בעיות וסיכויים של אנרגיה מודרנית. בעיות אנרגיה וסיכויים לפיתוח מקורות אנרגיה שונים בשלב הנוכחי אנרגיה גרעינית

לא ניתן לדמיין חיים מודרניים ללא חשמל וחום. הנוחות החומרית שמקיפה אותנו היום, כמו גם המשך הפיתוח של המחשבה האנושית, קשורים בחוזקה עם המצאת החשמל ושימוש באנרגיה.

מאז ימי קדם, אנשים היו זקוקים לכוח, ליתר דיוק, למנועים שיתנו להם כוח אנושי גדול יותר כדי לבנות בתים, לחקלאות ולפתח טריטוריות חדשות.

המצברים הראשונים של הפירמידות

בפירמידות של מצרים העתיקה, מדענים מצאו כלי שדומים לסוללות. בשנת 1937, במהלך חפירות ליד בגדד, גילה הארכיאולוג הגרמני וילהלם קניג צנצנות חרס שבתוכם גלילי נחושת. גלילים אלה היו קבועים בתחתית כלי חרס עם שכבת שרף.

לראשונה הבחינו בתופעות שכיום נקראות חשמליות בסין העתיקה, בהודו ומאוחר יותר ביוון העתיקה. הפילוסוף היווני הקדום תאלס ממילטוס במאה ה-6 לפני הספירה ציין את יכולתו של ענבר, משופשף בפרווה או בצמר, למשוך פיסות נייר, מוך וגופי אור אחרים. מהשם היווני לענבר - "אלקטרון" - תופעה זו החלה להיקרא חשמול.

היום לא יהיה לנו קשה לפענח את "המסתורין" של ענבר משופשף בצמר. ואכן, מדוע הענבר מחושמל? מסתבר שכאשר משפשפים צמר בענבר, מופיע עודף של אלקטרונים על פניו, ונוצר מטען חשמלי שלילי. אנחנו, כביכול, "לוקחים" אלקטרונים מאטומי צמר ומעבירים אותם אל פני השטח של ענבר. השדה החשמלי שנוצר על ידי אלקטרונים אלה מושך את הנייר. אם זכוכית נלקחת במקום ענבר, אז תמונה נוספת נצפית כאן. משפשפים זכוכית במשי, אנו "מסירים" אלקטרונים מפני השטח שלה. כתוצאה מכך, יש חוסר אלקטרונים על הזכוכית, והיא נעשית טעינה חיובית. לאחר מכן, על מנת להבחין בין מטענים אלו, החלו לייעד אותם באופן קונבנציונלי על ידי סימנים ששרדו עד היום, מינוס ופלוס.

לאחר שתיאר את התכונות המדהימות של ענבר באגדות פיוטיות, היוונים הקדמונים לא המשיכו לחקור אותה. האנושות נאלצה לחכות מאות רבות לפריצת הדרך הבאה בכיבוש האנרגיה החופשית. אבל כשזה בכל זאת הושלם, העולם ממש השתנה. עוד באלף ה-3 לפני הספירה. אנשים השתמשו במפרשים לסירות, אבל רק במאה ה-7. מוֹדָעָה המציא את טחנת הרוח עם הכנפיים. ההיסטוריה של טורבינות הרוח החלה. גלגלי מים שימשו על הנילוס, אפרת, יאנגצה להרמת מים, עבדיהם הסתובבו. גלגלי מים וטחנות רוח היו סוגי המנועים העיקריים עד המאה ה-17.

עידן הגילוי

ההיסטוריה של ניסיונות השימוש בקיטור מתעדת את שמותיהם של מדענים וממציאים רבים. אז לאונרדו דה וינצ'י השאיר 5000 עמודים של תיאורים מדעיים וטכניים, רישומים, סקיצות של מכשירים שונים.

Gianbattista della Porta חקר היווצרות קיטור ממים, שהיה חשוב לשימוש נוסף בקיטור במנועי קיטור, חקר את תכונותיו של מגנט.

בשנת 1600, רופא החצר של המלכה האנגלית אליזבת, וויליאם גילברט, חקר את כל מה שהיה ידוע לעמים הקדמונים על תכונות הענבר, והוא עצמו ערך ניסויים בענבר ומגנטים.

מי המציא את החשמל?

המונח "חשמל" הוצג על ידי חוקר הטבע האנגלי, הרופא למלכה אליזבת ויליאם גילברט. הוא השתמש במילה זו לראשונה בחיבורו על המגנט, גופים מגנטיים והמגנט הגדול, כדור הארץ, בשנת 1600. המדען הסביר את פעולת המצפן המגנטי, וכן נתן תיאורים של כמה ניסויים עם גופים מחושמלים.

באופן כללי, לא כל כך הרבה ידע מעשי על חשמל הצטבר במהלך המאות ה-16-17, אבל כל הגילויים היו מבשרים לשינויים גדולים באמת. זו הייתה תקופה שבה ניסויים בחשמל נעשו לא רק על ידי מדענים, אלא גם על ידי רוקחים, רופאים ואפילו מלכים.

אחד הניסויים של הפיזיקאי והממציא הצרפתי דניס פאפין היה יצירת ואקום בגליל סגור. באמצע שנות ה-70, בפריז, הוא עבד עם הפיזיקאי ההולנדי כריסטיאן הויגנס על מכונה שהוציאה אוויר מגליל על ידי פיצוץ אבק שריפה בו.

ב-1680 הגיע דניס פאפין לאנגליה ויצר גרסה של אותו גליל, בה השיג ואקום שלם יותר בעזרת מים רותחים, שהתעבו בגליל. כך, הוא הצליח להרים משקולת המחוברת לבוכנה על ידי חבל שהושלך מעל גלגלת.

המערכת עבדה כמו הדגמה, אבל כדי לחזור על התהליך, היה צורך לפרק את כל המנגנון ולהרכיב אותו מחדש. פאפן הבין מהר שכדי להפוך את המחזור לאוטומטי, יש להפיק את הקיטור בנפרד בדוד. מדען צרפתי המציא דוד קיטור עם שסתום בטיחות מנוף.

בשנת 1774, וואט ג'יימס, כתוצאה מסדרת ניסויים, יצר מנוע קיטור ייחודי. כדי להבטיח את פעולת המנוע, הוא השתמש בווסת צנטריפוגלי המחובר לבולם בקו הקיטור ליציאה. וואט למד בפירוט את עבודת הקיטור בגליל, ותכנן תחילה מחוון למטרה זו.

בשנת 1782 קיבל וואט פטנט אנגלי על מנוע קיטור הרחבה. הוא גם הציג את יחידת ההספק הראשונה - כוח סוס (לימים יחידת כוח נוספת - וואט) נקראה על שמו. מנוע הקיטור של וואט, בשל יעילותו, הפך לנפוץ ומילא תפקיד עצום במעבר לייצור מכונות.

האנטומיסט האיטלקי לואיג'י גלווני פרסם את מסה על כוחות החשמל בתנועת שרירים ב-1791.

