Публикация научных статей.
Вход на сайт
E-mail:
Пароль:
Запомнить
Регистрация/
Забыли пароль?
Научные направления
Поделиться:
Статья опубликована в №81 (май) 2020
Разделы: Науки о Земле
Размещена 25.05.2020. Последняя правка: 25.06.2020.
Просмотров - 329

Аналитический обзор состояния топливо-энергетических, возобновляемых и невозобновляемых ресурсов в мире.

Лябин Михаил Пвлович

к.х.н.

Волгоградский государственный университет

доцент

Паринова Виктория Вадимовна, студент, ФГАОУ ВО «Волгоградский государственный университет», институт Естественных наук, кафедры биоинженерии и биоинформатики, ФГАОУ ВО «Волгоградский государственный университет», Паринов Сергей Вадимович, магистр, ФГБОУ ВО «Волгоградский государственный технический университет», факульт


Аннотация:
В статье представлены результаты обзорных исследований по топливо-энергетическим, возобновляемым и невозобновляемым ресурсам в мире. Что обусловлено существованием человеческого общества в уникальном и взаимосвязанном мире, в котором в глобальном масштабе возможны самые серьезные энергетические, экологические и социально-экономические проблемы, связанном с научно-техническим прогрессом, и развитием энергетики в частности.


Abstract:
The article presents the results of survey studies on fuel and energy, renewable and non-renewable energy resources in the world. This is due to the existence of human society in a unique and interconnected world in which the most serious energy, environmental and socio-economic problems associated with scientific and technological progress and the development of energy in particular are possible on a global scale.


Ключевые слова:
топливо-энергетические ресурсы; возобновляемая энергия; экологические угрозы; потребление энергии; энергетика; энергия; синтез; реакция

Keywords:
fuel and energy resources; renewable energy; environmental threats; power consumption; power engineering; energy; synthesis; reaction


УДК 553.048

Актуальность исследований обусловлена необходимостью аналитической оценки состояния возобновляемых и невозобновляемых источников энергии в мире.  Это связано со существованием человеческого общества  в уникальном и взаимосвязанном мире, в котором самые серьезные энергетические, экологические и социально-экономические проблемы происходят в глобальном масштабе, связанном с научно-техническим прогрессом, и развитием  энергетики  вообще.

Методы исследований: Методология исследования включает анализ научно-методических изданий, статей в научных изданиях, интернет-ресурсов.  Для анализа теоретических данных использовались методы регистрации, подачи, группировки, классификации, сравнительного анализа и обобщения научных материалов.

Результаты и обсуждение:

Согласно современным научным идеям, энергия - это общая количественная мера движения и взаимодействия всех типов материи, которая не возникает из ничего и не исчезает никуда.

В природе есть возобновляемые и невозобновляемые источники энергии. Возобновляемые источники энергии - природный ресурс, действие или восстановление которого быстрее, чем то, что используется или нет, зависит от того, используются они или нет. [9]

Источники возобновляемой энергии (ВИЭ) - в современной мировой практике: гидравлическая, ветровая, геотермальная, гидроэлектрическая,

cолнечная энергия, энергия морских течений, волны, приливы, температурный градиент и градиент концентрации морской воды, разность температур между массой воздуха и моря, тепла Земли, биомассы животного, растительного как домашнего, так и производственного происхождения. [1] [3] .

Человечество живет в уникальном и взаимосвязанном мире, и самые серьезные энергетические, экологические и социально-экономические проблемы происходят в глобальном масштабе.

Развитие энергетики (не только энергетики) связано с развитием человеческого общества, научно-техническим прогрессом, который, с одной стороны, ведет к значительному повышению уровня жизни людей, а с другой - оказывает воздействие на окружающую среду человека

К числу наиболее важных глобальных проблем человечества относятся:

- рост населения мира и предоставление им продовольствия;

- гарантировать растущие потребности мировой экономики с точки зрения энергетики и природных ресурсов;

- защита окружающей среды, включая здоровье человека, от разрушительных человеческих последствий технического прогресса. Он должен быть разумным. [5]

В настоящее время 16% населения и 55% мирового потребления энергии сконцентрированы в промышленно развитых странах.

В развивающихся странах 84% населения и 45% потребления энергии. При этом мировые запасы нефти (одного из основного источника энергии): Саудовская Аравия - 26%, Ирак - 11%, Иран - 9%, Кувейт - 9%, Россия - 5%, США - 2%. Природный газ: Персидский залив - 33%, Россия - 33%. Уголь: США - 25%, Россия - 16%, Китай - 12%. [6]

Учитывая нынешние темпы роста населения и необходимость повышения уровня жизни будущих поколений  прогнозируется рост глобального потребления энергии на 50-100% в 2020 году и 140 - 320% к 2050 году. В первые 20 лет роста потребления энергии в XXI веке будет выше, чем в течение всего двадцатого века с увеличением численности населения на 8 миллиардов человек. Такие экологические угрозы, как парниковый эффект и необратимое изменение климата, истощение озонового слоя, кислотные дожди (осадки), утрата биоразнообразия, увеличение содержания токсичных веществ в окружающей среде, требуют новой экологической стратегии человеческого развития для скоординированного функционирования экономики, промышленности и экосистем. [7]

Некоторые ключевые выводы:

- весьма вероятно, что человеческая деятельность приведет к глобальному потеплению. - Вероятное повышение температуры к концу века составит от 1,8 до 4,00 ° C. Вероятно, уровень моря увеличится на 28-43 см.

