاقة الحرارية الأرضية هما أيسلندا ونيوزيلندا ، على الرغم من أن العديد من البلدان لديها خطط لهذا النوع من التنمية.

لا تخلو أنواع موارد الطاقة المدروسة بأي حال من أوجه القصور.

يعد تطبيق معظم التقنيات المرتبطة باستخدام الموارد المتجددة مكلفًا ، وغالبًا ما يكون موقع هذه المحطات غير مريح للغاية ، مما يجعل هذه المصادر في النهاية غير مربحة ولا يمكن للمستهلك الوصول إليها. من ناحية أخرى ، تسمح العديد من المصادر بإنشاء صناعات صغيرة تقع على مقربة من مستهلك الطاقة ، مثل الألواح الشمسية.

مشكلة أخرى هي التأثير السلبي على البيئة. على سبيل المثال ، يساهم بناء السدود ، بشكل غريب بما فيه الكفاية ، في ظاهرة الاحتباس الحراري - المواد العضوية المتحللة للمناطق المغمورة تطلق ثاني أكسيد الكربون. بشكل عام ، يعاني النظام البيئي للنهر المسدود بأكمله.

بالإضافة إلى موارد الطاقة الحرارية الأرضية والطاقة الكهرومائية ، المحددة محليًا ، غالبًا ما تكون مصادر الطاقة البديلة الأخرى أكثر تكلفة وغير ملائمة للاستخدام من الوقود الأحفوري التقليدي. ربما تظل المنطقة الوحيدة لتطبيقها هي المناطق النائية ذات البنية التحتية غير المطورة ، حيث يكون بناء محطات الرياح ومحطات أخرى أرخص من نقل الوقود عن طريق البحر أو البر ، وكذلك المناطق المتخلفة من الأرض.

طريقة أخرى لحل مشكلة الطاقة هي التكثيف. تستفيد التقنيات الجديدة بشكل أفضل من الطاقة المتاحة ، مما يجعل المعدات أكثر كفاءة ، مثل مصابيح الفلورسنت الأكثر كفاءة والمحركات ومواد العزل. يمكن استخدام الحرارة المهدرة في البيئة عن طريق المبادلات الحرارية لتسخين المياه والتدفئة المركزية للمباني.

يمكن أن تعمل محطات الطاقة الحالية بشكل أكثر إنتاجية بأقل تكلفة وتغيير بفضل التقنيات الجديدة. يمكن جعل محطات الطاقة الجديدة أكثر كفاءة باستخدام تقنيات مثل "التوليد المشترك للطاقة". قد تشمل الحلول المعمارية الجديدة استخدام مجمعات الطاقة الشمسية. تحل مصابيح LED تدريجياً محل مصابيح الإضاءة الكهربائية القديمة. وبطبيعة الحال ، لا توفر أي من هذه الطرق تقنية حركة دائمة ، ويتم دائمًا إنفاق جزء من الطاقة "للتدفئة".

في المستقبل البعيد ، يمكن جلب عدد كبير من مصادر الطاقة الجديدة لاستكشاف الفضاء ، على الرغم من أنها ليست ذات صلة بحل مشاكل الطاقة اليوم.

على المدى القصير ، يمكننا توفير الطاقة الشمسية للمحطات المدارية التي تجمع طاقة الشمس 24 ساعة في اليوم وتنقلها إلى الأرض عبر الموجات الدقيقة. ستجعل الأبحاث الأساسية في هذا المجال من الممكن في المستقبل جعل هذا النوع من إنتاج الطاقة فعالاً من حيث التكلفة وتنافسيًا مقارنةً بالمصادر الأرضية.

يمكن نظريًا استخراج الوقود النووي من الكويكبات ، لكن العقبات التقنية التي تعترض حفر الكويكبات يصعب التغلب عليها أكثر من تلك المرتبطة باستغلال الاحتياطيات الهائلة من اليورانيوم 238 على الأرض.

الاحتمال الآخر المثير للاهتمام هو استخراج نظير الهليوم 3 ، الذي يتعذر الوصول إليه على سطح القمر. يمكن استخدام هذا النوع من الوقود في نوع خاص من تفاعلات الانشطار التي لها مزايا على انشطار اليورانيوم التقليدي.

حسنًا ، في المستقبل البعيد جدًا ، سيكون للإنسانية ، بعد أن أتقنت الفضاء ، خيارًا كبيرًا من موارد الطاقة. وبعد ذلك ، على الأرجح ، ستكون قادرة على استخدام الإمكانات الهائلة للثقوب السوداء ، وهي الإمكانية التي يفكر العلماء بالفعل في إمكانية حدوثها.

على أي حال ، سيواجه تطوير صناعة الطاقة مزيدًا من الصعوبات: تزايد عدد السكان ، وتلبية متطلبات مستوى معيشي أعلى ، والطلب على الإنتاج الأنظف ، واستنزاف المعادن. من أجل تجنب أزمات الطاقة ، عليك أن تتذكر ما يلي:

حل مشكلة الطاقة مستحيل دون إيلاء اهتمام وثيق للجانب البيئي ؛

فقط النهج المتكامل ، الذي يوفر استخدامًا أكثر كفاءة لكل من المصادر المعروفة والبديلة على حد سواء ، سوف يلبي حاجة البشرية إلى الكهرباء ؛

إن تطوير وتنفيذ التقنيات الجديدة سيفتح الوصول إلى مصادر طاقة جديدة لا يمكن الوصول إليها حاليًا.

في الختام ، أود أن أستشهد بكلمات وزير الطاقة الأمريكية ، صموئيل بودمان: "اليوم ، يحتاج الاقتصاد العالمي إلى النفط من أجل التنمية. نحن بحاجة إلى طرق لتحقيق نموها الذي يقلل من اعتمادنا على الوقود الأحفوري ويوسع استخدام مصادر طاقة أنظف وأكثر موثوقية. باختصار ، نحن بحاجة إلى التنوع. لن يكون أرخص أو أسهل ، لكنه ضروري. في الواقع ، كل شيء يعتمد عليه. لذلك نحن فقط بحاجة إلى توفيره ".

يخطط

1 المقدمة

2) مشكلة الطاقة في العالم

3) طرق حل مشكلة المواد الخام والطاقة

4) مصادر الطاقة البديلة

5. الخلاصة

6) الأدب

مقدمة

في الوقت الحاضر ، أصبحت مشاكل البيئة الطبيعية وتكاثرها ، والاحتياطيات المحدودة من الموارد العضوية والمعدنية ذات أهمية متزايدة. ترتبط هذه المشكلة العالمية ، أولاً وقبل كل شيء ، بالحد من أهم الموارد العضوية والمعدنية على كوكب الأرض. يحذر العلماء من احتمال نضوب احتياطيات النفط والغاز المعروفة والقابلة للاستغلال ، فضلاً عن استنفاد الموارد الهامة الأخرى: الحديد وخام النحاس والنيكل والمنغنيز والألمنيوم والكروم ، إلخ.

هناك بالفعل عدد من القيود الطبيعية في العالم. لذلك ، إذا أخذنا تقديرًا لكمية الوقود في ثلاث فئات: مستكشفة ، محتملة ، محتملة ، فإن الفحم سوف يستمر لمدة 600 عام ، والنفط - مقابل 90 ، والغاز الطبيعي - مقابل 50 يورانيوم - لمدة 27 عامًا. بمعنى آخر ، سيتم حرق جميع أنواع الوقود في جميع الفئات خلال 800 عام. من المفترض أنه بحلول عام 2010 سيزداد الطلب على المواد الخام المعدنية في العالم 3 مرات مقارنة بمستوى اليوم. الآن بالفعل ، في عدد من البلدان ، تم وضع الودائع الغنية حتى النهاية أو على وشك النضوب. لوحظ وضع مماثل بالنسبة للمعادن الأخرى. إذا نما إنتاج الطاقة بوتيرة متزايدة ، فسيتم استخدام جميع أنواع الوقود المستخدم حاليًا خلال 130 عامًا ، أي في بداية القرن الثاني والعشرين.

مشكلة الطاقة في العالم

* إيجاد نظام من الأدوات التي تضمن الاستثمار المناسب والتغييرات الهيكلية داخل البلدان ؛

* إيجاد طرق مقبولة سياسيًا للموافقة على ناخبيهم ودعمهم ، والذين سيتعين عليهم أيضًا دفع تكاليف التحولات من خلال الضرائب ونمط الحياة ، في حين قد تتم مقاومة بعض الحلول (على سبيل المثال ، الطاقة النووية) ؛

* تشكل أساسًا مقبولًا للتفاعل مع اللاعبين الرئيسيين الآخرين في سوق الطاقة العالمي.