גילוי זה לאחר 121 שנים נתן תנופה לחקר גוף האדם בעזרת זרמים ביו-אלקטריים. איברים חולים נמצאו בחקר האותות החשמליים שלהם. העבודה של כל איבר (לב, מוח) מלווה באותות חשמליים ביולוגיים שיש להם צורה משלהם לכל איבר. אם האיבר אינו תקין, האותות משנים את צורתם, וכאשר משווים אותות "בריאים" ו"חולים", מוצאים את הגורמים למחלה.

הניסויים של גלוואני הביאו להמצאת מקור חשמל חדש על ידי פרופסור אלסנדרו וולטה מאוניברסיטת טסין. הוא נתן לניסויים של גלוואני עם צפרדע ומתכות שונות הסבר אחר, הוכיח שאת התופעות החשמליות שצפתה על ידי גלווני ניתן להסביר רק על ידי העובדה שזוג מסוים של מתכות שונות, המופרדות בשכבה של נוזל מוליך חשמלי מיוחד, משמש מקור זרם חשמלי הזורם דרך מוליכים סגורים של מעגל חיצוני. תיאוריה זו, שפותחה על ידי וולטה ב-1794, אפשרה ליצור את מקור הזרם החשמלי הראשון בעולם, אשר נקרא העמוד הוולטאי.

זה היה סט של לוחות משתי מתכות, נחושת ואבץ, מופרדים על ידי כריות לבד ספוגות במלח או אלקלי. וולטה יצרה מכשיר המסוגל לחשמל גופים עקב אנרגיה כימית, וכתוצאה מכך לתמוך בתנועת מטענים במוליך, כלומר זרם חשמלי. וולטה הצנוע כינה את ההמצאה שלו לכבוד גלווני "יסוד גלווני", והזרם החשמלי הנובע מיסוד זה - "זרם גלווני".

החוקים הראשונים של הנדסת חשמל

בתחילת המאה ה-19, ניסויים בזרם חשמלי משכו את תשומת לבם של מדענים ממדינות שונות. בשנת 1802 גילה המדען האיטלקי רומגנוזי את הסטייה של המחט המגנטית של מצפן בהשפעת זרם חשמלי שזורם דרך מוליך סמוך. בשנת 1820, תופעה זו תוארה בפירוט על ידי הפיזיקאי הדני הנס כריסטיאן אורסטד בדו"ח שלו. ספר קטן של חמישה עמודים בלבד, ספרו של אורסטד יצא לאור בקופנהגן בשש שפות באותה שנה ועשה רושם עצום על עמיתיו של אורסטד ממדינות שונות.

עם זאת, המדען הצרפתי אנדרה מארי אמפר היה הראשון שהסביר נכון את הסיבה לתופעה שתוארה על ידי אורסטד. התברר שהזרם תורם להופעת שדה מגנטי במוליך. אחד היתרונות החשובים ביותר של אמפר היה שהוא היה הראשון ששילב שתי תופעות שהופרדו בעבר - חשמל ומגנטיות - לתיאוריה אחת של אלקטרומגנטיות והציע לשקול אותן כתוצאה מתהליך אחד של הטבע.

בהשראת התגליות של אורסטד ואמפרה, מדען אחר, האנגלי מייקל פאראדיי, הציע שלא רק שדה מגנטי יכול לפעול על מגנט, אלא להיפך - מגנט נע ישפיע על מוליך. סדרה של ניסויים איששה את הניחוש המבריק הזה - פאראדיי השיג ששדה מגנטי נע יצר זרם חשמלי במוליך.

מאוחר יותר, תגלית זו שימשה בסיס ליצירת שלושת המכשירים העיקריים של הנדסת החשמל - גנרטור חשמלי, שנאי חשמלי ומנוע חשמלי.

שימוש ראשוני בחשמל

במקורות התאורה בעזרת חשמל היה וסילי ולדימירוביץ' פטרוב, פרופסור באקדמיה לרפואה וכירורגית בסנט פטרסבורג. בחקירת תופעות האור הנגרמות על ידי זרם חשמלי, בשנת 1802 הוא גילה את התגלית המפורסמת שלו - קשת חשמלית, מלווה בהופעת זוהר בהיר וטמפרטורה גבוהה.

הקרבה למען המדע

המדען הרוסי וסילי פטרוב, שהיה הראשון בעולם שתיאר את תופעת הקשת החשמלית ב-1802, לא חס על עצמו כשערך ניסויים. באותה תקופה לא היו מכשירים כמו מד זרם או מד מתח, ופטרוב בדק את איכות הסוללות על ידי תחושת הזרם החשמלי באצבעותיו. כדי להרגיש זרמים חלשים, המדען חתך את שכבת העור העליונה מקצות אצבעותיו.

התצפיות והניתוח של פטרוב של תכונות קשת חשמלית היוו את הבסיס ליצירת מנורות קשת חשמליות, מנורות ליבון ועוד ועוד.

בשנת 1875 יצר פאבל ניקולאביץ' יבלוצ'קוב נר חשמלי, המורכב משני מוטות פחמן, הממוקמים אנכית ומקבילים זה לזה, שביניהם הונח בידוד קאולין (חימר). כדי להאריך את הבעירה, הונחו ארבעה נרות על פמוט אחד, שנשרף ברצף.

בתורו, אלכסנדר ניקולאייביץ' לודיגין, עוד ב-1872, הציע להשתמש בחוט ליבון במקום אלקטרודות פחמן, שזוהרו בבהירות כאשר זרם חשמלי זורם. בשנת 1874 קיבל לודיגין פטנט על המצאת מנורת ליבון עם מוט פחמן ואת פרס לומונוסוב השנתי של האקדמיה למדעים. המכשיר זכה לפטנט גם בבלגיה, צרפת, בריטניה, אוסטריה-הונגריה.

ב-1876 השלים פאבל יבלוצ'קוב את עיצובו של נר חשמלי, שהחל ב-1875, וב-23 במרץ קיבל פטנט צרפתי המכיל תיאור קצר של הנר בצורותיו המקוריות ותמונה של צורות אלו. "הנר של יבלוצ'קוב" התגלה כפשוט יותר, נוח יותר וזול יותר לתפעול מהמנורה של א.נ.לודיגין. תחת השם "אור רוסי" שימשו מאוחר יותר הנרות של יבלוצ'קוב לתאורת רחוב בערים רבות בעולם. יבלוצ'קוב גם הציע את שנאי AC הראשונים בשימוש מעשי עם מערכת מגנטית פתוחה.

במקביל, ב-1876, נבנתה ברוסיה תחנת הכוח הראשונה במפעל לבניית מכונות בסורמובו, אביה הקדמון נבנה ב-1873 בהנהגתו של הממציא הבלגי-צרפתי Z.T. גרם להפעלת מערכת התאורה של המפעל, מה שנקרא תחנת בלוק.

ב-1879 ארגנו מהנדסי החשמל הרוסים יבלוצ'קוב, לודיגין וצ'יקולב, יחד עם מספר מהנדסי חשמל ופיזיקאים אחרים, מחלקה מיוחדת להנדסת חשמל במסגרת החברה הטכנית הרוסית. משימת המחלקה הייתה לקדם את פיתוח הנדסת החשמל.