- ледяная шапка арктических морей подвержена исчезновению во второй половине века.

- весьма вероятно, что участие необычно теплых периодов в некоторых частях мира.

- изменение климата, вероятно, приведет к увеличению интенсивности тропических циклонов (тайфунов и ураганов).

- одиннадцать из последних двенадцати лет входят в число 12 самых жарких лет за весь рекордный период температуры на поверхности Земли (с 1850 года). [8]

Энергия  ископаемого топлива и перспективы ее развития.

Хорошо известно, что цены на нефть, как и любой другой основной продукт, определяются соотношением спроса и предложения. Цены на нефть достигли 115 долларов за баррель[10] и возможно после окончания пандемии продолжат расти. Основой цены является себестоимость производства.

Природный газ. Основные инвестиции в газовую отрасль, которая вырабатывает топливо, приходится на газопроводы. Почти все коммерческие и между месторождениями, а также значительная часть магистральных газопроводов расположены в отдаленных районах севера, где установка связана со значительными дополнительными расходами. Разделение затрат на трубы разделяет долю сгоревшего газа, соответствующего на тепловых электростанциях, в общем объеме добытого «голубого» топлива и выделении этих затрат на электроэнергию тепловых электростанций, можно получить сравнительную оценку инвестиционные затраты для обеспечения электроэнергией топливного газа. Кроме того, следует отметить, что срок полезного использования основных средств в газовой промышленности (в основном трубопроводов) в несколько раз ниже, чем в ядерной энергетике. Несмотря на увеличение добычи газа, удельные инвестиции в его производство растут примерно на 30 процентов за 5 лет. Это означает, что каждые 5 лет, как минимум 30 процентов, увеличит топливную составляющую стоимости электроэнергии.

Другими словами, к середине 21-го века топливная составляющая электроэнергии на газовых электростанциях увеличится более чем в десять раз. В результате цены на электроэнергию также будут расти. Сжигание природного газа приводит к мощной эмиссии другого парникового газа: CO2. Например, в Западной Сибири, где концентрация труб достаточно велика, ежегодно происходят тысячи несчастных случаев. Это означает, что при нынешнем уровне добычи газа около 600 млрд. м3 выбросы метана в атмосферу составляют около 30 млн. м3 в год. Финансовые потери, связанные с утечками нефти и газа, оцениваются в 200-270 миллионов долларов США в год. Большой урон вызван утечкой нефти и газа из каналов, которые обнаруживаются в водоемах: озерах, реках и болотах. Они убивают всю жизнь. Текущее состояние экономики в процессе таково, что затраты на устранение последствий аварий, связанных с огромной экономикой нефтегазопроводов, увеличиваются с каждым годом. По сути, три сферы окружающей среды испытывают сильное техногенное воздействие. Уже было много несчастных случаев.

Исследование показывает, что экономическое обоснование беспрецедентного крупномасштабного производства газа в России можно экспортировать только с высокими мировыми ценами, чтобы оплачивать внутренние затраты на добычу и транспортировку газа. Именно здесь лежит большая слабость российского газового хозяйства. [11] Практически любое из его приложений которого, даже в традиционных секторах российской экономики, может быть реализовано только на субсидированной основе, что и происходит на практике. Экономически целесообразно использовать газ в российской газохимической промышленности, которая обеспечивает полимеры на внутреннем и внешнем рынках. Сегодня многие химические продукты, полученные из нефти и газа в странах, у которых нет собственного сырья, более не конкурентоспособны из-за высоких темпов роста цен на углеводородное сырье. Ещё Д. И. Менделеев писал: « Нефть не топливо – топить можно и ассигнациями».

До 2020 года количество атомных мощностей увеличится в 2,3 раза, угля - в 1,7 раза.

В результате к 2020 году доля добычи газа в общем энергетическом балансе России составит примерно 33 ÷ 34%, производство угля вырастет с 25 до 32%, ядерная генерация - с 16 до 21%. Выбросы атмосферы с угольных станций вызвали так называемый кислотный дождь, который разрушает растительность, почву, водоемы и, прежде всего, здоровье человека. Для оценки объемов падения кислотных дождей достаточно представить, что тепловая мощность 1000 МВт углерода с содержанием серы около 3,5%, несмотря на использование чистящих средств, испускает около 140 тысяч. Тонны в год двуокиси серы, которая образуется из 280 тыс. Тонн серной кислоты. Двуокись азота может вызвать отек легких. Серный ангидрид поражает верхние дыхательные пути. Канцерогенное действие тяжелых металлов, выделяемых вместе с золой, не требует комментариев. Затем в результате сжигания угля существует много канцерогенных и мутагенных веществ. Годовой объем ТБО СНГ (твердых бытовых отходов Содружества Независимых Государств) составляет более 120 миллионов тонн. Из зольных поверхностей мусорные свалки поднимают ветер Золи, образуя пыльные бури. Не рекомендуется использовать золу в качестве строительного материала из-за увеличения радиационного фона. Мало кто знает, что процесс сжигания угля является радиоактивным загрязнением окружающей среды. При сжигании угля содержащиеся в нем радионуклиды (уран, торий, радий, полоний-210, свинец-210 и т. д.) Концентрируются в золе. Поэтому ТЭС (теплоэлектростанции) являются более серьезным источником внешнего и внутреннего облучения населения, проживающего в прилегающих районах, чем атомные электростанции, которые обычно работают. ТЭЦ (теплоэлектроцентраль) на угле в течение года выпускает больше радиоактивности чем атомная электростанции с той же мощностью, а в накопленной золе содержится так много урана-235, что этого будет достаточно для производства двух ядерных бомб, если это имел успех в изоляции. Глобальная эмиссия урана и тория от сжигания угля составляет около 40 000 тонн в год. В России угольные электростанции выделяют радионуклиды, которые превышают 1000 тонн урана в год.