مشاكل الطاقة البيئية العالمية

الاحتباس الحراري. تؤدي زيادة تركيز ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي إلى ما يسمى بتأثير الاحتباس الحراري ، والذي تم تسميته بالقياس مع ارتفاع درجة حرارة النباتات في الدفيئة. يلعب ثاني أكسيد الكربون دور الفيلم في الغلاف الجوي. في السنوات الأخيرة ، أصبح دور مماثل معروف لبعض الغازات الأخرى (الميثان وأكسيد النيتروز). تزداد كمية الميثان سنويًا بنسبة 1٪ ، وثاني أكسيد الكربون - بنسبة 0.4٪ ، وأكسيد النيتروز - بنسبة 0.2٪. يُعتقد أن ثاني أكسيد الكربون مسؤول عن نصف تأثير الاحتباس الحراري.

تلوث الهواء. ينعكس التأثير السلبي للطاقة على الغلاف الجوي في شكل جزيئات صلبة وهباء الجوي وتلوث كيميائي. الملوثات الكيميائية لها أهمية خاصة. العامل الرئيسي هو ثاني أكسيد الكبريت ، والذي يتم إطلاقه أثناء احتراق الفحم والصخر الزيتي والنفط الذي يحتوي على شوائب الكبريت. تنتج بعض أنواع الفحم التي تحتوي على نسبة عالية من الكبريت ما يصل إلى طن واحد من ثاني أكسيد الكبريت لكل 10 أطنان من الفحم المحترق. الآن الغلاف الجوي للكرة الأرضية بأكمله ملوث بثاني أكسيد الكبريت. تحدث أكسدة أنهيدريد الكبريتيك ، وهذا الأخير ، مع المطر ، يسقط على الأرض على شكل حمض الكبريتيك. يسمى هذا الترسيب بالمطر الحمضي. يحدث الشيء نفسه عندما يمتص المطر ثاني أكسيد النيتروجين - يتشكل حمض النيتريك.

ثقوب الأوزون. لأول مرة ، تم الكشف عن انخفاض في سمك طبقة الأوزون فوق القارة القطبية الجنوبية. هذا التأثير هو نتيجة التأثير البشري. تم الآن اكتشاف ثقوب الأوزون الأخرى. يوجد حاليًا انخفاض ملحوظ في كمية الأوزون في الغلاف الجوي على الكوكب بأكمله. هو 5-6٪ لكل عقد في الشتاء و 2-3٪ في الصيف. يعتقد بعض العلماء أن هذا مظهر من مظاهر عمل الفريونات (كلورو فلورو ميثان) ، لكن الأوزون يتدمر أيضًا بواسطة أكسيد النيتروجين ، الذي ينبعث من مؤسسات الطاقة.

طرق حل مشكلة المواد الخام والطاقة:

1. انخفاض حجم الإنتاج.

2. زيادة كفاءة الاستخراج والإنتاج.

3. استخدام مصادر الطاقة البديلة.

إن تقليل حجم الإنتاج يمثل مشكلة كبيرة ، لأن. يحتاج العالم الحديث إلى المزيد والمزيد من المواد الخام والطاقة ، وسيؤدي تقليلها بالتأكيد إلى أزمة عالمية. زيادة الكفاءة هي أيضا غير واعدة. يتطلب تنفيذه استثمارات كبيرة ، واحتياطيات المواد الخام ليست غير محدودة. لذلك ، تعطى الأولوية لمصادر الطاقة البديلة.

وزارة الزراعة والغذاء في الاتحاد الروسي

أكاديمية ولاية أورال الزراعية FGOU VPO

قسم البيئة وصحة الحيوان

مقال عن علم البيئة:

مشاكل الطاقة للبشرية

الفنان: أنطونيو

طالب FTZh 212T

الرأس: لوبايفا

ناديجدا ليونيدوفنا

يكاترينبرج 2007

مقدمة. 3

الطاقة: التنبؤ من وجهة نظر التنمية المستدامة للبشرية. 5

مصادر الطاقة غير التقليدية. أحد عشر

طاقة الشمس. 12

طاقة الرياح. خمسة عشر

الطاقة الحرارية للأرض. الثامنة عشر

طاقة المياه الداخلية. 19

طاقة الكتلة الحيوية .. 20

استنتاج. 21

المؤلفات. 23

مقدمة

الآن ، أكثر من أي وقت مضى ، يُطرح السؤال حول مستقبل الكوكب من حيث الطاقة. ما الذي ينتظر البشرية - الجوع في الطاقة أم وفرة الطاقة؟ هناك المزيد والمزيد من المقالات حول أزمة الطاقة في الصحف والمجلات المختلفة. بسبب النفط ، تنشأ الحروب ، تزدهر الدول وتصبح أفقر ، يتم استبدال الحكومات. بدأت التقارير حول إطلاق منشآت جديدة أو عن اختراعات جديدة في مجال الطاقة تُنسب إلى فئة الأحاسيس الصحفية. يجري تطوير برامج طاقة عملاقة ، وسيتطلب تنفيذها جهودًا هائلة ونفقات مادية ضخمة.

إذا لعبت الطاقة في نهاية القرن التاسع عشر ، بشكل عام ، دورًا مساعدًا وغير مهم في التوازن العالمي ، فقد تم إنتاج حوالي 300 مليار كيلوواط / ساعة من الكهرباء في العالم بالفعل في عام 1930. بمرور الوقت - أرقام هائلة ، ومعدلات نمو ضخمة! وسيظل هناك القليل من الطاقة - والطلب عليها ينمو بشكل أسرع. يعتمد مستوى المواد ، وفي النهاية ، الثقافة الروحية للناس بشكل مباشر على كمية الطاقة المتاحة لهم.

لاستخراج الخام ، لصهر المعدن منه ، لبناء منزل ، لصنع أي شيء ، تحتاج إلى استهلاك الطاقة. وتتزايد احتياجات الإنسان في كل وقت ، وهناك المزيد والمزيد من الناس. فلماذا تتوقف؟ لقد طور العلماء والمخترعون منذ فترة طويلة طرقًا عديدة لإنتاج الطاقة ، في المقام الأول الكهربائية. فلنقم بعد ذلك ببناء المزيد والمزيد من محطات الطاقة ، وسيكون هناك قدر كبير من الطاقة حسب الحاجة! اتضح أن مثل هذا الحل الواضح لمشكلة معقدة محفوف بالعديد من المزالق. تنص قوانين الطبيعة التي لا هوادة فيها على أنه لا يمكن الحصول على طاقة قابلة للاستخدام إلا من خلال تحولها من أشكال أخرى.

آلات الحركة الدائمة ، التي يُفترض أنها تنتج الطاقة ولا تأخذها من أي مكان ، للأسف ، مستحيلة. وقد تطورت بنية اقتصاد الطاقة العالمي اليوم بطريقة يتم فيها الحصول على أربعة من كل خمسة كيلووات يتم إنتاجها من حيث المبدأ بنفس الطريقة التي اعتاد الإنسان البدائي أن يسخن بها ، أي عن طريق حرق الوقود ، أو باستخدام الطاقة الكيميائية المخزنة فيه ، وتحويلها إلى طاقة كهربائية في محطات الطاقة الحرارية.

صحيح أن طرق حرق الوقود أصبحت أكثر تعقيدًا وكمالًا. تطلبت الطلبات المتزايدة لحماية البيئة نهجًا جديدًا للطاقة. شارك في تطوير برنامج الطاقة أبرز العلماء والمتخصصين من مختلف المجالات. بمساعدة أحدث النماذج الرياضية ، قامت أجهزة الكمبيوتر الإلكترونية بحساب عدة مئات من الخيارات لهيكل ميزان الطاقة المستقبلي. تم العثور على حلول أساسية تحدد استراتيجية تطوير الطاقة للعقود القادمة. على الرغم من أن قطاع الطاقة في المستقبل القريب سيظل قائمًا على هندسة الطاقة الحرارية باستخدام موارد غير متجددة ، إلا أن هيكله سيتغير. يجب تقليل استخدام الزيت. سيزداد إنتاج الكهرباء في محطات الطاقة النووية بشكل كبير.

الطاقة: التنبؤ من وجهة نظر التنمية المستدامة للبشرية

ما هي القوانين التي ستطورها طاقة العالم في المستقبل ، على أساس مفهوم الأمم المتحدة للتنمية المستدامة للبشرية؟ جعلت نتائج البحث الذي أجراه علماء إيركوتسك ، ومقارنتها مع أعمال المؤلفين الآخرين ، من الممكن إنشاء عدد من الأنماط والميزات العامة.

إن مفهوم التنمية المستدامة للبشرية ، الذي تمت صياغته في مؤتمر الأمم المتحدة لعام 1992 في ريو دي جانيرو ، يؤثر بلا شك على قطاع الطاقة أيضًا. ويظهر المؤتمر أن البشرية لا يمكنها الاستمرار في التطور بالطريقة التقليدية ، والتي تتميز بالاستخدام غير الرشيد للموارد الطبيعية وتأثيرها السلبي التدريجي على البيئة. إذا سارت البلدان النامية بنفس الطريقة التي حققت بها البلدان المتقدمة رفاهيتها ، فإن كارثة بيئية عالمية ستكون حتمية.