כבר באפריל 1879, לראשונה ברוסיה, האירו אורות חשמליים את הגשר - הגשר של אלכסנדר השני (כיום גשר לייטיני) בסנט פטרבורג. בסיוע המחלקה, ההתקנה הראשונה ברוסיה של תאורה חשמלית חיצונית (עם מנורות קשת יבלוצ'קוב במנורות שתוכנן על ידי האדריכל קאבוס) הוצגה על גשר Liteiny, מה שסימן את תחילת יצירתן של מערכות תאורת מנורות קשת מקומיות עבור כמה מבני ציבור בסנט פטרסבורג, מוסקבה וערים גדולות אחרות. תאורה חשמלית של הגשר בארגון V.N. צ'יקולב, שבו בערו 12 נרות יבלוצ'קוב במקום 112 סילוני גז, פעלו במשך 227 ימים בלבד.

חשמלית פירוצקי

מכונית החשמלית החשמלית הומצאה על ידי פיודור אפולונוביץ' פירוצקי ב-1880. קווי החשמלית הראשונים בסנט פטרסבורג הונחו רק בחורף 1885 על הקרח של נווה באזור סוללת מיטנינסקאיה, שכן רק לבעלי סוסים רתומים לסוס הייתה זכות שימוש ברחובות עבור הסעות נוסעים.

בשנות ה-80 הופיעו התחנות המרכזיות הראשונות, הן היו יעילות יותר וחסכוניות יותר מתחנות בלוק, שכן הן סיפקו למפעלים רבים חשמל בבת אחת.

באותה תקופה, צרכני החשמל ההמוניים היו מקורות אור - מנורות קשת ומנורות ליבון. תחנות הכוח הראשונות בסנט פטרסבורג מוקמו בתחילה על דוברות במעגנים של נהרות מויקה ופונטנקה. ההספק של כל תחנה היה כ-200 קילוואט.

התחנה המרכזית הראשונה בעולם הופעלה בשנת 1882 בניו יורק, הייתה לה הספק של 500 קילוואט.

במוסקבה, תאורה חשמלית הופיעה לראשונה בשנת 1881, כבר בשנת 1883, מנורות חשמליות האירו את הקרמלין. במיוחד בשביל זה נבנתה תחנת כוח ניידת, שזכו לשירות 18 קטרים ו-40 דינמות. תחנת הכוח העירונית הנייחת הראשונה הופיעה במוסקבה בשנת 1888.

אל לנו לשכוח מקורות אנרגיה לא מסורתיים.

הקודמת של חוות הרוח המודרניות בצירים אופקיים הייתה בעלת הספק של 100 קילוואט והיא נבנתה בשנת 1931 ביאלטה. היה לו מגדל בגובה 30 מטר. עד 1941, קיבולת היחידה של חוות רוח הגיעה ל-1.25 מגה וואט.

תוכנית GOELRO

ברוסיה, תחנות כוח נוצרו בסוף המאה ה-19 ותחילת המאה ה-20, אולם הצמיחה המהירה של תעשיית החשמל החשמלית והנדסת החשמל התרמית בשנות ה-20 של המאה ה-20 לאחר האימוץ בהצעת V.I. תוכנית לנין GOELRO (חישמול המדינה של רוסיה).

ב-22 בדצמבר 1920, הקונגרס הכל-רוסי השמיני של הסובייטים שקל ואישר את התוכנית הממלכתית לחשמול רוסיה - GOELRO, שהוכנה על ידי הוועדה, בראשות ג.מ. קרז'יזנובסקי.

תוכנית GOELRO הייתה אמורה להתבצע תוך עשר עד חמש עשרה שנים, ותוצאתה הייתה יצירת "כלכלה תעשייתית גדולה של המדינה". לפיתוח הכלכלי של המדינה הייתה חשיבות רבה להחלטה זו. לא פלא שמהנדסי חשמל רוסים חוגגים את החג המקצועי שלהם ב-22 בדצמבר.

התכנית נתנה תשומת לב רבה לבעיית השימוש במשאבי אנרגיה מקומיים (כבול, מי נהרות, פחם מקומי ועוד) להפקת אנרגיה חשמלית.

ב-8 באוקטובר 1922 התקיימה ההשקה הרשמית של תחנת אוטקינה זבוד, תחנת הכוח הכבול הראשונה בפטרוגרד.

CHPP הראשון של רוסיה

תחנת הכוח התרמית הראשונה, שנבנתה על פי תוכנית GOELRO בשנת 1922, נקראה Utkina Zavod. ביום ההשקה שינו משתתפי העצרת החגיגית את שמו ל"אוקטובר האדום", ותחת השם הזה היא פעלה עד 2010. היום זה Pravoberezhnaya CHPP של TGC-1 PJSC.

בשנת 1925 הושקה תחנת הכוח שטורסקאיה על כבול, באותה שנה החלה תחנת הכוח קשירסקאיה לפתח טכנולוגיה חדשה לשריפת פחם בצורת אבק ליד מוסקבה.

25 בנובמבר 1924 יכול להיחשב ליום תחילת ההסקה המחוזית ברוסיה - אז הופעל צינור החום הראשון מ-HPP-3, המיועד לשימוש כללי בבית מספר תשעים ושש על סוללת נהר פונטנקה. . תחנת כוח מס' 3, שהוסבה לייצור חום וכוח משולב, היא תחנת הכוח המשולבת הראשונה ברוסיה, ולנינגרד היא חלוצה בתחום הסקה מחוזית. האספקה הריכוזית של מים חמים לבניין המגורים פעלה ללא תקלות, ושנה לאחר מכן החלה HPP-3 לספק מים חמים לבית החולים ולמרחצאות אובוכוב לשעבר שנמצאים בקזאצ'י ליין. בנובמבר 1928, מבנה צריף פבלובסקי לשעבר, הממוקם בשדה מאדים, חובר לרשתות התרמיות של תחנת הכוח הממלכתית מס' 3.

בשנת 1926 הופעלה תחנת הכוח ההידרואלקטרית החזקה Volkhovskaya, שהאנרגיה שלה סופקה ללנינגרד דרך קו הולכה של 110 קילו וולט, באורך 130 ק"מ.

כוח גרעיני של המאה העשרים

ב-20 בדצמבר 1951, כור גרעיני ייצר כמויות שימושיות של חשמל לראשונה בהיסטוריה - במה שהיא כיום המעבדה הלאומית INEEL של משרד האנרגיה האמריקאי. הכור יצר מספיק כוח כדי להדליק מחרוזת פשוטה של ארבע נורות של 100 וואט. לאחר הניסוי השני, שבוצע למחרת, 16 המדענים והמהנדסים המשתתפים "הנציחו" את ההישג ההיסטורי שלהם על ידי כתיבת שמותיהם על קיר הבטון של הגנרטור עם גיר.

מדענים סובייטים החלו לפתח את הפרויקטים הראשונים לשימוש שליו באנרגיה אטומית במחצית השנייה של שנות הארבעים. וב-27 ביוני 1954 הושקה בעיר אובניסק תחנת הכוח הגרעינית הראשונה.