Выбросы урана из угольной золы из ТЭЦ-4 в Новосибирске превышают выбросы урана с завода по производству химического концентрата (завод по производству топливных сборок для ядерных реакторов) в 7,5 раза. Экспериментально установлено, что индивидуальные дозы в области ТЭС в 1 ГВт (д) превышают аналогичную дозу в 5-10 раз вблизи растения. Стоимость транспортировки угля на когенерационные угольные электростанции в европейской части России выше, чем стоимость самого угля. [15] Хотя это и не бесспорно.

В 2015 году в европейских странах было произведено более 3 миллионов метрических тонн биотоплива. Крупнейшим потребителем и производителем является Германия. В мире начинают появляться специальные программы по популяризации использования биотоплива.

Биомасса имеет свои собственные барьеры при использовании в качестве топлива. Как и в случае с ископаемым топливом, сжигание биомассы  вызывает образование СО2. Но если ископаемое топливо выделяет CO2 в течение миллионов лет, создавая его избыток в атмосфере, то углекислый газ, выделяемый биомассой во время сгорания, поглощается растениями, поэтому биотопливо можно считать «нейтральным углеродом». И поэтому в будущем биомасса «безболезненно» может заменить нефть, газ и уголь во многих местах потребления. [15]

Среди вещей, на  которые следует обратить пристальное внимание, - заводы по очистке биомассы. Такие заводы будут использовать различные виды биотоплива и создавать постоянный запас для использования в различных областях. Например, на нефтеперерабатывающих заводах сахар в виде целлюлозы и лигнина из растений используется в качестве основы для ферментации, для получению этанола. В качестве биотоплива можно использовать дерево и различные виды трав. На других нефтеперерабатывающих заводах используется термохимический подход для стандартизации биомассы, превращения массы в более эффективную с энергетической точки зрения жидкость или газ.

Исследователи видят будущее в биогазе как заменителя нефти, как источника многих химических веществ, используемых в современном мире. Вещества из пластика, красок и клея могут производиться не из нефтепродуктов, а из биомассы. В 2014 году во всем мире было произведено электричество из биомассы электростанции общей мощностью 35 000 МВт. Из навоза животных ферментация метана вырабатывает биогаз. Биогаз составляет 55-75% метана и 25-45% СО2. Из тонны навоза крупного рогатого скота (в сухом весе) получается 250-350 кубических метров биогаза. Мировым лидером по количеству действующих биогазовых установок является Китай. В отличие от газификации угля, газификация биомассы происходит при более низкой температуре. Из 1 кг биомассы можно получить до 0,6 кг биогаза, который состоит из водорода на 18-20%. Россия ежегодно накапливает до 300 миллионов тонн органических отходов в сухом эквиваленте, из которых 250 миллионов тонн в сельскохозяйственном производстве, 50 миллионов тонн в виде бытового мусора. Для производства биогаза из навоза для производства 1000 МВт электрической энергии требуется 80-100 км2, на котором должно быть расположено 80 миллионов свиней или 800 миллионов птиц.  

Ветряная энергия. Наиболее перспективными местами для использования энергии ветра являются прибрежные зоны. Италия, Великобритания и Япония имеют около 1000 МВт каждый установленной мощности из-за этого источника энергии. Около 20% электроэнергии в Дании создается ветром. Индия в 2005 году получает около 3% всей электроэнергии от энергии ветра. Страны ЕС в 2015 году произвели около 3% потребляемой электроэнергии из энергии ветра. Запасы энергии ветра более чем в сотни раз превышают запасы гидроэнергии всех рек планеты. Энергия ветра - это нерегулируемый источник энергии.

Производство электростанции, работающей на энергии ветра  зависит от его силы, что является очень неустойчивым фактором. Соответственно, поставка электроэнергии от ветрогенератора к энергосистеме характеризуется большой неравномерностью как в ежедневном, так и в еженедельном, ежемесячном, годовом и многолетнем плане. Учитывая, что сама энергосистема имеет неоднородность нагрузки (суточные и сезонные пики и потери мощности), которые не могут естественным образом регулировать ветроэнергетику, введение значительной доли энергии ветра в энергосистему приводит к ее дестабилизации.

