Возобновляемая энергия. Эффективность и побочные эффекты использования ископаемых топлив
Возобновляемая энергия. Введение, - продолжим:
Конверсия и эффективность
Когда идет превращение энергии из одной формы в другую, ее полезный выход не всегда полный. Отношение полезной энергии к затраченной (обычно выражается в процентах) определяет эффективность процесса. Он может быть таким же высоким (90 %), как в водяной турбине или в хорошем электродвигателе, иметь показатели около 35-40 %, как тепловые электростанции, работающие на угле (если на ней не используется «отработанное» тепло), или низкие показатели (10-20%) в обычном двигателе внутреннего сгорания. Некоторые недостатки могут быть уменьшены за счет умелого проектирования энергетооборудования, но существует еще много других возможностей превращения энергии.
В таких системах разница между высокой и низкой конверсионной эффективностью существует из-за того, что в процессе преобразования механической или электрической энергии выделяется тепло. Нагрев, как было показано выше, - это кинетическая энергия беспорядочно движущихся молекул, по существу хаотическая форма энергии. Ни в одном устройстве невозможно целиком превратить этот хаос в упорядоченное состояние механической или электрической энергии. Это основное положение Второго закона термодинамики: существует определенный предел эффективности любого теплового двигателя. Некоторая часть энергии всегда должна превращаться в низкотемпературное тепло.
Ископаемое топливо и изменение климата
Существующее использование ископаемых и ядерных топлив имеет много неблагоприятных последствий. К этому следует отнести загрязнение воздуха, кислотные дожди, истощение природных ресурсов и опасность ядерного излучения; все это более детально описано в тексте работы. В этом кратком введении, мы освещаем только одну проблему: глобальное изменение климата, вызванное тепловой эмиссией газов, вызванной сгоранием ископаемого топлива.
Температура поверхности Земли стабилизируется за счет существующего баланса поступающей энергии Солнца и убывающей инфракрасной энергии, отраженной от поверхности Земли обратно в космос. Если бы Земля не имела никакой атмосферы, средняя температура ее поверхности была бы -18°C; но атмосфера содержит «парниковые газы» - главным образом, водяной пар, углекислоту и метан. Это подобно стеклам теплицы, которые позволяют солнечному излучению войти, но препятствуют оттоку инфракрасного излучения. Естественный «тепличный (парниковый) эффект», который они вызывают, важен для поддержания температуры у поверхности Земли на уровне, подходящем для жизни, около 15°C.
Однако, с увеличением промышленной активности, деятельность человечества добавляет парниковые газы в атмосферу. Основной аспект увеличения эмиссии - углекислота от сгорания ископаемых топлив (рис. 1). Ученые считают (IPCC, 2001), что эти «антропогенные» (созданные человеком) эмис-сии вызвали повышение глобальной средней температуры Земли на 0,6°C в течение двадцатого столетия (рис. 2). Если эмиссии не прекратятся, внешняя температура предположительно увеличится в интервале от 1,4 до 5,8°C (в зависимости от модели сделанных предположений) к концу 21 столетия. Такие повышения, вероятно, вызовут усиление климатических нарушений, как, например, наводнения или засухи, серьезные нарушения сельского хозяйства и естественной экосистемы. Вероятно, средние уровни морей повысятся приблизительно на 0,5 м к концу столетия, что приведет к затоплению некоторых низменных областей. И к 2100 году таяние антарктических льдов приведет к еще более значительному повышению уровня моря.
Угроза глобального изменения климата, вызванного эмиссией углекислого газа, который выделяется при сгорании ископаемого топлива, - одна из главных причин растущей необходимости сокращения таких эмиссий. К концу 21 столетия необходимо сокращение эмиссии на 60-80%, что может быть достигнуто при использовании низко- или полностью безуглеродистых источников энергии, таких, как, например, возобновляемые.
Рисунок 1. Концентрации углекислого газа (CО2) в атмосфере за период 1854-2000 годы.
Данные о концентрации углекислого газа (CО2) после 1958 года (рисунок 1) были определены по данным Mаunа Loа (Гаваи); до 1958 года - по данным оценки изменения средних температур по состоянию льда (рисунок 2), 1860-2000.
(Источник: Межправительственная группа контроля изменений климата, Великобритания, 2001 год)
Рисунок 2. Данные по атмосферной концентрации CО2 за период пол миллиона лет до 20 столетия. Содержание CО2 варьировалось в объеме 200-300 единиц на миллион единиц (ppmv). Но в течение двадцатого столетия его содержание увеличилось и к 2001 году составляло 370 ppm. Перспективные данные Межправительственной группы контроля изменения климата (IPCC) определяют, что в конце 21 столетия они могут повыситься до 700 ppmv, если не будут предприняты никакие действия по ограничению эмиссии. Показаны средние проектные данные IPCC на 2100 год (источник: данные IPCC).
Продолжение следует
Также рекомендую:
Самая крупная ветряная электростанция на Земле
Сферическая солнечная электростанция
Страны, которые вырабатывают много солнечной электроэнергии
Как выглядит запуск ядерного реактора
Япония повышает тарифы на ветровую энергию и снижает на солнечную