يعتمد مفهوم التنمية المستدامة على الضرورة الموضوعية (وكذلك حق وحتمية) التنمية الاجتماعية والاقتصادية لبلدان العالم الثالث. يمكن للبلدان المتقدمة ، على ما يبدو ، "التوفيق" (على الأقل لفترة من الوقت) مع المستوى الذي تحقق من الازدهار والاستهلاك لموارد كوكب الأرض. ومع ذلك ، فإن هذا لا يتعلق فقط بالحفاظ على البيئة وظروف وجود الجنس البشري ، بل يتعلق أيضًا بالرفع المتزامن للمستوى الاجتماعي والاقتصادي للبلدان النامية ("الجنوب") وتقريبه من مستوى البلدان المتقدمة ("الشمال". ").

ستكون متطلبات طاقة التنمية المستدامة ، بالطبع ، أوسع من متطلبات الطاقة النظيفة. تفي متطلبات عدم استنفاد موارد الطاقة المستخدمة والنظافة البيئية ، المتضمنة في مفهوم نظام الطاقة الصديق للبيئة ، بأهم مبدأين للتنمية المستدامة - احترام مصالح الأجيال القادمة والحفاظ على البيئة. بتحليل المبادئ والسمات المتبقية لمفهوم التنمية المستدامة ، يمكننا أن نستنتج أنه في هذه الحالة ، يجب تقديم متطلبين إضافيين على الأقل لقطاع الطاقة:

ضمان ألا يقل استهلاك الطاقة (بما في ذلك خدمات الطاقة للسكان) عن حد أدنى اجتماعي معين ؛

يجب أن يتم تنسيق تنمية الطاقة الوطنية (وكذلك الاقتصاد) بشكل متبادل مع تنميتها على المستويين الإقليمي والعالمي.

الأول ينطلق من مبادئ أولوية العوامل الاجتماعية وضمان العدالة الاجتماعية: من أجل إعمال حق الناس في حياة صحية ومثمرة ، وتقليص الفجوة في مستويات معيشة شعوب العالم ، والقضاء على الفقر. والفقر ، من الضروري ضمان أجر معيشي معين ، بما في ذلك تلبية الحد الأدنى من الاحتياجات الضرورية للطاقة للسكان والاقتصاد.

يتعلق المطلب الثاني بالطبيعة العالمية للكارثة البيئية الوشيكة والحاجة إلى عمل منسق من قبل المجتمع العالمي بأسره للقضاء على هذا التهديد. حتى البلدان التي لديها موارد طاقة كافية خاصة بها ، مثل روسيا ، لا يمكنها التخطيط لتطوير طاقتها بمعزل عن غيرها بسبب الحاجة إلى مراعاة القيود البيئية والاقتصادية العالمية والإقليمية.

في 1998-2000 أجرى ISEM SB RAS بحثًا حول آفاق تطوير الطاقة في العالم ومناطقه في القرن الحادي والعشرين ، حيث ، جنبًا إلى جنب مع الأهداف المحددة عادة ، لتحديد الاتجاهات طويلة الأجل في تطوير الطاقة ، والتوجهات العقلانية للعلم. والتقدم التقني ، إلخ. جرت محاولة لاختبار الخيارات التي تم الحصول عليها لتطوير قطاع الطاقة "من أجل الاستدامة" ، أي للامتثال لشروط ومتطلبات التنمية المستدامة. في الوقت نفسه ، على عكس خيارات التطوير التي تم تطويرها سابقًا على أساس مبدأ "ماذا سيحدث إذا ..." ، حاول المؤلفون ، إن أمكن ، تقديم توقعات معقولة لتطوير قطاع الطاقة في العالم ومناطقه في القرن الحادي والعشرين. على الرغم من تقاليدها ، يتم تقديم فكرة أكثر واقعية حول مستقبل الطاقة ، وتأثيرها المحتمل على البيئة ، والتكاليف الاقتصادية اللازمة ، إلخ.

يعد المخطط العام لهذه الدراسات تقليديًا إلى حد كبير: استخدام النماذج الرياضية التي يتم إعداد المعلومات من أجلها حول احتياجات الطاقة والموارد والتقنيات والقيود. لمراعاة عدم اليقين في المعلومات ، في المقام الأول حول احتياجات الطاقة والقيود ، يتم تشكيل مجموعة من السيناريوهات للظروف المستقبلية لتطوير صناعة الطاقة. ثم يتم تحليل نتائج الحسابات على النماذج مع الاستنتاجات والتوصيات المناسبة.

كانت أداة البحث الرئيسية هي نموذج الطاقة العالمي GEM-10R. هذا النموذج هو الأمثل ، خطي ، ثابت ، متعدد المناطق. كقاعدة عامة ، تم تقسيم العالم إلى 10 مناطق: أمريكا الشمالية ، وأوروبا ، وبلدان الاتحاد السوفياتي السابق ، وأمريكا اللاتينية ، والصين ، وما إلى ذلك. الوقود والطاقة على فترات 25 عامًا - 2025 و 2050 و 2075 و 2100 يتم تحسين السلسلة التكنولوجية بأكملها ، بدءًا من استخراج (أو إنتاج) موارد الطاقة الأولية ، وانتهاءً بتقنيات إنتاج أربعة أنواع من الطاقة النهائية (الكهربائية والحرارية والميكانيكية والكيميائية). يقدم النموذج عدة مئات من التقنيات لإنتاج ومعالجة ونقل واستهلاك موارد الطاقة الأولية وناقلات الطاقة الثانوية. يتم توفير القيود البيئية الإقليمية والعالمية (على انبعاثات ثاني أكسيد الكربون وثاني أكسيد الكبريت 2 والجسيمات) ، والقيود المفروضة على تطوير التقنيات ، وحساب تكاليف تطوير وتشغيل الطاقة في المناطق ، وتحديد التقديرات المزدوجة ، وما إلى ذلك. يتم تعيين موارد الطاقة (بما في ذلك الطاقة المتجددة) في المناطق مقسمة إلى 4-9 فئات تكلفة.

أظهر تحليل النتائج أن الخيارات التي تم الحصول عليها لتطوير قطاع الطاقة في العالم والمناطق لا تزال صعبة التنفيذ ولا تلبي بشكل كامل متطلبات وشروط التنمية المستدامة للعالم في الجوانب الاجتماعية والاقتصادية. وعلى وجه الخصوص ، بدا المستوى المدروس لاستهلاك الطاقة ، من ناحية ، صعب المنال ، ومن ناحية أخرى ، لا يوفر التقريب المرغوب للبلدان النامية للبلدان المتقدمة من حيث نصيب الفرد من استهلاك الطاقة والتنمية الاقتصادية (الناتج المحلي الإجمالي المحدد ). وفي هذا الصدد ، تم وضع توقعات جديدة (أقل) لاستهلاك الطاقة ، بافتراض ارتفاع معدل الانخفاض في كثافة استخدام الطاقة في الناتج المحلي الإجمالي وتقديم المساعدة الاقتصادية من البلدان المتقدمة إلى البلدان النامية.

يتم تحديد المستوى المرتفع لاستهلاك الطاقة على أساس الناتج المحلي الإجمالي المحدد ، والذي يتوافق بشكل أساسي مع توقعات البنك الدولي. في الوقت نفسه ، في نهاية القرن الحادي والعشرين ، لن تصل البلدان النامية إلا إلى المستوى الحالي للناتج المحلي الإجمالي في البلدان المتقدمة ، أي ستكون الفجوة حوالي 100 عام. في خيار الاستهلاك المنخفض للطاقة ، تم اعتماد مقدار المساعدة من البلدان المتقدمة إلى البلدان النامية على أساس المؤشرات التي نوقشت في ريو دي جانيرو: حوالي 0.7٪ من الناتج المحلي الإجمالي للبلدان المتقدمة ، أو 100-125 مليار دولار. في العام. في الوقت نفسه ، يتناقص نمو الناتج المحلي الإجمالي في البلدان المتقدمة إلى حد ما ، بينما يتزايد في البلدان النامية. في المتوسط ​​، يزداد نصيب الفرد من الناتج المحلي الإجمالي في هذا السيناريو حول العالم ، مما يشير إلى ملاءمة تقديم هذه المساعدة من وجهة نظر البشرية جمعاء.

سيستقر نصيب الفرد من استهلاك الطاقة في المتغير المنخفض في البلدان الصناعية ، وسيزداد في البلدان النامية بحلول نهاية القرن بنحو 2.5 مرة ، وفي المتوسط ​​حول العالم - بمقدار 1.5 مرة مقارنة بعام 1990. الاستهلاك العالمي المطلق للنهائي الطاقة (مع الأخذ في الاعتبار النمو السكاني) ستزداد بحلول نهاية بداية القرن وفقًا للتوقعات العالية بنحو 3.5 مرات ، وفقًا للتنبؤات المنخفضة - بمقدار 2.5 مرة.