Очевидно, что энергия ветра требует значительного резерва мощности в энергосистеме (например, в виде газотурбинных электростанций), а также механизмов сглаживания гетерогенности их генерации.  Особенность энергии ветра значительно увеличивает стоимость производимой им электроэнергии. Строительство ветровых станций осложняется необходимостью изготовления больших лопаток турбины. Так, согласно немецкому проекту, установка мощностью 2-3 МВт должна иметь диаметр ветрового колеса 100 м, и он производит такой шум, что становится необходимым отключить его ночью. В Огайо (США) была построена крупнейшая в мире электростанция мощностью 10 МВт. После нескольких дней работы она была продана за металлолом по цене 10 долларов за тонну. В радиусе нескольких километров стало невозможно жить из-за инфразвука, который совпадает с альфа-ритмом мозга.

Тяжелые негативные последствия использования энергии ветра включают в себя вмешательство в воздушное движение, радио- и телевещание, нарушение маршрутов миграции птиц, климатические изменения из-за нарушения естественной циркуляции воздушных потоков. Для обеспечения производства 15% энергии в Германии с помощью ветровой энергии в Северном море 12 ветровых турбин должны быть размещены на участке земли площадью 2500 км 2, который уже не может быть использован для других целей. Кроме того, перед лицом растущей террористической угрозы важно помнить, что только один террорист на моторной лодке способен «выбить» все это за 15 минут. Средняя ветряная турбина в Германии имеет мощность 800 кВт и коэффициент использования мощности (CIM) - 22%. Для производства 160 миллионов кВтч требуется 100 000 турбин.

Для достижения нынешнего уровня производства электроэнергии во Франции с использованием энергии ветра потребуется 20 тыс. квадратных километров земли (4% территории страны).  Для сравнения, площадь, занятая французскими АЭС, составляет всего несколько десятков км2.

Солнечная энергетика — направление альтернативной энергетики, основанное на непосредственном использовании солнечного излучения для получения энергии в каком-либо виде. Солнечная энергетика использует возобновляемый источник энергии[

Основным материалом является кремний с чистотой 99,99%, что составляет 40 долл. / Кг, фотоэлектрическая энергия имеет КПД всего 17%. Себестоимость составляет более 40 центов / кВтч при средней стоимости электроэнергии 2 цента / кВтч. Техническое использование солнечной энергии осуществляется несколькими способами: использование оборудования с низкой и высокой температурой, прямое преобразование солнечной энергии в электрическую энергию в фотоэлектрическом оборудовании. Поток солнечной энергии на поверхности Земли существенно зависит от широты и климата. [17]

В разных местах среднее количество солнечных дней в году может сильно различаться. Солнечная электростанция не работает ночью и не работает эффективно в утренние и вечерние сумерки. В то же время пиковое потребление энергии падает именно в утренние и дневные часы. Кроме того, мощность электростанции может внезапно и неожиданно колебаться из-за изменения климата. Чтобы преодолеть эти недостатки или необходимо использовать эффективные электрических батарей (в настоящее время это нерешенная проблема), построить насосную станцию, большей площади, или использовать концепцию т.н. «водородной энергии», что не соответствует экономической эффективности. Расчет потенциала солнечной энергии в  России показывает, что средняя интенсивность солнечной радиации для среднеполосной части Европейской России составляет 150 Вт / м2, что в 1000 раз меньше тепла производимого в котлах ТЭС (теплоэлектростанций). Практическая реализация исполлзования солнечной энергии (как и энергии ветра) требует отчуждения крупных земельных участков. Очевидными недостатками солнечной энергии являются: высокая стоимость; поверхностные фотопанели периодически следует очищать от пыли и других загрязняющих веществ, что может быть затруднительно в связи  с их огромной площади в несколько квадратных километров; кроме того, эффективность фотоэлектрических элементов значительно уменьшается при нагревании, поэтому необходимо установить систему охлаждения, как правило, водой; жизнь элемента ограничена, и после 30 лет работы эффективность фотогальванических клеток начинает уменьшаться; несмотря на экологическую чистоту полученной энергии, сами солнечные элементы содержат токсичные вещества, такие как свинец, кадмий, галлий, мышьяк и т. д., а их производство потребляет много других опасных веществ.

Современные солнечные батареи имеют ограниченный срок службы (30-50 лет), и их массовое использование в ближайшем будущем поставит в то же время сложную проблему их удаления, что все еще неприемлемо с точки зрения решения окружающей среды.

Цены на солнечные батареи минимальных цен на солнечные элементы монокристаллического кремния - 4,30 долл. / Вт установленной мощности. Поликристаллический кремний - 4,31 долл.  / Вт установленной мощности. Тонкая пленка - 3,0 долл.  / Вт установленной мощности. Стоимость кристаллических фотоэлементов в 40-50% состоит из стоимости кремния.

Из всех известных видов возобновляемых источников энергии только гидроэнергетика в настоящее время вносит значительный вклад в глобальное производство электроэнергии (17%). В большинстве промышленно развитых стран лишь незначительный гидроэнергетический потенциал оставался незанятым. Таким образом, в европейской части России с самым сильным топливно-энергетическим балансом использование гидроэнергетических ресурсов достигло 50%, а их экономический потенциал почти исчерпан. Гидроэлектростанция (ГЭС) - это электростанция, которая использует энергию потока воды (как правило рек) в качестве источника энергии. Гидроэнергетические объекты потенциально могут быть подвержены опасности крупных катастроф. Так, в 1979 году авария на плотине в Морви (Индия) потребовала около 15 тысяч жизней, в Европе в 1963 году авария с плотинами в Вайонте (Италия) привела к гибели 3 тысяч человек. [2]

Негативное воздействие гидроэнергетики на окружающую среду в основном сводится к следующему: наводнение сельскохозяйственных земель и поселений, нарушение водного баланса, что приводит к изменению существования флоры и фауны, климатических последствий (изменения в тепловом балансе, увеличение осадков, скорости ветра, облачности и т. д.).