השקת תחנת הכוח הגרעינית הראשונה סימנה את פתיחתו של כיוון חדש באנרגיה, אשר הוכר בוועידה המדעית והטכנית הבינלאומית הראשונה על השימושים השלווים באנרגיה אטומית (אוגוסט 1955, ז'נבה). בסוף המאה ה-20 כבר היו בעולם יותר מ-400 תחנות כוח גרעיניות.

אנרגיה מודרנית. סוף המאה העשרים

סוף המאה ה-20 היה בסימן אירועים שונים הקשורים הן לקצב הבנייה הגבוה של תחנות חדשות, תחילת פיתוח מקורות אנרגיה מתחדשים, כמו גם עם הופעתן של הבעיות הראשונות ממערכת האנרגיה העולמית הענקית. מנסים לפתור אותם.

הַאֲפָלָה

האמריקאים מכנים את ליל ה-13 ביולי 1977 "ליל הפחד". אז אירעה תאונה ענקית מבחינת גודלה והשלכותיה על רשתות החשמל בניו יורק. עקב פגיעת ברק בקו מתח, הופסק החשמל בניו יורק למשך 25 שעות ו-9 מיליון בני אדם נותרו ללא חשמל. הטרגדיה לוותה במשבר פיננסי שבו היה המטרופולין, מזג אוויר חם בצורה יוצאת דופן, ופשע משתולל חסר תקדים. לאחר הפסקת החשמל הותקפו הרובעים האופנתיים של העיר על ידי כנופיות משכונות עניות. מאמינים שדווקא לאחר אותם אירועים נוראים בניו יורק, המושג "בלאק אאוט" החל להיות בשימוש נרחב ביחס לתאונות בתעשיית החשמל.

ככל שהחברה של היום נעשית יותר ויותר תלויה בחשמל, הפסקות חשמל גורמות להפסדים משמעותיים לעסקים, לציבור ולממשלות. בזמן תאונה מכשירי תאורה כבויים, מעליות, רמזורים והמטרו אינם פועלים. במתקנים חיוניים (בתי חולים, מתקנים צבאיים וכו'), משתמשים במקורות כוח אוטונומיים במערכות חשמל לתפקוד החיים בעת תאונות: סוללות, גנרטורים. הסטטיסטיקה מראה עלייה משמעותית בתאונות בשנות ה-90. XX - תחילת המאה ה-XXI.

באותן שנים נמשך פיתוח האנרגיה החלופית. בספטמבר 1985 התקיים ניסוי הכללת הגנרטור של תחנת הכוח הסולארית הראשונה בברית המועצות לרשת. הפרויקט של ה-SPP הראשון של קרים בברית המועצות נוצר בתחילת שנות ה-80 בסניף ריגה של מכון Atomteploelektroproekt בהשתתפות שלושה עשר ארגוני עיצוב אחרים של משרד האנרגיה והחשמל של ברית המועצות. התחנה הופעלה במלואה ב-1986.

ב-1992 החלה בניית תחנת הכוח ההידרואלקטרית הגדולה בעולם, שלושת הנקיקים, בסין על נהר היאנגצה. הספק התחנה הוא 22.5 GW. מבני הלחץ של ה-HPP יוצרים מאגר גדול בשטח של 1,045 קמ"ר, עם קיבולת שימושית של 22 קמ"ר. במהלך הקמת המאגר הוצפו 27,820 דונם של אדמה מעובדת, כ-1.2 מיליון איש יושבו מחדש. הערים וואנקסיאן ו-וושאן נכנסו מתחת למים. השלמת הבנייה וההקמה המלאה התקיימה ב-4 ביולי 2012.

פיתוח אנרגיה אינו נפרד מהבעיות הקשורות לזיהום סביבתי. בקיוטו (יפן) בדצמבר 1997, בנוסף לאמנת המסגרת של האו"ם בנושא שינויי אקלים, אומץ פרוטוקול קיוטו. היא מחייבת מדינות מפותחות ומדינות עם כלכלות במעבר להפחית או לייצב את פליטת גזי החממה בשנים 2008-2012 בהשוואה ל-1990. תקופת החתימה על הפרוטוקול נפתחה ב-16 במרץ 1998 והסתיימה ב-15 במרץ 1999.

נכון ל-26 במרץ 2009, הפרוטוקול אושרר על ידי 181 מדינות ברחבי העולם (מדינות אלו מהוות יחד יותר מ-61% מהפליטות העולמיות). ארצות הברית היא חריג בולט לרשימה זו. תקופת יישום הפרוטוקול הראשונה החלה ב-1 בינואר 2008 ותימשך חמש שנים עד ליום 31.12.2012 ולאחר מכן הוא צפוי להיות מוחלף בהסכם חדש.

פרוטוקול קיוטו היה ההסכם הסביבתי העולמי הראשון שהתבסס על מנגנון רגולציה מבוסס שוק – מנגנון הסחר הבינלאומי בפליטות גזי חממה.

המאה ה-21, או ליתר דיוק 2008, הפכה לנקודת ציון עבור מערכת האנרגיה הרוסית, חברת Russian Open Joint Stock for Energy and Electrification "UES of Russia" (OJSC RAO "UES of Russia"), חברת אנרגיה רוסית שהתקיימה ב-1992 -2008, חוסל. החברה איחדה כמעט את כל תעשיית החשמל הרוסית, הייתה בעלת מונופול בשוק הייצור והובלת האנרגיה ברוסיה. במקומו קמו חברות מונופול טבעי בבעלות המדינה, וכן הפרטו חברות ייצור ואספקה.

במאה ה-21 ברוסיה, בניית תחנות כוח מגיעה לרמה חדשה, מתחיל עידן השימוש במחזור המחזור המשולב. רוסיה תורמת לבניית יכולות ייצור חדשות. ב-28 בספטמבר 2009 החלה בניית תחנת הכוח התרמית אדלר. התחנה תוקם על בסיס 2 יחידות כוח של מפעל מחזור משולב בהספק כולל של 360 MW (הספק תרמי - 227 Gcal/h) עם נצילות של 52%.

טכנולוגיית מחזור משולב מודרנית מספקת יעילות גבוהה, צריכת דלק נמוכה והפחתה של פליטות מזיקות לאטמוספירה בממוצע של 30% בהשוואה לתחנות כוח קיטור מסורתיות. בעתיד, ה-TPP אמור להפוך לא רק למקור חום וחשמל עבור המתקנים של משחקי החורף האולימפיים 2014, אלא גם לתרומה משמעותית למאזן האנרגיה של סוצ'י והאזורים שמסביב. ה-TPP נכלל בתוכנית לבניית מתקנים אולימפיים ופיתוח סוצ'י כאתר נופש אקלימי הררי שאושר על ידי ממשלת הפדרציה הרוסית.

ב-24 ביוני 2009 הושקה בישראל תחנת כוח היברידית סולארית גז ראשונה. הוא נבנה מ-30 מחזירי שמש וממגדל "פרחים" אחד. כדי לשמור על כוח המערכת 24 שעות ביממה, הוא יכול לעבור לטורבינת הגז עם רדת הלילה. המתקן תופס מקום קטן יחסית, ויכול לפעול באזורים מרוחקים שאינם מחוברים למערכות החשמל המרכזיות.