يتميز استخدام أنواع معينة من موارد الطاقة الأولية بالميزات التالية. يتم استهلاك النفط في جميع السيناريوهات تقريبًا بنفس الطريقة - في عام 2050 ، تم الوصول إلى ذروة إنتاجه ، وبحلول عام 2100 ، استنفدت الموارد الرخيصة (من فئات التكلفة الخمس الأولى) بالكامل أو تقريبًا بالكامل. يفسر هذا الاتجاه الثابت بالكفاءة العالية للزيت في إنتاج الطاقة الميكانيكية والكيميائية ، فضلاً عن الحرارة وقوة الكهرباء. في نهاية القرن ، تم استبدال النفط بالوقود الاصطناعي (من الفحم بشكل أساسي).

شهد إنتاج الغاز الطبيعي زيادة مستمرة على مدار القرن ، ووصل إلى الحد الأقصى في نهاية القرن. تبين أن أغلى فئتين (الميثان وهيدرات الميثان غير التقليدية) غير قادرة على المنافسة. يستخدم الغاز لإنتاج جميع أنواع الطاقة النهائية ، ولكن إلى أقصى حد - لإنتاج الحرارة.

يخضع الفحم والطاقة النووية لأكبر التغييرات اعتمادًا على القيود المقدمة. نظرًا لكونهما اقتصاديين بشكل متساوٍ تقريبًا ، فإنهما يحلان محل بعضهما البعض ، خاصة في السيناريوهات "المتطرفة". يتم استخدامها في الغالب في محطات توليد الطاقة. تمت معالجة جزء كبير من الفحم في النصف الثاني من القرن إلى وقود محركات اصطناعي ، وتستخدم الطاقة النووية في سيناريوهات ذات قيود صارمة على انبعاثات ثاني أكسيد الكربون على نطاق واسع لإنتاج الهيدروجين.

يختلف استخدام مصادر الطاقة المتجددة بشكل كبير في سيناريوهات مختلفة. يتم استخدام الطاقة المائية التقليدية والكتلة الحيوية فقط ، فضلاً عن موارد الرياح الرخيصة على نحو مستدام. الأنواع الأخرى من RES هي أغلى الموارد ، وتغلق ميزان الطاقة وتطور حسب الحاجة.

من المثير للاهتمام تحليل تكاليف الطاقة العالمية في سيناريوهات مختلفة. هم الأقل من ذلك كله ، بالطبع ، في السيناريوهين الأخيرين مع انخفاض استهلاك الطاقة والقيود المعتدلة. بحلول نهاية القرن ، زادت بنحو 4 مرات مقارنة بعام 1990. تم الحصول على أعلى التكاليف في سيناريو مع زيادة استهلاك الطاقة والقيود الشديدة. في نهاية القرن ، كانت تكلفتها 10 أضعاف تكلفة عام 1990 و 2.5 أضعاف التكاليف في أحدث السيناريوهات.

وتجدر الإشارة إلى أن تطبيق الوقف الاختياري للطاقة النووية في حالة عدم وجود قيود على انبعاثات ثاني أكسيد الكربون يزيد من التكاليف بنسبة 2٪ فقط ، وهو ما يفسره الكفاءة المتساوية التقريبية لمحطات الطاقة النووية ومحطات الطاقة التي تعمل بالفحم. ومع ذلك ، إذا تم فرض قيود صارمة على انبعاثات ثاني أكسيد الكربون أثناء وقف الطاقة النووية ، فستتضاعف تكاليف الطاقة تقريبًا.

وبالتالي ، فإن "أسعار" الوقف الاختياري النووي والقيود المفروضة على انبعاثات ثاني أكسيد الكربون مرتفعة للغاية. أظهر التحليل أن تكلفة خفض انبعاثات ثاني أكسيد الكربون يمكن أن تصل إلى 1-2٪ من الناتج المحلي الإجمالي العالمي ، أي اتضح أنها قابلة للمقارنة مع الأضرار المتوقعة من تغير المناخ على الكوكب (مع ارتفاع درجات الحرارة بضع درجات). وهذا يعطي أسبابًا للحديث عن مقبولية (أو حتى ضرورة) تخفيف القيود على انبعاثات ثاني أكسيد الكربون. في الواقع ، من الضروري تقليل مجموع تكاليف تقليل انبعاثات ثاني أكسيد الكربون والأضرار الناجمة عن تغير المناخ (والتي ، بالطبع ، مهمة صعبة للغاية).

من المهم جدًا أن تتحمل البلدان النامية بشكل أساسي التكلفة الإضافية لخفض انبعاثات ثاني أكسيد الكربون. وفي الوقت نفسه ، فإن هذه البلدان ، من ناحية ، ليست مذنبة بالوضع الذي نشأ مع تأثير الاحتباس الحراري ، ومن ناحية أخرى ، ليس لديهم مثل هذه الوسائل. إن الحصول على هذه الأموال من الدول المتقدمة سوف يسبب بلا شك صعوبات كبيرة وهذه واحدة من أخطر المشاكل في تحقيق التنمية المستدامة.

في القرن الحادي والعشرين ، نحن ندرك حقيقة الألفية الثالثة. لسوء الحظ ، احتياطيات النفط والغاز والفحم لا تنتهي بأي حال من الأحوال. لقد استغرقت الطبيعة ملايين السنين لإنشاء هذه المحميات ، وسيتم استخدامها في مئات. اليوم ، بدأ العالم يفكر بجدية في كيفية منع نهب الثروة الأرضية. بعد كل شيء ، فقط في ظل هذه الحالة ، يمكن أن يستمر احتياطي الوقود لعدة قرون. لسوء الحظ ، فإن العديد من الدول المنتجة للنفط تعيش اليوم. إنهم ينفقون بلا رحمة احتياطيات النفط التي تمنحها لهم الطبيعة. ماذا سيحدث بعد ذلك ، وسيحدث هذا عاجلاً أم آجلاً ، عندما ينفد حقلا النفط والغاز؟ إن احتمال النضوب المبكر لاحتياطيات الوقود العالمية ، فضلاً عن تدهور الوضع البيئي في العالم (تكرير النفط والحوادث المتكررة إلى حد ما أثناء نقله تشكل تهديدًا حقيقيًا للبيئة) جعلتنا نفكر في أنواع أخرى من الوقود التي يمكن أن يحل محل النفط والغاز.

الآن في العالم يبحث المزيد والمزيد من العلماء والمهندسين عن مصادر جديدة غير تقليدية يمكن أن تأخذ على الأقل جزءًا من الاهتمامات لتزويد البشرية بالطاقة. تشمل مصادر الطاقة المتجددة غير التقليدية الطاقة الشمسية وطاقة الرياح والطاقة الحرارية الأرضية والكتلة الحيوية وطاقة المحيطات.

طاقة الشمس

في الآونة الأخيرة ، ازداد الاهتمام بمشكلة استخدام الطاقة الشمسية بشكل كبير ، وعلى الرغم من أن هذا المصدر متجدد أيضًا ، إلا أن الاهتمام الذي نوليه حول العالم يجبرنا على النظر في إمكانياته بشكل منفصل. الاحتمالات المحتملة لهندسة الطاقة القائمة على استخدام الإشعاع الشمسي المباشر عالية للغاية. لاحظ أن استخدام 0.0125٪ فقط من هذه الكمية من الطاقة الشمسية يمكن أن يوفر جميع الاحتياجات الحالية للطاقة العالمية ، واستخدام 0.5٪ يمكن أن يغطي احتياجات المستقبل بالكامل. لسوء الحظ ، من غير المحتمل أن تتحقق هذه الموارد المحتملة الضخمة على نطاق واسع. واحدة من أخطر العقبات التي تعترض هذا التنفيذ هي انخفاض كثافة الإشعاع الشمسي.

حتى في ظل أفضل الظروف الجوية (خطوط العرض الجنوبية ، السماء الصافية) ، لا تزيد كثافة تدفق الإشعاع الشمسي عن 250 واط / م 2. لذلك ، لكي "يجمع" جامعو الإشعاع الشمسي الطاقة اللازمة لتلبية جميع احتياجات البشرية في عام واحد ، يجب وضعهم على أراضي 130.000 كم 2! بالإضافة إلى ذلك ، فإن الحاجة إلى استخدام مجمعات ضخمة تستلزم تكاليف مادية كبيرة. أبسط جامع للإشعاع الشمسي هو صفيحة معدنية سوداء ، يوجد بداخلها أنابيب بها سائل يدور فيها. يتم تسخينه بواسطة الطاقة الشمسية التي يمتصها المجمع ، ويتم توفير السائل للاستخدام المباشر. وفقًا للحسابات ، فإن إنتاج مجمعات الإشعاع الشمسي بمساحة 1 كم 2 يتطلب ما يقرب من 10 4 أطنان من الألومنيوم. وقد ثبت حتى اليوم أن الاحتياطيات العالمية من هذا المعدن تقدر بـ 1.17 * 10 9 طن.