Разрушение ложа реки вызывает осаждение осадка и эрозию берегов, ухудшение самоочищения проточной воды и уменьшение содержания кислорода затрудняют движение рыбы. С увеличением масштаба гидравлической структуры масштабы воздействия на окружающую среду также увеличиваются. В гидроэнергетике, помимо обычных гидроэлектростанций, есть приливные электростанции (ПЭС). Приливные электростанции строятся на берегах морей, где гравитационные силы Луны и Солнца меняют уровень воды два раза в день. Колебания уровня воды на берегу могут достигать 13 метров.

Преимуществами приливных электростанций (ПЭС) являются совместимость с окружающей средой и низкая стоимость производства энергии. Недостатками ПЭС являются высокая стоимость строительства (капитальные затраты) и изменение пропускной способности в течение дня, так что ПЭС может работать только в единой энергосистеме с другими типами электростанций. Роль гидроэнергетики России или  мира в ТЭБе не показана, как и в других разделах.

Геотермальная энергетика. С древних времен вулканы были ужасающими. Но горячие подземные источники могут быть обернуты для производства тепла и электричества. Он широко распространен в Исландии и Новой Зеландии. В настоящее время 1,6% «чистой» электроэнергии, производимой в Соединенных Штатах, приходится на геотермальные электростанции.

Повсюду на планете на глубине 5-10 км ниже поверхности земли поток геотермальных вод ( или часто пар) может быть использован для выработки энергии. Нагретые грунтовые воды достигают поверхности земли в виде тепловых источников или гейзеров, это тепло может быть преобразовано в электрическую энергию или непосредственно использовано для нагрева домов и теплиц. Первый опыт производства электроэнергии из геотермальных источников произошел в Италии в 1904 году. Впоследствии аналогичные электростанции были построены в Новой Зеландии, Японии, на Филиппинах и в Соединенных Штатах. Рейкьявик, столица Исландии, почти полностью нагревается геотермальными водами. [1]

Недостатком геотермальной энергии является также невозможность строительства геотермальных станций в большинстве регионов планеты. Кроме того, есть пример того, когда электростанция, построенная в течение многих лет, была неактивной, потому что источник горячей воды внезапно высох. Кроме того, следует помнить, что с использованием новых видов энергии возникает новый тип воздействия на окружающую среду, что может привести к изменению природных условий в глобальном масштабе и которые по-прежнему трудно оценить в целом. Энергия вулкана используется в 62 странах, общая мощность станций составляет 19 300 МВт.

Участие России на мировом геотермальном рынке примечательно: 10%. Сейчас на Камчатке и Курилах есть 5 геотермальных электростанций мощностью 80 МВт, которые обеспечивают 25% потребностей региона. Кроме того, геотермальные месторождения в Краснодарском крае имеют 12 месторождений. Перспективная территория Краснодарского, Северного Кавказа, Калининградская область.

Водород выбирается как наиболее распространенный элемент на поверхности земли и в пространстве, теплота сгорания водорода является самой высокой, а продуктом горения является вода (которая снова вводится в энергетическую цепь водорода). Основной проблемой водородной энергии является производство исходного топлива: водорода. Производство водорода В настоящее время существует много методов промышленного производства водорода: от природного газа, газификации, электролиза воды, водорода из биомассы, благодаря атомной энергии. Ведется работа по созданию атомных электростанций следующего поколения, которые могут быть источником водорода. [4]

Исследовательская лаборатория INEEL (Национальная лаборатория экологической инженерии, Айдахо, США) предсказывает, что единица атомной электростанции будет производить водород следующего поколения, что эквивалентно 750 000 литров бензина. Министерство энергетики США UU (DOE) прогнозирует, что стоимость водорода будет равна стоимости бензина к 2015 году. Водородные топливные элементы, одно из основных преимуществ высокой эффективности, также имеют свои собственные недостатки.

В частности, высокие затраты и более высокие требования к чистоте используемого водорода. Производство высокоочищенного водорода, в свою очередь, приводит к снижению общих экономических показателей водородной энергии. Это является значительным препятствием для развития, например, использования водородных топливных элементов в автомобилях. В этой связи в России, как и в других странах, также ведется работа по прямому использованию необработанного топливного водорода в обычных двигателях внутреннего сгорания.

Термоядерная реакция (реакция синтеза) — вид ядерной реакции, в которой более лёгкие атомные ядра за счёт кинетической энергии их теплового движения объединяются в более тяжёлые.

Ядерная реакция распада (реакция деления) — вид ядерной реакции, в которой ядро спонтанно или под действием внешней частицы распадается на два-три осколка (более лёгких ядра/частицы).

Соглашения о создании ИТЭР (международного термоядерного реактора) были подписаны в Париже в ноябре 2006 года после переговоров между делегациями России, Европейского союза, Индии, Китая, Южной Кореи, Соединенных Штатов и Японии.