טכנולוגיות חדשות המשמשות בתחנות כוח היברידיות מתפשטות בהדרגה ברחבי העולם, כאשר טורקיה מתכננת להקים תחנת כוח היברידית שתפעל במקביל על שלושה מקורות אנרגיה מתחדשת - רוח, גז טבעי ואנרגיה סולארית.

תחנת הכוח האלטרנטיבית מתוכננת כך שכל מרכיביה משלימים זה את זה, ולכן מומחים אמריקאים הסכימו שבעתיד יש למפעלים כאלה את כל הסיכויים להפוך לתחרותיים ולספק חשמל במחיר סביר.

בעיות וסיכויים של אנרגיה מודרנית
מומחים חישבו כי בארצות הברית צריכת האנרגיה גבוהה פי 6 מהממוצע העולמי ופי 30 מרמת המדינות המתפתחות.

מדענים מציעים את המידע הבא לשיקוף. אם מדינות מתפתחות היו מסוגלות להשיג צמיחה בצריכת משאבי מינרלים לרמה של ארצות הברית, אז הרזרבות המוכחות של הנפט היו מתרוקנות תוך 7 שנים, גז טבעי תוך 5 שנים, פחם תוך 18 שנים. אם ניקח בחשבון גם עתודות פוטנציאליות שגיאולוגים עדיין לא הגיעו אליהם, אז גז טבעי אמור להספיק ל-72 שנים, נפט בבארות רגילות - ל-60 שנה, ובפצלים וחול, שמהם קשה ויקר לשאוב. זה יצא - במשך 660 שנה. פחם - במשך 350 שנה.
הבה נניח שלצורך האנרגיה ניתן להשתמש, כמו נפט, בכל המסה של הפלנטה שלנו. אם קצב הגידול בצריכת האנרגיה יישאר כמו היום, ה"דלק" הזה ישרף כולו תוך 342 שנים בלבד.
בקצב ההתפתחות הטכנולוגי הנוכחי, ייצור האנרגיה על פני כדור הארץ בעוד 240 שנים יעלה על כמות אנרגיית השמש הנופלת על הפלנטה שלנו, בעוד 800 שנה - כל האנרגיה שמשחררת השמש, ובעוד 1300 שנים יעלה על סך הקרינה של כל הגלקסיה שלנו.
עם זאת, הבעיה העיקרית של האנרגיה המודרנית היא לא דלדול משאבי המינרלים, אלא המצב הסביבתי המאיים.

כוח גרעיני
בהתבסס על הניסיון, האנושות תצטרך לנטוש את האנרגיה הגרעינית מארבע סיבות.
ראשית, כל תחנת כוח גרעינית, ללא קשר למידת האמינות שלה, היא פצצת אטום נייחת שניתן לפוצץ בכל רגע על ידי חבלה, הפצצות אוויריות, ירי רקטות או פגזי ארטילריה קונבנציונליים.
שנית, באמצעות הדוגמה של צ'רנוביל, השתכנענו מניסיוננו שתאונה בתחנת כוח גרעינית יכולה להתרחש עקב רשלנות של מישהו. מ-1971 עד 1984 151 תאונות קשות אירעו בתחנות כוח גרעיניות ברחבי העולם, בהן היה "שחרור משמעותי של חומרים רדיואקטיביים עם השפעה מסוכנת על אנשים". מאז לא חלפה שנה ללא תאונה קשה בתחנת כוח גרעינית, ולעתים אף כמה תאונות, במדינה כזו או אחרת בעולם.
שלישית, הסכנה האמיתית היא הפסולת הרדיואקטיבית מתחנות כוח גרעיניות, שהצטברה לא מעט במהלך העשורים האחרונים, ותצטבר אפילו יותר אם האנרגיה הגרעינית תתפוס עמדה דומיננטית במאזן האנרגיה העולמי. כעת פסולת גרעינית במיכלים מיוחדים קבורה עמוק באדמה או מורידה לקרקעית האוקיינוס. שיטות אלה אינן בטוחות: עם הזמן, פגזי המגן נהרסים, ואלמנטים רדיואקטיביים נכנסים למים ולאדמה ולאחר מכן לתוך גוף האדם.
רביעית, ניתן להשתמש בדלק אטומי ביעילות שווה הן בתחנת כוח גרעינית והן בפצצת אטום. מועצת הביטחון של האו"ם מדכאת ניסיונות של פיתוח מדינות טוטליטריות לייבא דלק גרעיני, לכאורה לפיתוח אנרגיה גרעינית. זה סוגר את הדרך לאנרגיה גרעינית לעתיד כחלק דומיננטי במאזן האנרגיה העולמי.
אבל לאנרגיה גרעינית יש גם יתרונות חשובים. מומחים אמריקאים חישבו שאם עד תחילת שנות ה-90 בברית המועצות יוחלפו כל תחנות הכוח הגרעיניות בתחנות פחמיות בעלות אותה יכולת, אזי זיהום האוויר יהפוך כל כך גדול שיוביל לעלייה של פי 50 בטרם עת. מקרי מוות במאה ה-21. בהשוואה לתחזיות הכי פסימיות על ההשלכות של אסון צ'רנוביל.

אנרגיה חלופית. תיאוריה ופרקטיקה
אנרגיה חלופית מבוססת על שימוש במקורות אנרגיה מתחדשים (או "נקיים"). אלה כוללים מכשירים לייצור אנרגיה המשתמשים באנרגיה של השמש, הרוח, הגאות והשפל, גלי הים והחום התת-קרקעי של כדור הארץ.

אנרגיה סולארית
מקור האנרגיה הידידותי לסביבה המוביל הוא השמש. נכון להיום, רק חלק קטן מהאנרגיה הסולארית מנוצל בשל העובדה שלפאנלים סולאריים קיימים יעילות נמוכה יחסית והם יקרים מאוד לייצור. מומחים אומרים שאנרגיה סולארית לבדה יכולה לכסות את כל צרכי האנרגיה האפשריים של האנושות במשך אלפי שנים קדימה. אך היא מתמודדת עם בעיות רבות הקשורות לבנייה, הקמה ותפעול של תחנות כוח סולאריות באלפי קילומטרים רבועים של פני כדור הארץ. לכן, החלק הכולל של אנרגיית השמש היה ויישאר צנוע למדי.