من الواضح أن هناك عوامل مختلفة تحد من قدرة الطاقة الشمسية. افترض أنه في المستقبل سيكون من الممكن استخدام ليس فقط الألومنيوم ، ولكن أيضًا مواد أخرى لتصنيع المجمعات. هل سيتغير الوضع في هذه الحالة؟ سوف ننطلق من حقيقة أنه في مرحلة منفصلة من تطوير الطاقة (بعد عام 2100) سيتم تلبية جميع احتياجات الطاقة في العالم من خلال الطاقة الشمسية. في إطار هذا النموذج ، يمكن تقدير أنه في هذه الحالة سيكون من الضروري "تجميع" الطاقة الشمسية على مساحة من 1 * 10 6 إلى 3 * 10 6 كم 2. في الوقت نفسه ، تبلغ المساحة الإجمالية للأراضي الصالحة للزراعة في العالم اليوم 13 * 10 6 كم 2. تعد الطاقة الشمسية من أكثر أنواع إنتاج الطاقة كثافة في استخدام المواد. يستلزم الاستخدام الواسع النطاق للطاقة الشمسية زيادة هائلة في الحاجة إلى المواد ، وبالتالي ، لموارد العمل لاستخراج المواد الخام ، وإثرائها ، وإنتاج المواد ، وتصنيع المروحيات ، والمجمعات ، وغيرها من المعدات ، ونقلهم. تظهر الحسابات أن الأمر سيستغرق من 10،000 إلى 40،000 ساعة عمل لإنتاج 1 ميجاوات من الكهرباء سنويًا باستخدام الطاقة الشمسية.

في الطاقة التقليدية على الوقود الأحفوري ، هذا الرقم هو 200-500 ساعة عمل. حتى الآن ، تعد الطاقة الكهربائية الناتجة عن أشعة الشمس أغلى بكثير من تلك التي يتم الحصول عليها بالطرق التقليدية. يأمل العلماء أن تساعد التجارب التي سيجرونها في المنشآت والمحطات التجريبية ليس فقط في حل المشكلات الفنية بل الاقتصادية أيضًا.

تعود المحاولات الأولى لاستخدام الطاقة الشمسية على أساس تجاري إلى ثمانينيات القرن الماضي. حققت فضفاض الصناعات (الولايات المتحدة الأمريكية) أكبر نجاح في هذا المجال. في ديسمبر 1989 ، قامت بتشغيل محطة تعمل بالطاقة الشمسية والغاز بسعة 80 ميجاوات. هنا ، في كاليفورنيا ، في عام 1994 تم إدخال 480 ميغاواط أخرى من الطاقة الكهربائية ، وتكلفة 1 كيلوواط ساعة من الطاقة هي 7-8 سنتات. هذا أقل من المحطات التقليدية. في الليل وفي الشتاء ، يتم توفير الطاقة بشكل أساسي عن طريق الغاز ، وفي الصيف وأثناء النهار - عن طريق الشمس. أثبتت إحدى محطات الطاقة في كاليفورنيا أن الغاز والشمس ، باعتبارهما المصادر الرئيسية للطاقة في المستقبل القريب ، يمكن أن يكمل كل منهما الآخر بشكل فعال. لذلك ، ليس من قبيل الصدفة أن تعمل أنواع مختلفة من الوقود السائل أو الغازي كشريك للطاقة الشمسية. إن "المرشح" الأكثر احتمالاً هو الهيدروجين.

يمكن أن يكون إنتاجه باستخدام الطاقة الشمسية ، على سبيل المثال ، عن طريق التحليل الكهربائي للماء ، رخيصًا جدًا ، ويمكن بسهولة نقل الغاز نفسه ، الذي يحتوي على قيمة حرارية عالية ، وتخزينه لفترة طويلة. ومن هنا الاستنتاج: الاحتمال الأكثر اقتصادا لاستخدام الطاقة الشمسية ، والذي نراه اليوم ، هو توجيهها للحصول على أنواع ثانوية من الطاقة في المناطق المشمسة من الكرة الأرضية. يمكن ضخ الوقود السائل أو الغازي الناتج عبر خطوط الأنابيب أو نقله بواسطة الصهاريج إلى مناطق أخرى. أصبح التطور السريع للطاقة الشمسية ممكنًا بسبب انخفاض تكلفة المحولات الكهروضوئية لكل 1 وات من الطاقة المركبة من 1000 دولار في عام 1970 إلى 3-5 دولارات في عام 1997 وزيادة في كفاءتها من 5 إلى 18 ٪. سيسمح خفض تكلفة الطاقة الشمسية إلى 50 سنتًا لمحطات الطاقة الشمسية بالتنافس مع مصادر الطاقة المستقلة الأخرى ، مثل محطات توليد الطاقة بالديزل.

طاقة الرياح

طاقة الكتل الهوائية المتحركة هائلة. تزيد احتياطيات طاقة الرياح بأكثر من مائة مرة عن احتياطيات الطاقة الكهرومائية لجميع أنهار الكوكب. يمكن للرياح التي تهب على مساحة بلادنا أن تلبي بسهولة جميع احتياجاتها من الكهرباء! تجعل الظروف المناخية من الممكن تطوير طاقة الرياح في منطقة شاسعة من حدودنا الغربية إلى ضفاف نهر ينيسي. المناطق الشمالية من البلاد على طول ساحل المحيط المتجمد الشمالي غنية بطاقة الرياح ، حيث تكون ضرورية بشكل خاص للأشخاص الشجعان الذين يسكنون هذه الأراضي الأكثر ثراءً. لماذا يتم استخدام مثل هذا المصدر الوفير للطاقة وبأسعار معقولة وصديق للبيئة بشكل سيئ؟ اليوم ، تغطي المحركات التي تعمل بالرياح واحدًا من الألف فقط من احتياجات الطاقة في العالم. لقد فتحت تكنولوجيا القرن العشرين فرصًا جديدة تمامًا لطاقة الرياح ، والتي أصبحت مهمتها مختلفة - لتوليد الكهرباء. في بداية القرن م. طور جوكوفسكي نظرية توربينات الرياح ، والتي على أساسها يمكن إنشاء منشآت عالية الأداء قادرة على استقبال الطاقة من أضعف نسيم. ظهرت العديد من مشاريع توربينات الرياح ، وهي أكثر تقدمًا بما لا يقاس من طواحين الهواء القديمة. تستخدم إنجازات العديد من فروع المعرفة في مشاريع جديدة. اليوم ، يتضمن تصميم عجلة الرياح ، قلب أي محطة لتوليد الطاقة من الرياح ، بناة طائرات قادرون على اختيار أنسب شكل للشفرة ودراستها في نفق هوائي. من خلال جهود العلماء والمهندسين ، تم إنشاء مجموعة متنوعة من تصميمات توربينات الرياح الحديثة.

أول آلة ذات شفرة تستخدم طاقة الرياح كانت عبارة عن شراع. الشراع وتوربينات الرياح ، باستثناء مصدر واحد للطاقة ، متحدان بنفس المبدأ المستخدم. أظهر بحث Yu. S. Kryuchkov أنه يمكن تمثيل الشراع على أنه توربين رياح بقطر عجلة لانهائي. الشراع هو أكثر ماكينات الشفرات تقدمًا ، بأعلى كفاءة ، حيث يستخدم طاقة الرياح بشكل مباشر للدفع.

يتم الآن إحياء طاقة الرياح ، باستخدام عجلات الرياح وتوربينات الرياح ، بشكل أساسي في التركيبات الأرضية. تم بالفعل بناء الوحدات التجارية وهي قيد التشغيل في الولايات المتحدة. يتم تمويل نصف المشاريع من ميزانية الدولة. النصف الآخر مستثمر من قبل مستهلكي الطاقة النظيفة في المستقبل.

تعود التطورات الأولى في نظرية توربينات الرياح إلى عام 1918. أصبح في. زالفسكي مهتمًا بطواحين الهواء والطيران في نفس الوقت. بدأ في إنشاء نظرية كاملة لطاحونة الهواء واستنتج العديد من الأحكام النظرية التي يجب أن تلبيها طاحونة الهواء.

في بداية القرن العشرين ، لم يكن الاهتمام بالمراوح وتوربينات الرياح معزولًا عن الاتجاهات العامة في ذلك الوقت - لاستخدام الرياح حيثما أمكن ذلك. في البداية ، كانت توربينات الرياح تستخدم على نطاق واسع في الزراعة. تم استخدام المروحة لقيادة آليات السفن. على "فرام" المشهورة عالمياً قام بتدوير الدينامو. على المراكب الشراعية ، تعمل طواحين الهواء على تحريك المضخات وآليات التثبيت.

في روسيا ، مع بداية القرن الماضي ، كان هناك حوالي 2500 ألف طاحونة هوائية بسعة إجمالية مليون كيلوواط. بعد عام 1917 ، تُركت المطاحن بدون مالكين وانهارت تدريجياً. صحيح ، جرت محاولات لاستخدام طاقة الرياح بالفعل على أسس علمية وحكومية. في عام 1931 ، تم بناء أكبر محطة لطاقة الرياح في ذلك الوقت بسعة 100 كيلو وات بالقرب من يالطا ، وبعد ذلك تم تطوير مشروع لوحدة 5000 كيلو وات. لكن لم يكن من الممكن تنفيذه ، حيث تم إغلاق معهد طاقة الرياح الذي تعامل مع هذه المشكلة.