ИТЭР будет построен в Кадараше, на юге Франции. Его конструкция должна длиться десять лет, после чего реактор следует использовать в течение 20 лет. Общая стоимость проекта оценивается примерно в 10 миллиардов долларов. США, из которых 40% будут предоставлены Европейским союзом, а 60% - в равных частях другими участниками проекта. Вклад России в проект будет до 10% его стоимости. ИТЭР работает благодаря термоядерному синтезу. [2]

Фактически, ученые поставили задачу воспроизвести в лаборатории, а затем в промышленных средах процессы происходящие на солнце: ядерное слияние изотопов водорода - дейтерий и тритий приводящее к образованию химически инертного гелия и высвобождению больших количеств энергии. Энергия, когда используется грамм дейтерий-тритиевого топлива, теоретически эквивалентна восьми тоннам нефти, полученной при горении. По мнению экспертов, ИТЭР не представляет никакой проблемы для безопасности окружающей среды и человечества, она не содержит элементов, которые позволяют создавать атомную бомбу. Дейтерий (2Н) и тритий (3Н) будут использоваться в ядре ядерных реакций, которые будут использоваться для управляемого термоядерного синтеза и гелия-3 (3Не) в более отдаленном будущем.

Самой простой реакцией является дейтерий + тритий, намного сложнее реакции дейтерия + гелий-3. Возможны также реакции между ядрами дейтерия, которые немного сложнее, чем реакция с гелием-3. Эти две реакции протекают медленно параллельно реакции дейтерия + гелия-3, а тритий и гелий-3, образовавшиеся во время этих реакций, очень быстро реагируют с дейтерием. [6]

Рассмотрим возможность проведения обеих реакций. Получение термоядерная энергия с использованием реакции синтеза «дейтерий-тритий» в качестве основы имеет ряд важных недостатков. Во-первых, в этой реакции количество нейтронов с большой энергией (14 МэВ) намного выше, чем в ядерной энергетике.

Во-вторых, важно отметить, что необходимо защитить магнитную систему реактора от мощного нейтронного излучения, что усложняет и, следовательно, увеличивает стоимость строительства. В-третьих, многие элементы конструкции тритиевого реактора после окончания операции будут очень активными и потребуют длительного удаления, специально созданного для этого хранилища. В-четвертых, в природе нет источника трития, который должен быть сделан непосредственно в реакторе, что потребует дополнительных усилий, связанных с радиохимией, что является дополнительной сложностью. Кроме того, в реакции дейтерий-тритий 80% энергии вырабатывается нейтронами, но только 18% заряженными частицами, что уменьшает

Интенсивность потока нейтронов уменьшается примерно в 30 раз, что позволяет обеспечить срок полезного использования 30-40 лет. После окончания работы гелиевого реактора не образуются высокосортные остатки, и радиоактивность структурных элементов будет мала. В чем проблема? Почему бы нам не использовать такое выгодное термоядерное топливо? Прежде всего, потому что на нашей планете изотоп гелия-3 чрезвычайно мал. Он родился на Солнце, иногда называемый «солнечным изотопом». Его общая масса там превышает вес нашей планеты. В окружающем пространстве гелий-3 транспортируется солнечным ветром. Магнитное поле Земли отводит важную часть этого ветра, поэтому Гелий-3 составляет всего одну триллионную атмосферу Земли, около 4000 тонн. [8]

Там он чередуется с «реголитом» (от греческого «реос» - «одеяло», и «литос» - «камень») лунной почвы, который похож на обычную накипь в композиции. По некоторым оценкам, около 1 трлн. тонн 3Не содержится в лунном грунте, поэтому его называют лунным гелием. Этого хватит на 50 миллионов лет. В дополнение к гелию-3 луна может быть найдена в плотных атмосферах планет-гигантов, и, согласно теоретическим расчетам, для Юпитера будет достаточно только энергии до земли в конце времени. На пути к созданию энергии на основе гелия-3 существует серьезная проблема. Тот факт, что реакция «дейтерий-гелий-3» намного сложнее реализовать, чем реакция «дейтерия и трития». Во-первых, очень сложно осветить смесь этих изотопов. Расчетная температура, при которой термоядерная реакция будет протекать в смеси дейтерия и трития, составляет от 100 до 200 миллионов градусов. При использовании гелия-3 требуемая температура на два порядка выше. Это все равно что  зажечь небольшое солнце на Земле. Однако, зажечь солнце это еще половина дела. Как при этом поведет рабочее тело - плазма, нагретая до многих миллионов градусов, которая должна поддерживаться в магнитном поле, неизвестно. Эксперименты в плазме проводили в течение многих десятилетий, но только в конце июня 2006 года в Москве представители нескольких стран подписали соглашение о строительстве в южной Франции в Кадараше. [10]

Международный экспериментальный термоядерный реактор (ИТЭР), прототип практической термоядерной электростанции. В качестве топлива ИТЭР будет использовать дейтерий с тритием. Термоядерный реактор в гелии-3 будет структурно более сложным, чем ИТЭР, и пока это даже не в проектах.

 Сегодня ясно, что перспективы энергетики не могут быть связаны с углеводородным топливом в качестве источника первичной энергии.