אנרגיית רוח
לפי הארגון המטאורולוגי העולמי, הפוטנציאל של אנרגיית הרוח בעולם הוא 170 טריליון קוט"ש בשנה.
לכוח הרוח מספר חסרונות משמעותיים המקשים על השימוש. קודם כל, הוא מפוזר מאוד בחלל, ולכן יש צורך לבנות טורבינות רוח שיכולות לפעול כל הזמן ביעילות גבוהה.
הרוח מאוד לא צפויה: היא משנה כיוון לעתים קרובות, שוככת פתאום אפילו באזורים הסוערים ביותר של הגלובוס, ולפעמים היא מגיעה לעוצמה כזו שהיא שוברת טחנות רוח. תחנות כוח רוח אינן מזיקות: הן מפריעות לטיסות של ציפורים וחרקים, משמיעות רעש ומחזירות גלי רדיו עם להבים מסתובבים. אבל לאנרגיית הרוח יש יתרון גדול - ידידותיות לסביבה. בנוסף, ניתן לצמצם חסרונות, או אפילו לבטל לחלוטין.
פותחו טורבינות רוח שיכולות לפעול ביעילות עם הבריזה החלשה ביותר. הגובה של להב המדחף מותאם אוטומטית באופן שתמיד מובטח השימוש המרבי האפשרי באנרגיית הרוח, ואם מהירות הרוח גבוהה מדי, הלהב מועבר גם אוטומטית למצב השבשבת, כך שתאונה תהיה לא נכלל.
פותחו ופועלות מה שנקרא תחנות כוח ציקלון בעלות הספק של עד מאה אלף קילוואט, בהן אוויר חם, העולה במגדל מיוחד של 15 מטר ומתערבב עם זרימת האוויר המסתובבת, יוצר "ציקלון" מלאכותי. מסובב טורבינה. מתקנים כאלה הם הרבה יותר יעילים מאשר פאנלים סולאריים וטחנות רוח קונבנציונליות.
כדי לפצות על השונות של הרוח, נבנות "חוות רוח" ענקיות. טחנות רוח שם עומדות בשורות על פני שטח עצום ותופסות הרבה מקום. בדנמרק הוצבה "חוות רוח" במימי החוף הרדודים של הים הצפוני, שם היא אינה מפריעה לאיש, והרוח יציבה יותר מאשר ביבשה.
דוגמה חיובית לשימוש באנרגיית רוח הוצגה על ידי הולנד ושוודיה (האחרונה החליטה במהלך שנות ה-90 לבנות ולהציב 54 אלף תחנות כוח יעילות ביותר במקומות הנוחים ביותר).
יותר מ-30 אלף טורבינות רוח ביכולות שונות פועלות כיום בעולם. גרמניה מקבלת 10% מהחשמל שלה מהרוח, והרוח מספקת 2500 MW של חשמל לכל מערב אירופה.

כוח הידראולי
תחנות כוח מים הן מקור אנרגיה נוסף המתיימר להיות ידידותי לסביבה. בתחילת המאה ה-20 משכו תשומת לב נהרות גדולים והרריים בעולם, ועד סוף המאה נחסמו רובם במפלי סכרים המספקים אנרגיה זולה.
עם זאת, הדבר הוביל לפגיעה עצומה בחקלאות ובטבע: האדמות שמעל הסכרים הוצפו, בשטחים שמתחתם ירד מפלס מי התהום, אבדו מרחבים אדירים, יורדים לקרקעית מאגרי ענק, זרימה טבעית של נהרות נקטעו, המים במאגרים נרקבו, צמצום מלאי הדגים. בנהרות ההרים צומצמו כל החסרונות הללו, אך נוסף אחד נוסף: במקרה של רעידת אדמה שעלולה להרוס את הסכר, האסון עלול להוביל לאלפי נפגעים. לכן, תחנות כוח הידרואלקטריות גדולות מודרניות אינן ממש ידידותיות לסביבה. עם זאת, החסרונות של תחנות כוח הידרואלקטריות הולידו את הרעיון של תחנות כוח מיני-הידרואלקטריות, שיכולות להיות ממוקמות על נהרות קטנים או אפילו נחלים, והגנרטורים החשמליים שלהן מסוגלים לפעול עם טיפות מים קטנות או להיות מונעים רק בכוח הזרם. אותן תחנות כוח מיני-הידרו יכולות להיות מותקנות על נהרות גדולים עם זרימה מהירה יחסית.
יחידות הכוח הצנטריפוגליות והמדחפים של תחנות כוח הידרואלקטריות ניידות עם שרוול בעלות הספק של 0.18 עד 30 קילוואט פותחו בפירוט. בייצור מקוון של ציוד הידרו-טורבינה מאוחד, תחנות כוח מיני הידרו-אלקטריות מסוגלות להתחרות עם גרסאות מקסי בעלות של קילוואט שעה אחת. כמו כן, יתרון ללא ספק הוא האפשרות להתקנתם גם בפינות הבלתי נגישות ביותר של מדינה מסוימת: ניתן לשנע את כל הציוד על סוס חבילה אחד, וההתקנה או הפירוק נמשכים רק כמה שעות.
עוד פיתוח מבטיח מאוד, שעדיין לא זכה ליישום רחב, הוא טורבינת ההליקואיד של Gorlov שנוצרה לאחרונה, על שם היוצר שלה. הייחודיות שלו טמונה בעובדה שהוא אינו זקוק ללחץ חזק ועובד ביעילות תוך שימוש באנרגיה הקינטית של זרימת מים - נהר, זרם אוקיינוס או גאות ים. המצאה זו שינתה את הרעיון הרגיל של תחנת כוח הידרו-אלקטרית, שעוצמתה הייתה תלויה בעבר רק בכוח לחץ המים, כלומר בגובה הסכר ההידרואלקטרי.

אנרגיית גאות ושפל
מקור חזק יותר באופן לא פרופורציונלי לזרימת מים הם הגאות והשפל. פרויקטים של תחנות כוח הידרואלקטריות גאות ושפל פותחו בפירוט במונחים הנדסיים, שנבדקו בניסוי במספר מדינות, כולל בחצי האי קולה ברוסיה. אפילו אסטרטגיה לתפעול אופטימלי של ה-TPP הומצאה: לצבור מים במאגר שמאחורי הסכר בזמן גאות ולבזבז אותם על ייצור חשמל כאשר "שיא הצריכה" מתרחשת במערכות האנרגיה המאוחדות, ובכך להקל על העומס. על תחנות כוח אחרות.
כיום, PPPs אינם תחרותיים בהשוואה לאנרגיה תרמית.
בפועל, בניית TPP בנקודות הנוחות ביותר של חוף הים, שבהן הפרש מפלס המים נע בין 1-2 ל-10-16 מטרים, תיקח עשרות או אפילו מאות שנים. אבל העניין במאזן האנרגיה העולמי של TPPs צריך להתחיל לתת כבר במהלך המאה ה-21.
תחנת הכוח הגאות והשפל הראשונה בהספק של 240 מגוואט הופעלה בשנת 1966 בצרפת בשפך נהר ראנס, הזורם לתעלת למאנש, שם משרעת הגאות הממוצעת היא 8.4 מ'. פותח את התחנה, נשיא צרפת צ'ארלס דה גול כינה אותו הבניין המצטיין של המאה. למרות עלות הבנייה הגבוהה, הגבוהה כמעט פי 2.5 מעלות בניית HPP נהר באותה יכולת, הניסיון הראשון של הפעלת HPP גאות התברר כמוצדק כלכלית. TPP על נהר Rance הוא חלק ממערכת האנרגיה הצרפתית ונעשה בו שימוש יעיל.
ישנם פרויקטים של TPPs גדולים בהספק של 320 MW (Kola) ו-4000 MW (Mezen) בים הלבן, כאשר משרעת הגאות והשפל היא 7-10 מ'.
כמו כן, מתוכנן להשתמש בפוטנציאל האנרגיה העצום של ים אוחוטסק, שבו במקומות מסוימים, למשל, במפרץ פנז'ינסקאיה, גובה הגאות והשפל מגיע ל-12.9 מ', ובמפרץ גיז'יגינסקאיה - 12-14 מ'. טורבינת גורלוב, המאפשרת הקמת PPP ללא סכרים, מפחיתה את עלויות הבנייה.