في الولايات المتحدة ، بحلول عام 1940 ، تم بناء توربينات الرياح بسعة 1250 كيلوواط. بحلول نهاية الحرب ، تضررت إحدى نصالها. لم يبدأوا حتى في إصلاحه - فقد قدر الاقتصاديون أنه من المربح استخدام محطة تقليدية لتوليد الطاقة بالديزل. توقفت دراسات أخرى لهذا التثبيت.

لم تكن المحاولات الفاشلة لاستخدام طاقة الرياح في توليد الطاقة على نطاق واسع في الأربعينيات من القرن الماضي مصادفة. ظل النفط رخيصًا نسبيًا ، وانخفضت الاستثمارات الرأسمالية المحددة في محطات الطاقة الحرارية الكبيرة بشكل حاد ، وتطوير الطاقة الكهرومائية ، كما بدا في ذلك الوقت ، سيضمن كلاً من الأسعار المنخفضة والنظافة البيئية المرضية.

من العيوب المهمة لطاقة الرياح تقلبها بمرور الوقت ، ولكن يمكن تعويضها من خلال موقع توربينات الرياح. إذا تم الجمع بين عدة عشرات من توربينات الرياح الكبيرة ، في ظل ظروف الاستقلالية الكاملة ، فسيكون متوسط ​​قوتها ثابتًا. في حالة وجود مصادر أخرى للطاقة ، يمكن لمولد الرياح أن يكمل المصادر الموجودة. وأخيرًا ، يمكن الحصول على الطاقة الميكانيكية مباشرة من توربينات الرياح.

الطاقة الحرارية للأرض

منذ العصور القديمة ، عرف الناس المظاهر العفوية للطاقة العملاقة الكامنة في أحشاء الكرة الأرضية. تفوق قوة الانفجار البركاني عدة مرات قوة أكبر محطات توليد الطاقة التي أنشأتها أيدي البشر. صحيح ، ليست هناك حاجة للحديث عن الاستخدام المباشر لطاقة الانفجارات البركانية - حتى الآن لا تتاح للناس الفرصة لكبح هذا العنصر المانع ، ولحسن الحظ ، فإن هذه الانفجارات هي أحداث نادرة جدًا. لكن هذه مظاهر للطاقة الكامنة في أحشاء الأرض ، عندما يجد جزء صغير فقط من هذه الطاقة التي لا تنضب مخرجًا من خلال فتحات تنفث النار في البراكين. تتمتع أيسلندا الأوروبية الصغيرة بالاكتفاء الذاتي الكامل من الطماطم والتفاح وحتى الموز! يتم تشغيل العديد من الدفيئات الزراعية الأيسلندية بواسطة حرارة الأرض - لا يوجد عملياً أي مصادر محلية أخرى للطاقة في أيسلندا. لكن هذا البلد غني جدًا بالينابيع الساخنة وينابيع المياه الساخنة الشهيرة التي تنفجر من الأرض بدقة الكرونومتر. وعلى الرغم من أن الأيسلنديين ليس لديهم الأولوية في استخدام الحرارة من مصادر تحت الأرض ، فإن سكان هذا البلد الشمالي الصغير يشغلون بيت المرجل تحت الأرض بشكل مكثف للغاية.

ريكيافيك ، التي يعيش فيها نصف سكان البلاد ، يتم تسخينها فقط من خلال مصادر تحت الأرض. ولكن ليس فقط للتدفئة ، يستمد الناس الطاقة من أعماق الأرض. محطات توليد الطاقة التي تستخدم الينابيع الساخنة تحت الأرض تعمل منذ فترة طويلة. تم بناء أول محطة للطاقة من هذا النوع ، لا تزال منخفضة الطاقة ، في عام 1904 في بلدة Larderello الإيطالية الصغيرة. تدريجيًا ، نمت قدرة محطة الطاقة ، وبدأ تشغيل المزيد والمزيد من الوحدات الجديدة ، واستخدمت مصادر جديدة للمياه الساخنة ، واليوم وصلت طاقة المحطة بالفعل إلى قيمة رائعة - 360 ألف كيلوواط. في نيوزيلندا ، توجد محطة طاقة كهذه في منطقة Wairakei ، تبلغ طاقتها 160.000 كيلووات. على بعد 120 كيلومترًا من سان فرانسيسكو في الولايات المتحدة ، تنتج محطة للطاقة الحرارية الأرضية بسعة 500000 كيلووات الكهرباء.

طاقة المياه الداخلية

بادئ ذي بدء ، تعلم الناس استخدام طاقة الأنهار. ولكن في العصر الذهبي للكهرباء ، كانت هناك نهضة لعجلة المياه على شكل توربينات مائية. كان لابد من تدوير المولدات الكهربائية التي تنتج الطاقة ، ويمكن أن يتم ذلك بنجاح كبير بواسطة الماء. يمكننا أن نفترض أن الطاقة الكهرومائية الحديثة قد ولدت في عام 1891. مزايا محطات الطاقة الكهرومائية واضحة - إمداد متجدد باستمرار للطاقة بطبيعته ، وسهولة التشغيل ، وغياب التلوث البيئي. ويمكن أن تساعد تجربة بناء وتشغيل عجلات المياه بشكل كبير في صناعة الطاقة الكهرومائية.

ومع ذلك ، من أجل ضبط دوران التوربينات المائية القوية ، من الضروري تجميع كميات هائلة من المياه خلف السد. يتطلب بناء سد الكثير من المواد لوضعها بحيث يبدو حجم الأهرامات المصرية العملاقة غير ذي أهمية بالمقارنة. في عام 1926 ، تم تشغيل محطة فولكوفسكايا لتوليد الطاقة الكهرومائية ، وفي العام التالي بدأ بناء دنيبروفسكايا الشهير. أدت سياسة الطاقة في بلدنا إلى حقيقة أننا طورنا نظامًا لمحطات الطاقة الكهرومائية القوية. لا توجد دولة واحدة يمكنها التباهي بعمالقة الطاقة مثل فولغا وكراسنويارسك وبراتسك وسايانو شوشينسكايا HPPs. تعتبر محطة الطاقة على نهر رانس ، التي تتكون من 24 مولدًا توربينيًا عكسيًا وتبلغ طاقتها الإنتاجية 240 ميجاوات ، واحدة من أقوى محطات الطاقة الكهرومائية في فرنسا. محطات الطاقة الكهرومائية هي أكثر مصادر الطاقة فعالية من حيث التكلفة. لكن لها عيوب - عند نقل الكهرباء عبر خطوط الكهرباء ، تحدث خسائر تصل إلى 30٪ وينتج إشعاع كهرومغناطيسي خطير بيئيًا. حتى الآن ، لا يخدم الناس سوى جزء صغير من إمكانات الطاقة الكهرومائية للأرض. في كل عام ، تتدفق تيارات ضخمة من المياه ، تتشكل من الأمطار وذوبان الجليد ، إلى البحار دون استخدام. إذا كان من الممكن تأخيرها بمساعدة السدود ، فستحصل البشرية على كمية هائلة إضافية من الطاقة.

طاقة الكتلة الحيوية

في الولايات المتحدة ، في منتصف السبعينيات ، أنشأ فريق من علماء المحيطات والمهندسين البحريين والغواصين أول مزرعة لطاقة المحيطات في العالم على عمق 12 مترًا تحت المحيط الهادئ المشمس بالقرب من مدينة سان كليمنت. نمت المزرعة عشب كاليفورنيا العملاق. وفقًا لمدير المشروع الدكتور هوارد أ.ويلكوكس ، من مركز أبحاث الأنظمة البحرية والمحيطية في سان دييغو ، كاليفورنيا ، "يمكن تحويل ما يصل إلى 50٪ من طاقة هذه الطحالب إلى وقود - إلى غاز الميثان الطبيعي. مزارع المحيط في في المستقبل ، ستتمكن الطحالب البنية التي تنمو على مساحة تقارب 100،000 فدان (40،000 هكتار) من توفير الطاقة التي تكفي لتلبية احتياجات مدينة أمريكية يبلغ عدد سكانها 50000 نسمة بشكل كامل ".

يمكن أن تشمل الكتلة الحيوية ، بالإضافة إلى الطحالب ، نفايات الحيوانات الأليفة. لذلك ، في 16 يناير 1998 ، نشرت صحيفة "سانت بطرسبورغ فيدوموستي" مقالاً بعنوان "الكهرباء ... من روث الدجاج" ، جاء فيه أن فرع شركة بناء السفن النرويجية الدولية يهتم بكفايرنر ، ومقره مدينة تامبيري الفنلندية ، كان يسعى للحصول على دعم الاتحاد الأوروبي لبناء محطة للطاقة في نورثامبتون ، المملكة المتحدة ، تعمل ... على روث الدجاج. المشروع جزء من برنامج EU Thermie ، الذي يوفر تطوير مصادر وطرق جديدة وغير تقليدية للطاقة لتوفير موارد الطاقة. وزعت مفوضية الاتحاد الأوروبي 140 مليون وحدة نقدية أوروبية في 13 يناير على 134 مشروعًا.

