Еще первобытный человек использовал для совершения механической работы одомашненных животных, а до этого он освоил сжигание топлива, как источник получения тепла.
С развитием цивилизации постепенно возрастала потребность в энергии, особенно в механической, и для ее получения стали использовать ветер, небольшие реки и ручьи. Однако даже в XVII веке все они вместе давали меньше механической энергии, чем домашние животные.
Следующим крупным шагом явилось использование тепла, выделяющегося при сжигании топлива, для получения механической энергии. Я имею в виду создание паросиловых установок. Они обеспечили крупномасштабное по тем временам производство механической энергии в любом месте — ведь раньше все заводы строили только рядом с плотинами. Именно такое «раскрепощение» гарантировало успех промышленной революции XVIII века.
В начале XX века каждое здание металлообрабатывающей, текстильной или любой другой фабрики имело свою котельную, а также свою паровую машину, вращавшую протянувшиеся по всем этажам длинные валы — трансмиссии, от которых к каждому станку тянулись ременные и канатные передачи.
Только электрическая энергия, легко передаваемая по проводам и трансформируемая в любой другой вид энергии, обеспечила возможность перехода к индивидуальному приводу каждого станка от своего двигателя.
Теперь источник энергии мог находиться в любом месте. В дальнейшем это привело к централизации выработки электроэнергии на крупных электростанциях и созданию больших систем ее распределения.
Одновременно появление легкого и компактного двигателя внутреннего сгорания позволило обеспечить механической энергией автономных подвижных потребителей: автомобили, самолеты, тракторы, комбайны...
Так сложились — в основном к концу первой четверти XX века — те системы централизованного энергоснабжения, к которым мы все привыкли. Они охватывают сейчас все более или менее развитые страны. Системы эти быстро развивались, особенно во второй половине XX века, когда в течение 20—30 лет было создано 70—80% всего современного мирового топливно-энергетического комплекса.
До середины 70-х годов быстрое развитие мировой энергетики легко обеспечивалось ростом добычи ископаемого органического топлива, в первую очередь нефти.
Важную роль сыграло открытие новых громадных ее месторождений в районах Персидского залива. Они отличаются очень благоприятными условиями залегания нефти, благодаря которым одна скважина может дать до 500—1000 тонн в сутки, что обусловливает исключительно низкую стоимость добычи.
Надо учесть, что транспортировка нефти как в танкерах, так и по трубопроводам стоит недорого. В итоге нефть, добываемая даже далеко от потребителя, обходилась дешево в любой точке земного шара.
В этих условиях добыча нефти начала стремительно расти, удваиваясь каждое десятилетие, и нефть, а позднее и природный газ, стали вытеснять все остальные виды топлива с мирового рынка.
Мировое энергопотребление росло очень быстро и с 1950 года по 1975 увеличилось более чем втрое: с 2,7 млрд. тонн условного оплива (тут) в год до 9 млрд.
При этих темпах суммарное энергопотребление удваивалось каждые 20 лет, а потребление нефти и электроэнергии — за 10—12 лет. Такой рост казался естественным, особенно если учитывать, что и темпы увеличения численности населения земного шара во второй половине XX столетия резко возросли.
Демографический взрыв 50—70-х годов удвоил население Земли. Появилось много охотников подсчитывать что при таких темпах уже через 100 лет население планеты достигнет 100 млрд. человек, а энергопотребление возрастет в 150 раз.
Это, естественно, вызвало серьезные опасения, тем более, что свыше 90% суммарного потребления энергоресурсов приходилось на невозобновляемое ископаемое органическое топливо: нефть, газ, уголь.
Использование же возобновляемых энергоресурсов ограничивалось гидроэнергией, что позволяло получить только 10—15% от мирового потребления электроэнергии; в полном балансе на долю гидроэнергии приходилось еще меньше — 3—4%. Другой возобновляемый энергоресурс — биомасса (дрова, отходы сельского хозяйства и т. п.) сохранил преобладающую роль только в энергетике ряда слаборазвитых стран.
Нетрудно было подсчитать, что если существующие темпы роста потребления топлива сохранятся, то к 2060—2070 гг. окажутся полностью израсходованными не только разведанные резервы всех ископаемых органических топлив, но и прогнозные ресурсы, хотя последние и оцениваются громадной величиной: 10—15 триллионов тут.