אנרגיית גל
כבר היום, הנדסו ונבדקו בניסוי תחנות כוח גל חסכוניות ביותר, המסוגלות לפעול ביעילות גם עם גלים חלשים או אפילו ברוגע מוחלט. בקרקעית הים או האגם מותקן צינור אנכי, שבחלקו התת-ימי עשוי "חלון", שנופל לתוכו גל עמוק (וזו תופעה כמעט קבועה) דוחס את האוויר במכרה, וזה הופך את טורבינת הגנרטור. במהלך התנועה ההפוכה, האוויר בטורבינה נדירה, מה שמניע את הטורבינה השנייה. כך, תחנת הכוח הגלים פועלת ברציפות כמעט בכל מזג אוויר, והזרם מועבר לחוף באמצעות כבל תת ימי. סוגים מסוימים של חוות רוח יכולות לשמש כשוברי גלים מצוינים, להגן על החוף מפני גלים ובכך לחסוך בבניית שוברי גלים מבטון.
מומחים מהמעבדה לאנרגיית מים ורוח באוניברסיטת Northeastern בבוסטון (ארה"ב) פיתחו פרויקט לתחנת הכוח האוקיינוס הראשונה בעולם. הוא ייבנה במצר פלורידה, שם נובע זרם הגולף. ביציאתו ממפרץ מקסיקו, קיבולת זרימת המים היא 25 מיליון מ"ק לשנייה, שהיא גבוהה פי 20 מזרימת המים הכוללת בכל נהרות הגלובוס. לדברי מומחים, הכספים שהושקעו בפרויקט ישתלמו תוך חמש שנים. בתחנת כוח ייחודית זו תשמש טורבינת גורלוב להפקת זרם של 38 קילוואט. לטורבינת הליקואיד הזו שלושה להבים סליליים והיא מסתובבת פי 2-3 מהר יותר ממהירות הזרם בהשפעת זרימת המים. בניגוד לטורבינות מתכת מרובות טונות המשמשות בתחנות כוח הידרואלקטריות של נהרות, מידותיה של טורבינת גורלוב העשויה מפלסטיק קטנות (קוטר - 50 ס"מ, אורך - 84 ס"מ), משקלה הוא 35 ק"ג בלבד. הציפוי האלסטי על פני הלהבים מפחית את החיכוך על המים ומונע היצמדות של אצות ורכיכות. יעילותה של טורבינת גורלוב גבוהה פי שלושה מזו של טורבינות קונבנציונליות.

אנרגיה גיאותרמית
החום התת קרקעי של כדור הארץ הוא מקור ידוע למדי וכבר בשימוש של אנרגיה "נקייה". ברוסיה נבנתה בשנת 1966 תחנת הכוח הגיאותרמית הראשונה בהספק של 5 MW בדרום קמצ'טקה, בעמק נהר פאוז'טקה. ב-1980, הספק שלו היה כבר 11 מגה-וואט. באיטליה, באזורי לנדרלו, מונטה אמיאטה וטראוול, קיימות 11 תחנות כאלה בהספק כולל של 384 מגוואט. תחנות כוח גיאותרמיות פועלות גם בארה"ב (קליפורניה, עמק הגייזרים הגדולים), איסלנד (ליד אגם מיוואטן), ניו זילנד, מקסיקו ויפן. רייקיאוויק, בירת איסלנד, מקבלת חום אך ורק ממקורות תת-קרקעיים חמים.
גיאולוגים גילו שמסיפים מחוממים ל-180°-200°C בעומק של 46 ק"מ תופסים את רוב שטחה של רוסיה, ועם טמפרטורות של עד 100°-150°C הם נמצאים כמעט בכל מקום. בנוסף, על פני כמה מיליוני קמ"ר ישנם נהרות תת-קרקעיים חמים וימים בעומק של עד 3.5 ק"מ וטמפרטורת מים של עד 200 מעלות צלזיוס (באופן טבעי, בלחץ), כך שבאמצעות קידוח באר, ניתן להגיע מזרקת קיטור ללא כל תחנת כוח תרמית ומים חמים.

אנרגיה הידרותרמית
בנוסף למחתרת, יש גם חום מים, שאינו נפוץ כל כך כמקור אנרגיה. מים הם תמיד לפחות כמה מעלות חום, ובקיץ הם מתחממים עד 25 מעלות צלזיוס. על מנת להשתמש בחום זה נדרשת התקנה הפועלת על פי העיקרון של "מקרר הפוך". אם אתה מעביר מים דרך יחידת קירור, אז ניתן לקחת ממנה גם חום. קיטור חם, הנוצר כתוצאה מחילופי חום, מתעבה, הטמפרטורה שלו עולה ל-110 מעלות צלזיוס, ואז ניתן לשלוח אותו לטורבינות של תחנות כוח או לחימום מים בסוללות הסקה מרכזית עד 60-65 מעלות. מעלות צלזיוס. בתגובה, על כל קילוואט-שעה של אנרגיה שמושקעת על כך, הטבע מחזיר 3 קילוואט-שעה. על פי אותו עיקרון, ניתן להשיג אנרגיה למיזוג אוויר במזג אוויר חם.
מתקנים כאלה הם היעילים ביותר בהפרשי טמפרטורה גדולים. כל הפיתוחים ההנדסיים הדרושים כבר בוצעו ונבדקו בניסוי.

אנרגיה היום ומחר
כיום, כמחצית ממאזן האנרגיה בעולם אחראי על נפט, כשליש על ידי גז וגרעין (כשישית כל אחד), וכחמישית על ידי פחם. נותרו אחוזים בודדים עבור כל שאר מקורות האנרגיה. אך היכן שניתן, יש להכניס מקורות אנרגיה חלופיים.
יש לציין (וזה דווח שוב ושוב על ידי C&N) כי, למשל, ניסיון מסוים בשימוש באנרגיית רוח כבר קיים בבלארוס.

תעשיית חשמל מודרניתיש בעיות רבות, הן נובעות מהעלות הגבוהה של הדלק, ההשפעה השלילית על הסביבה וכו'.

לדוגמה, לטכנולוגיות כוח הידרו יתרונות רבים, אך יש גם חסרונות משמעותיים. תקורה, עונות גשומות, משאבי מים נמוכים במהלך בצורת יכולים להשפיע קשות על כמות האנרגיה המיוצרת. זה יכול להפוך לבעיה רצינית שבה כוח הידרו הוא חלק משמעותי ממכלול האנרגיה של המדינה, סכרים הם הגורם לבעיות רבות: יישוב מחדש של תושבים, ייבוש אפיקי נחלים טבעיים, סחופת מאגרים, סכסוכי מים בין מדינות שכנות, עלות הפרויקטים הללו. תחנות כוח הידרואלקטריות על נהרות שפלה מובילות להצפה של שטחים גדולים. חלק ניכר משטח המאגרים הנוצרים הוא מים רדודים. בקיץ, בגלל קרינת השמש, מתפתחת בהם צמחיית מים באופן פעיל, מה שנקרא "פריחה" של מים מתרחשת.