ستحرق محطة الطاقة التي صممتها الشركة الفنلندية 120 ألف طن من روث الدجاج سنويًا في الأفران ، وتولد 75 مليون كيلوواط / ساعة من الطاقة.

استنتاج

يمكن للمرء أن يميز عددًا من الاتجاهات والميزات العامة في تطور صناعة الطاقة في العالم في بداية القرن.

1. في القرن الحادي والعشرين. زيادة كبيرة في استهلاك الطاقة العالمي أمر لا مفر منه ، في المقام الأول في البلدان النامية. في البلدان الصناعية ، قد يستقر استهلاك الطاقة عند المستويات الحالية تقريبًا أو حتى ينخفض ​​بحلول نهاية القرن. وفقًا للتوقعات المنخفضة التي قدمها المؤلفون ، قد يصل الاستهلاك العالمي للطاقة النهائية في عام 2050 إلى 350 مليون تيرا جول / سنة ، في 2100-450 مليون تيرا جول / سنة (مع الاستهلاك الحالي لحوالي 200 مليون تيرا جول / سنة).

2. يتم تزويد الجنس البشري بما يكفي من موارد الطاقة للقرن الحادي والعشرين ، ولكن ارتفاع أسعار الطاقة أمر لا مفر منه. ستزداد التكلفة السنوية للطاقة العالمية بمقدار 2.5 - 3 مرات بحلول منتصف القرن وبنهاية 4-6 مرات مقارنة بعام 1990. وسيزيد متوسط ​​تكلفة وحدة من الطاقة النهائية في هذه الشروط بمقدار 20 -30 و 40-80٪ (يمكن أن تكون الزيادة في أسعار الوقود والطاقة أكبر).

3. سيؤثر إدخال حدود عالمية على انبعاثات ثاني أكسيد الكربون (أهم غازات الاحتباس الحراري) بشكل كبير على مزيج الطاقة في المناطق والعالم ككل. يجب الاعتراف بمحاولات الحفاظ على الانبعاثات العالمية عند المستويات الحالية على أنها غير واقعية بسبب التناقض الذي يصعب حله: التكاليف الإضافية للحد من انبعاثات ثاني أكسيد الكربون (حوالي 2 تريليون دولار سنويًا في منتصف القرن وأكثر من 5 تريليون دولار في السنة في نهاية القرن) يجب أن تتحملها البلدان النامية في الغالب ، والتي ، في الوقت نفسه ، "غير مذنبة" بالمشكلة التي نشأت وليس لديها الأموال اللازمة ؛ من غير المحتمل أن ترغب البلدان المتقدمة في دفع مثل هذه التكاليف وأن تكون قادرة على ذلك. من وجهة نظر ضمان هياكل طاقة مرضية في مناطق العالم (وتكاليف تطويرها) ، يمكن اعتبار الحد من انبعاثات ثاني أكسيد الكربون العالمية إلى 12-14 جيجا طن سنويًا في النصف الثاني من العام أمرًا واقعيًا. القرن ، أي إلى مستوى يقارب ضعف ما كان عليه في عام 1990. وفي الوقت نفسه ، لا تزال مشكلة تخصيص الحصص والتكاليف الإضافية للحد من الانبعاثات بين البلدان والمناطق قائمة.

4. تطوير الطاقة النووية هو أكثر الوسائل فعالية لخفض انبعاثات ثاني أكسيد الكربون. في السيناريوهات التي تم فيها فرض قيود شديدة أو معتدلة على انبعاثات ثاني أكسيد الكربون ولم تكن هناك قيود على الطاقة النووية ، تبين أن النطاق الأمثل لتطورها كبير للغاية. مؤشر آخر على فعاليتها كان "سعر" الوقف النووي ، والذي ، مع القيود الصارمة على انبعاثات ثاني أكسيد الكربون ، يُترجم إلى زيادة بنسبة 80٪ في تكلفة الطاقة العالمية (أكثر من 8 تريليون دولار سنويًا في نهاية القرن ال 21). وفي هذا الصدد ، تم النظر في سيناريوهات ذات قيود "معتدلة" على تطوير الطاقة النووية من أجل البحث عن بدائل واقعية ممكنة.

5 - من الشروط التي لا غنى عنها للانتقال إلى التنمية المستدامة المساعدة (المالية والتقنية) للبلدان الأكثر تخلفا من البلدان المتقدمة. للحصول على نتائج حقيقية ، يجب تقديم هذه المساعدة في العقود القادمة ، من ناحية ، لتسريع عملية تقريب مستويات المعيشة في البلدان النامية من مستوى البلدان المتقدمة ، ومن ناحية أخرى ، بحيث تكون هذه المساعدة. يمكن أن تشكل حصة كبيرة في الناتج المحلي الإجمالي المتزايد بسرعة للبلدان النامية.

المؤلفات

1 - صحيفة أسبوعية لفرع سيبيريا للأكاديمية الروسية للعلوم رقم 3 (2289) في 19 كانون الثاني (يناير) 2001

2. أنتروبوف ب. الوقود والطاقة المحتملة للأرض. م ، 1994

3. Odum G. ، Odum E. أساس الطاقة للإنسان والطبيعة. م ، 1998

على الأرض ، بسبب النضوب السريع للمواد الخام ، نشأت مشكلة المواد الخام التي لها سمات مشتركة مع مشكلة الطاقة ، لذلك يعتبر الخبراء أنها مرتبطة ارتباطًا وثيقًا ، باعتبارها مشكلة عامة للوقود والمواد الخام للكوكب. من أجل تطور الحضارة هناك حاجة إلى المواد الخام والوقود ، ولكن للأسف رواسب المواد الخام المعدنية والهيدروكربونية على الكوكب قد نضبت ، ومشكلة نقصها تكتسب أبعادًا عالمية ، وهو ما أكدته أزمة المواد الخام في السبعينيات. .

المواد الخام هي مادة البداية للعديد من العمليات التكنولوجية. يشمل هذا المفهوم المواد ذات الأصل الطبيعي والاصطناعي المستخدمة في الإنتاج الصناعي كمواد أولية لإنتاج الطاقة والمنتجات الضرورية. هناك تقسيم للمواد الخام حسب أصلها ، إلى صناعية وزراعية. ولكن في أغلب الأحيان يرتبط مصطلح "المواد الخام" بالمواد الخام المعدنية. المعادن هي أساس تطور ووجود البشرية. تتطور الصناعة على هذا الكوكب بوتيرة سريعة ، والحاجة إلى المواد الخام آخذة في الازدياد ، وبالتالي تتزايد أحجام الإنتاج. لسوء الحظ ، احتياطيات النفط والغاز وخام الحديد والمعادن الأخرى على هذا الكوكب محدودة ، لذلك بعد فترة ستنفد.

أسباب مشكلة المواد الخام:

• النمو السريع لكمية المواد الخام المستخرجة من أحشاء الكوكب.
• النضوب الطبيعي للرواسب نتيجة التعدين.
• احتياطيات الهيدروكربون المستكشفة ليست بلا حدود.
• الحاجة إلى استخراج الخامات المستنفدة ذات المحتوى المنخفض من المواد المفيدة.
• زيادة المسافة بين مناطق الإنتاج والمعالجة.
• الحاجة إلى استخدام وديعة مع التعدين السيئ والظروف الجيولوجية.
• تطوير الرواسب المكتشفة حديثًا في المناطق ذات الظروف الطبيعية الصعبة.

للأسباب المذكورة أعلاه تأثير كبير على تزويد الصناعة بالموارد الطبيعية على المستوى العالمي ، والذي يتراجع باستمرار. غالبًا ما لا تتطابق حسابات الموارد الممنوحة للكوكب ، التي أجراها متخصصون باستخدام طرق مختلفة ، وهناك تباينات كبيرة بين النتائج. في عصرنا ، هناك حاجة ملحة للاستخدام الرشيد والاستخراج الكامل للمواد الخام المعدنية من أحشاء الأرض. على سبيل المثال ، تحتاج التقنيات الحديثة لإنتاج النفط مع عامل استخلاص منخفض ، لا يتجاوز 0.25-0.45 ، إلى التحسين ، لأن معظم المواد الخام الأكثر قيمة للطاقة تبقى في الأمعاء. إذا زاد عامل الاسترداد حتى بنسبة 1٪ ، فمع الكميات الحالية من إنتاج النفط ، سنحصل على تأثير اقتصادي كبير. إذا ساد "إهدار الموارد" في القرن العشرين ، فقد اضطرت البشرية في القرن الحادي والعشرين إلى التحول إلى الاستهلاك الرشيد للموارد.