Легко видеть, что при современном уровне потребления этих ресурсов хватило бы на 1000—1500 лет, однако при удвоении потребления за каждые 20 лет (вспомним легенду о награде за изобретение, шахмат!) расчетный срок полного исчерпания топлива сократится до угрожающей величины: одного века!
В мире энергетики силовые трансформаторы играют решающую роль. Если вы хотите овладеть знаниями о их работе и применении, обратитесь к нашей статье: Технические характеристики силовых трансформаторов распределительных подстанций. Здесь вы найдете подробную информацию о структуре трансформаторов и их ключевых параметрах.
Любая перестройка обходится дорого, и поэтому ее интенсивность определяется достигаемым экономическим эффектом. Сейчас, когда стоимость энергии сильно возросла, ряд мероприятий по ее экономии активно внедряется.
Однако целесообразность всех долговременных изменений сильно зависит от того, какой будет цена различных видов энергии.
При этом, конечно, надо учитывать различную эффективность использования разных видов энергоресурсов для тех или иных потребителей, и стоимость мероприятий по обеспечению безопасности и охране окружающей среды на всех этапах от производства энергии до его конечного использования.
В развитых странах значительный рост эффективности использования первичных энергоресурсов невозможен. Это привело к мысли о неизбежности скорого наступления «энергетического голода» и необходимости быстро перевести основную долю энергопотребления на возобновляемые ресурсы.
Надо сказать, что отношение к возобновляемым источникам энергии в мире менялось и меняется в зависимости от изменения цен на нефть. Так, в середине 70-х гг. XX века интерес к этим видам энергии резко возрос.
Бесспорно, часть потребностей в энергии должна взять на себя ядерная энергетика. Но развиваться она должна в экологически безопасном направлении. Одновременно с этим такое же равноправное, если не приоритетное, развитие должно быть дано работам по возобновляемым источникам энергии.
В июле 1989 г. Лаборатория ядерных исследований США в Лос-Аламосе, штат Нью-Мексико, известная как исследовательский центр по созданию ядерного оружия, организовала международную конференцию под девизом «Технологии на службе безопасности».
Ученые крупнейшей лаборатории ядерных исследований, сознавая свой долг и ответственность перед человечеством, решили часть своего научного и интеллектуального потенциала переориентировать на создание новых безотходных и безопасных технологий и видов энергии.
Вопросов, требующих свежего, нетрадиционного подхода, очень много. Сейчас в энергетике появляется много свежих идей, и надо очень внимательно относиться к их рассмотрению.
В любом случае определять энергетическую политику будущего придется с учетом запасов природных ресурсов, учетом мирового опыта, а также экологических последствий развития той или иной технологии.
Я убежден, что энергия Солнца, ветра и другие возобновляемые источники энергии, безотказно поддерживавшие жизнь на нашей планете около пяти миллиардов лет, в состоянии обеспечить нас экологически чистой энергией в течение следующих нескольких миллиардов лет. Нужно только осознать это.
Ниже приведен перечень интересных идей и проектов, реализуя которые человечество сумеет преодолеть энергетический кризис в будущем и выйти на новую ступень развития в области энергетики:
Новый японский водородный проект Hydrogen Energy Supply Chain (HESC
Водородные топливные элементы - ключевые технологии Panasonic
Атомные электростанции: много маленьких вместо одной большой
Геотермальная энергия в 2021 году
Высокотемпературная сверхпроводимость: история открытия, физика явления и перспективы использования
Возобновляемые источники энергии и умные сети на практике
7 крупнейших фотоэлектрических электростанций в мире
Концепция и реализация умных городов, проект умного города Quayside
Умное сельское хозяйство: примеры автоматизации современного сельскохозяйственного производства
Искусственный интеллект в электроэнергетике на практике
В современном мире технологий и инноваций, умное сельское хозяйство становится ключевой отраслью, способной решить вызовы нашего времени.
Мы уже говорили о примерах автоматизации сельскохозяйственного производства, и если вы хотите узнать больше о том, как современные технологии меняют сельское хозяйство, не пропустите нашу статью "Умное сельское хозяйство: примеры автоматизации современного сельскохозяйственного производства".
В ней мы рассмотрели важные аспекты этой темы и поделились примерами успешной реализации инноваций в сельском хозяйстве.
Яков Кузнецов