Известные аргументы в пользу этого утверждения: это невозобновляемое топливо, его ресурсы ограничены, производственные и транспортные издержки постоянно растут и, наконец, энергетические технологии на том основании, что они не могут в принципе соответствовать новым экологическим требованиям, что соответствует современному пониманию процессов, происходящих в окружающей среде

Сегодняшнее отношение общественности к ядерной энергии определяется прежде всего тем, что этот вид энергетики еще не достиг того уровня развития, который достигла традиционная энергетическая  промышленность, сжигание ископаемого топлива. Однако отношение, которое развивалось в отношении ядерной энергии после Чернобыля, как врага природы и экологии, постепенно исчезает. Однако, нельзя забывать, что вся производственная деятельность человечества (включая ядерную и тепловую энергию) оказывает антропогенное воздействие на окружающую среду.

Однако, если сравнить ущерб, вызванный воздействием  других технологий в общем риске человеческой жизни и природы в целом, можно увидеть, что это может быть еще хуже без атомных электростанций. Несмотря на опасность радиации, за более чем 50 лет развития ядерной энергетики в мире, людские потери  от чрезмерного лучевого воздействия во много раз меньше, чем в результате автомобильных аварий. Например, в Соединенных Штатах, вероятность смерти от несчастных случаев на атомных электростанциях в 100 раз меньше, чем в автомобильной аварии, и в 1000 раз меньше вероятности сердечных заболеваний. [12]

В XXI веке к атомной энергетике предъявляется пять основных требований: безопасность, экономичность (конкурентоспособность по сравнению с другими энергетическими технологиями), нераспространение, управление отработавшим топливом и радиоактивные отходы (экология). В настоящее время ядерная энергия сохраняет и укрепляет свои позиции в качестве одного из основных источников энергии в мире.

Уже построено более 10 000 реакторов, из которых 7 000 работают без крупных аварий с апреля 1986 года. К 2020 году будет эксплуатировать более 500 атомных энергоблоков. По данным МАГАТЭ (Международное агентство по атомной энергии), в конце 2006 года в 30 странах действовало 435 реакторов, еще 29 находятся на стадии разработки. Первое место принадлежит США с 103 единицами, за которыми следуют Франция (59), Япония (55) и Россия (31). [13]

Заключение

Таким образом, в настоящей работе  проведен аналитический обзор мировых источников возобновляемой или генерируемой энергии. Рассмотрены проблемы и особенности при разработке и эксплуатации возобновляемых источников энергии. Определено, что текущее состояние экономики таково, что затраты на устранение последствий аварий, связанных с использованием нефтегазопроводов и другого транспорта, увеличиваются с каждым годом. Все сферы окружающей среды при эксплуатации различных источников энергии испытывают сильное техногенное воздействие , поэтому особое внимание должно уделяться экологической безопасности. Представлен прогноз изменений значения объема генерации в ближайшее время. Показана необходимость увеличения объем работ по разработке альтернативных источников энергии (атомной энергетики в т.ч.), эксплуатация, которых наряду с использованиемвсех хорошо известных топливных ресурсов является актуальной проблемой в современном мире и ставит следующие задачи: долгосрочное хранение энергии, снижение стоимости генерации, утилизация солнечных панелей и лопастей ветряных станций.

Библиографический список:

1. Агентство стратегических инициатив. Национальная технологическая инициатива. Режим доступа: https://asi.ru/nti/ (дата обращения: 05.08.2016).
2. Азимов А. Загадки мироздания. Известные и неизвестные факты. М.: Центрполиграф. Андреенко и др. Атлас ресурсов возобновляемой энергии на территории России: науч. издание. М.: РХТУ им. Д.И. Менделеева, 2015
3. Башмаков И.А. Основные рекомендации: повышение энергоэффективности в российской промышленности. М.: Центр по эффективному использованию энергии (ЦЭНЭФ).
4. Вишневский А., Андреев Е. К 2030 году население России может вырасти до 150 млн человек. НИУ ВШЭ. Режим доступа: https://iq.hse.ru/news/177666200.html (дата обращения: 22.07.2016). ВНИИКП (2010)
5. Солнечная энергетика России: перспективы и проблемы развития. Режим доступа: http://gisee.ru/articles/solar-energy/24510/ (дата обращения: 21.12.2016). Гохберг Л.М. (2016)
6. Черный лед. Режим доступа: http://www.greenpeace.org/russia/ru/campaigns/protect-the-arctic/Black-ice – Russian-oil-spill-disaster/ (дата обращения 22.07.2016).
7. Иванов И.В., Ермоленко Б.В. Эколого-экономические проблемы теплоснабжения городских районов и некоторые подходы к повышению эффективности их решения на стадии обоснования инвестиций // Успехи в химии и химической технологии. Т. XXIX. № 8. С. 128–132.
8. Кластер ядерно-физических и нанотехнологий в г. Дубне. Технологии сверхпроводимости. Режим доступа: http://dubna-cluster.ru/areas/superconductivity/ (дата обращения: 22.07.2016).
9. Конькин Д.А. Устойчивое развитие энергетических компаний в условиях неопределенности и риска // Экономика и менеджмент инновационных технологий. № 2. Режим доступа: http://ekonomika.snauka.ru/2014/02/3874 (дата обращения: 13.11.2015).
10. Кувшинова О., Прокопенко А., Стеркин Ф. Россию ждут 15 лет застоя, если не будет реформ и не подорожает нефть // Ведомости. 15.02.2016. Режим доступа: https://www.vedomosti.ru/ economics/articles/2016/02/15/629411–15-let-zastoya (дата обращения: 22.07.2016).
11. Минэнерго России. Энергетическая стратегия России на период до 2035 г. Проект документа в редакции от 30 сентября 2015 г.
12. Минэнерго России. В Минэнерго России состоялось заседание рабочей группы по внедрению интеллектуальных энергетических систем. 24.06.2015. Режим доступа: http://minenergo. gov.ru/node/2460 (дата обращения: 28.07.2016).
13. Минэнерго России. Генеральная схема развития нефтяной отрасли России до 2035 г.
14. Панцхава Е.С., Беренгартен М.Т., Ванштейн С.И. Биогазовые технологии. Проблемы экологии, энергетики, сельскохозяйственного производства. М.: МГУИЭ, ЗАО «Экорос».
15. Петрова И.Т., Али-Заде Т.К. Отрасль обращения с твердыми бытовыми отходами в фокусе ГЧП: общий взгляд и институциональные российские особенности // Экономика и современный менеджмент: теория и практика. № 41. С. 41–58.
16. Подольский Ю.В., Прищепа О.М. (2007) Нефтегазовый потенциал России. Современное состояние, перспективы развития // Нефтегазовая геология. Теория и практика. № 2. С. 1–23.
17. Российское атомное сообщество. Инновационные ядерные системы IV поколения. 22.06.2012. Режим доступа: http://www.atomic-energy.ru/technology/34307 (дата обращения: 26.07.2016).
18. Рябов Б.А. Национальная технологическая инициатива: дорожная карта развития рынка EnergyNet. М.: Агентство стратегических инициатив, РВК. Режим доступа: http://studydoc.ru/ doc/4983382/2015–07–17—prezentaciya-energynet-k-mrg (дата обращения: 21.12.2016).




Рецензии:

2.06.2020, 11:48 Бессонов Евгений Александрович
Рецензия:  Автор(ы) использовал научно-публицистический стиль написания статьи на тему проблем глобальной энергетики в основе, которой, положены обзорные исследования. Прежде всего, необходимо отметить актуальность работы. Статья изобилует многочисленными статистическими данными по проблемам основных направлений мировой энергетики, что делает работу информационно значимой (т.е. она может иметь практическое значение). Поэтому данные исследования могут представлять интерес, как для определенного круга специалистов, так и для широкого круга читателей. Однако для того, чтобы рекомендовать работу к публикации, автору необходимо выполнить ряд поправок и уточнений. Есть вопросы по стилистике написания статьи и к используемой терминологии. 1. Аннотация: «В статье проведена экспертная оценка состояния топливо-энергетических и возобновляемых (!) ресурсов в мире…» Возможно автор хотел написать: «В статье проведена экспертная оценка состояния возобновляемых и невозобновляемых энергетических ресурсов в мире, …»? 2. Далее, по поводу экспертной оценки. Кто имеет право давать подобную экспертную оценку? Хочу напомнить, что эксперты – это лица, обладающие профессиональными знаниями в конкретной области и способные высказать аргументированное мнение по изучаемому вопросу. Сомнительно, что автор(ы) является таковым, поскольку в библиографическом списке не приведено ни одной его работы. Следовательно, речь в статье может идти не о том, что была проведена экспертная оценка состояния… ресурсов, а о том, что автором представлены результаты его обзорных исследований. 3. Как понять смысл фразы: «… необходимость повышения уровня жизни будущих поколений для Всемирного энергетического конгресса (!), …»? 4. Далее, «Согласно информации Всемирного энергетического конгресса,..»? Какого по счету конгресса, всего их было 24. Где ссылки на данный конгресс? 5. Заключение. «…в настоящей работе дано определение топливно-возобновляемых ресурсов,…». В работе отсутствует (научное) определение нового термина: «топливно-вознобновляемые ресурсы». 6. «Все сферы окружающей среды при эксплуатации различных источников энергии испытывают сильное техногенное воздействие, поэтому особое внимание должно уделяться технике безопасности (!)» (?). Здесь нет логической связи. Возможно, автор имел в виду не технику безопасности, а экологическую безопасность? Советую автору(ам) внимательно пересмотреть текст статьи и устранить все имеющиеся недочеты, после чего можно вернуться к вопросу о рекомендации ее к публикации.

04.06.2020 14:14 Ответ на рецензию автора Лябин Михаил Пвлович:
С мнением рецензента согласен. Спасибо за рецензию. По всем замечаниям сделаны соответствующие правки.



Комментарии пользователей:

1.06.2020, 10:10 Хушбоков Бахтиёр Худоймуродович
Отзыв: Хорошо анализировано данная тема. Заключение нужно расширить. Статью можно опубликовать


4.06.2020, 21:20 Бессонов Евгений Александрович
Отзыв: В разделе «Актуальность» не исправен (не удален) термин «экспертная оценка», а в разделе «Заключение» – «топливо-возобновляемые ресурсы». После их редактирования статья рекомендуется к публикации.


Оставить комментарий


 
 

Вверх