النقاط البارزة في الانتقال:

• أعطت أزمة الطاقة في سبعينيات القرن الماضي زخماً لتطوير تقنيات موفرة للطاقة وبدأ مسار تنمية مكثف للاقتصاد العالمي بأكمله. حدث الانخفاض في استهلاك الطاقة في المجال الصناعي وغير الصناعي ، مما أدى إلى توفير كبير في المواد الخام الهيدروكربونية.
• أدى نقص التقنيات التقليدية إلى حقيقة أن 20 ٪ فقط من المواد الخام المستخرجة تستخدم في المنتجات النهائية ، والباقي يتراكم في مقالب. وهي تتكون من مليارات الأطنان من نفايات الخبث من المعادن ، ونفايات الرماد من محطات الطاقة الحرارية وكمية هائلة من الصخور. ظهرت بالفعل تقنيات مبتكرة تستخدم النفايات لاستخراج المعادن والكيماويات وإنتاج مواد البناء. تساهم هذه التقنيات في الحد بشكل كبير من "نفايات الموارد" والانتقال إلى الاستخدام الرشيد لموارد الكوكب.

مشكلة الطاقة

تتطلب الحضارة توافر الوقود والطاقة على المدى الطويل. لكن محدودية الكمية والزيادة في معدل استهلاك الهيدروكربونات والموارد المعدنية على الأرض أصبحت سبب مشكلة الطاقة.

نشأت الأزمات الإقليمية في الدول الفردية في حقبة ما قبل الصناعة أيضًا. وخير مثال على ذلك هو أن إزالة الغابات في إنجلترا في القرن الثامن عشر بلغت أبعادًا دفعت البلاد إلى التحول إلى استخدام الفحم للتدفئة. ثم كانت مشكلة محلية ، ولكن خلال أزمة الطاقة العالمية في السبعينيات ، اكتسبت طابعًا عالميًا. أدت الزيادة الحادة في أسعار النفط إلى ركود الاقتصاد العالمي.

تم تجاوز الأزمة ، لكن مشكلة تزويد الاقتصاد العالمي بالطاقة والوقود لم تختف ، واحتفظت بأهميتها. في المتوسط ​​، يستخدم عامل واحد في الإنتاج كمية من الطاقة تعادل 100 لتر. مع. كمية الطاقة المنتجة لكل فرد من سكان الكوكب هي مؤشر على نوعية الحياة. يُعتقد أن متوسط ​​نصيب الفرد هو 10 كيلوواط ، ومتوسط ​​القيمة لسكان الكوكب هو 2 كيلو واط فقط.

لقد وصلت البلدان المتقدمة للغاية في العالم بالفعل إلى المعايير المقبولة عمومًا لإنتاج الطاقة للفرد. لكن الاستخدام غير العقلاني للموارد ، والزيادة في عدد السكان ، والتوزيع غير المتكافئ للمواد الخام والوقود عبر مناطق الكوكب ستؤدي إلى زيادة مستمرة في استهلاكها وإنتاجها. على سبيل المثال ، خامات اليورانيوم المستخدمة في الطاقة النووية ، بمعدلات الإنتاج الحالية ، سيتم استنفادها بالكامل بالفعل في النصف الأول من القرن الحادي والعشرين.

من أسباب مشكلة الوقود والطاقة الزيادة في استخدام الموارد الطبيعية ، وعددها ليس بلا حدود. تميزت البلدان الاشتراكية السابقة باقتصاديات مكلفة للغاية ، حيث كان فقدان موارد الطاقة هائلاً. تحسن الوضع ، بعد انهيار الاتحاد السوفيتي ، بشكل طفيف ، ولكن حتى الآن تستخدم بلدان رابطة الدول المستقلة ضعف المواد الخام لإنتاج وحدة إنتاج مقارنة بالدول الأوروبية. إنتاج النفط والغاز آخذ في الارتفاع. تم استكشاف أغنى حقول النفط والغاز في غرب سيبيريا ، على جرف بحر الشمال ، في ألاسكا ويتم استغلالها ، مع تدهور الوضع البيئي في نفس الوقت.

أجرى العلماء والمتخصصون حسابات معقدة تظهر أنه إذا استمر معدل استخدام الفحم الصلب ، فسوف يستمر لمدة 325 عامًا ، والغاز لمدة 62 عامًا ، وسيتم استنفاد احتياطيات النفط خلال 37 عامًا. يتم اكتشاف رواسب هيدروكربونية جديدة باستمرار ، في كل من البر الرئيسي وعلى الرفوف. أدى اكتشاف مصادر طاقة جديدة إلى تدمير التوقعات المتشائمة للسبعينيات.

طرق حل المشكلات

هناك طريقتان لحل مشكلة الطاقة - طريقة موسعة ومكثفة.

الطريقة الشاملة هي زيادة إنتاج الهيدروكربونات وزيادة استهلاك الطاقة. لقد وصلت الصين وإنجلترا بالفعل إلى الحد الأقصى من إنتاجهما من الطاقة مع احتمال تقليل عددها. يجبر نقص موارد الطاقة العديد من البلدان على البحث عن التقنيات التي تسمح باستخدامها الرشيد.

الطريقة المكثفة - تقليل تكاليف الطاقة لكل وحدة إنتاج.

أدت أزمة الطاقة إلى إعادة هيكلة الهيكل الاقتصادي ، وإدخال تقنيات مبتكرة لتوفير الطاقة ، مما جعل من الممكن الحد من عواقب أزمة الطاقة. إذا قمت بتوفير طن من الطاقة ، فسيكون سعرها أقل بثلاث أو أربع مرات من الطن المستخرج. بحلول نهاية القرن العشرين ، خفضت الولايات المتحدة وألمانيا من كثافة الطاقة في الإنتاج بمقدار 2.5 مرة.

فمثلا:

بالمقارنة مع علم المعادن ، انخفضت كثافة الطاقة في الهندسة الميكانيكية بنحو 10 مرات.

تم نقل جميع الصناعات كثيفة الاستهلاك للطاقة من قبل البلدان المتقدمة إلى دول العالم الثالث. وفر الحفاظ على الطاقة 20٪ من موارد الطاقة لكل وحدة من الناتج المحلي الإجمالي.

ترتبط زيادة كفاءة استهلاك الطاقة بإدخال العمليات التكنولوجية الحديثة. التقنيات المبتكرة كثيفة رأس المال بشكل كبير ، ولكن هذه طريقة واعدة للتطوير - التكاليف أقل بثلاث مرات من تكاليف زيادة إنتاج موارد الطاقة.

والمثير للدهشة أن بعض الدول ، مثل الصين وروسيا والهند وأوكرانيا ، لا تزال تستخدم تقنيات قديمة في علم المعادن والصناعات الكيماوية. حتى أنهم يسعون إلى تطوير هذه الصناعات كثيفة الاستهلاك للطاقة.

ترتبط الزيادة في استهلاك الطاقة في هذه الدول بنقص الأموال لإدخال التقنيات الحديثة وزيادة طفيفة في مستوى معيشة السكان. ترتبط مشكلة الطاقة العالمية وحلها باستهلاك الطاقة لتصنيع المنتجات. في الوقت الحاضر ، لا يوجد نقص في موارد الطاقة على هذا الكوكب. بالنسبة لبعض المناطق والدول ، تظل المشكلة المميزة المتمثلة في توفير موارد الطاقة قائمة.

مشكلة الموارد العالمية ، الحلول

• تنظيم وتمويل رحلات الاستكشاف والاستكشاف. مع الانتهاء بنجاح من البحث ، ستزداد الاحتياطيات المعدنية. على سبيل المثال ، في فترة ما بعد الحرب ، زادت الكمية المكتشفة من احتياطيات البوكسيت بنحو 36 مرة ، والإنتاج بمقدار 10 مرات فقط. خلال هذه الفترة ، زادت الاحتياطيات المكتشفة من خامات النحاس ما يقرب من 7 مرات مع زيادة في الإنتاج 3 مرات فقط. تم استكشاف العديد من رواسب المعادن غير المعدنية - أملاح البوتاسيوم والفوسفوريت والملح الصخري. تتيح التكنولوجيا الحديثة إمكانية البحث عن الرواسب واستكشافها ليس فقط في البر الرئيسي ، ولكن في قاع البحار والمحيطات العالمية.
تنفيذ تقنيات توفير الطاقة ، وتقليل استهلاك المواد للمنتجات ، وكثافة الطاقة لعمليات تصنيع المنتجات النهائية.
• تحقيق معالجة كاملة وخالية من النفايات للموارد المعدنية.
• يعد استخدام المواد الخام الثانوية في الصناعة عنصرًا مهمًا في الاستخدام الرشيد للموارد الطبيعية.
• استخدام المواد الاصطناعية لتحل محل المواد الخام الطبيعية مثل السيراميك والألياف الزجاجية وألياف الكربون وغيرها من المواد.

على الرغم من الاحتياطيات الطبيعية الضخمة من المعادن - الخام والنفط والغاز ، إلا أن الاقتصاد الروسي ، الذي يتطور على نطاق واسع ، بدأ يعاني من بعض ظواهر الأزمة. تدريجيًا ، يتم استنفاد الرواسب المعدنية الغنية ، وتزداد تكلفة إنتاجها ، وهناك انخفاض تدريجي في احتياطيات الدولة من المواد الهيدروكربونية والمواد الخام المعدنية.