שינוי במפלס המים, במקומות מסוימים הוא מגיע לייבוש מוחלט, מביא למוות של צמחייה. סכרים מונעים נדידת דגים. תחנות כוח הידרואלקטריות רב-מפליות כבר הפכו נהרות לסדרה של אגמים, שבהם מופיעות ביצות. דגים מתים בנהרות אלה, והמיקרו אקלים סביבם משתנה, והורס עוד יותר את המערכות האקולוגיות הטבעיות.

על המפגעים של תחנות כוח תרמיות, כאשר שורפים דלק במנועי חום, משתחררים חומרים מזיקים: פחמן חד חמצני, תרכובות חנקן, תרכובות עופרת, ומשתחררת לאטמוספירה גם כמות משמעותית של חום.

בנוסף, השימוש בטורבינות קיטור בתחנות כוח תרמיות מחייב הקצאת שטחים גדולים לבריכות, בהן מקוררים את קיטור הפליטה. מדי שנה נשרפים בעולם 5 מיליארד טון פחם ו-3.2 מיליארד טון נפט, זה מלווה בשחרור של 2 10 J של חום לאטמוספירה. מאגרי הדלק המאובנים על פני כדור הארץ מחולקים בצורה מאוד לא אחידה, ובקצב הצריכה הנוכחי, הפחם יחזיק מעמד 150-200 שנה, נפט 40-50 שנה וגז כ-60 שנה. כל מחזור העבודה הקשור להפקה, שינוע ושריפה של דלקים מאובנים (בעיקר פחם), כמו גם יצירת פסולת, מלווה בשחרור של כמות גדולה של מזהמים כימיים. כריית פחם קשורה בהמלחה ניכרת של מאגרי מים שבהם נשפכים מים ממכרות. בנוסף, המים הנשאבים מכילים איזוטופים של רדיום ורדון. TPP, למרות שיש לה מערכות חדישות לניקוי מוצרי בעירת פחם, פולט לאטמוספירה בשנה, לפי הערכות שונות, בין 10 ל-120 אלף טון תחמוצות גופרית, 2-20 אלף טון תחמוצות חנקן, 700-1500 טון אפר. (ללא טיהור - בפי 2 -3 יותר) ופולט 3-7 מיליון טונות של פחמן חד חמצני. בנוסף, נוצרים יותר מ-300 אלף טון אפר, המכילים כ-400 טון של מתכות רעילות (ארסן, קדמיום, עופרת, כספית). ניתן לציין כי תחנת כוח תרמית פחמית פולטת יותר חומרים רדיואקטיביים לאטמוספירה מאשר תחנת כוח גרעינית באותה יכולת. זאת בשל שחרור של יסודות רדיואקטיביים שונים הכלולים בפחם בצורה של תכלילים (רדיום, תוריום, פולוניום וכו'). התוצר של ערך המינון ומספר האנשים שנחשפו לקרינה (הוא מבוטא ב-person-sievert). התברר שבתחילת שנות ה-90 של המאה הקודמת, המינון הקולקטיבי השנתי של חשיפה של אוכלוסיית אוקראינה עקב אנרגיה תרמית היה 767 אנשים / n ובשל כוח גרעיני - 188 אנשים / n.

נכון לעכשיו, 20-30 מיליארד טונות של פחמן חד חמצני נפלטים לאטמוספירה מדי שנה. תחזיות מצביעות על כך שאם קצבים כאלה יימשכו, הטמפרטורה הממוצעת על פני כדור הארץ עלולה לעלות בכמה מעלות בעתיד עד אמצע המאה, מה שיוביל לשינויי אקלים גלובליים בלתי צפויים. בהשוואת ההשפעה הסביבתית של מקורות אנרגיה שונים, יש צורך לקחת בחשבון את השפעתם על בריאות האדם. הסיכון הגבוה לעובדים במקרה של שימוש בפחם קשור בהפקתו במכרות ובתחבורה, ובהשפעה הסביבתית של מוצרי הבעירה שלו. שתי הסיבות האחרונות נוגעות לנפט וגז ומשפיעות על כלל האוכלוסייה. הוכח כי ההשפעה העולמית של פליטות משריפת פחם ונפט על בריאות האדם פועלת בדומה לתאונה כמו צ'רנוביל, המתרחשת פעם בשנה. זוהי "צ'רנוביל שקטה", שהשלכותיה בלתי נראות ישירות, אך משפיעות כל הזמן על הסביבה. ריכוז הזיהומים הרעילים בפסולת כימית יציב, ובסופו של דבר כולן יעברו לאקוספרה, בניגוד לפסולת רדיואקטיבית מתפוררות תחנות כוח גרעיניות.

באופן כללי, השפעת הקרינה האמיתית של תחנות כוח גרעיניות על הסביבה היא הרבה (פי 10 או יותר) פחות מהמותר. אם ניקח בחשבון את ההשפעה הסביבתית של מקורות אנרגיה שונים על בריאות האדם, הרי שבקרב מקורות אנרגיה מתחדשים, הסיכון מתחנות כוח גרעיניות הפועלות בדרך כלל הוא מינימלי הן עבור עובדים שפעילותם קשורה בשלבים שונים של מחזור הדלק הגרעיני והן עבור פּוּמְבֵּי. תרומת הקרינה העולמית של הכוח הגרעיני בכל שלבי מחזור הדלק הגרעיני היא כיום כ-0.1% מהרקע הטבעי ולא תעלה על 1% גם עם פיתוחה האינטנסיבי בעתיד.

כרייה ועיבוד של עפרות אורניום קשורים גם להשפעות סביבתיות שליליות.

המינון הקולקטיבי שמקבלים אנשי המפעל והציבור בכל שלבי כריית האורניום וייצור הדלק לכורים הוא 14% מהמינון הכולל של מחזור הדלק הגרעיני. אבל הבעיה העיקרית נותרה פינוי פסולת ברמה גבוהה. נפח הפסולת הרדיואקטיבית המסוכנת ביותר הוא כמאה אלף מכמות הפסולת הכוללת, לרבות יסודות כימיים רעילים ביותר ותרכובותיהם היציבות. מתפתחות שיטות לריכוזם, לקישור אמין ולהצבתם בתצורות גיאולוגיות יציבות, שבהן, על פי מומחים, ניתן להכיל אותן במשך אלפי שנים. חסרון רציני של אנרגיה גרעינית הוא הרדיואקטיביות של הדלק המשמש ותוצרי הביקוע שלו. הדבר מצריך יצירת הגנה מפני סוגים שונים של קרינה רדיואקטיבית, אשר מגדילה משמעותית את האנרגיה הנוצרת מתחנות כוח גרעיניות. בנוסף, חיסרון נוסף של תחנות כוח גרעיניות הוא הזיהום התרמי של המים, כלומר. החימום שלו.

מעניין לציין שלפי קבוצת רופאים בריטים, אנשים שעבדו בשנים 1946-1988 בתעשיית הגרעין הבריטית חיים יותר בממוצע, ושיעור התמותה בקרבם מכל הסיבות, כולל סרטן, נמוך בהרבה. אם ניקח בחשבון את רמות הקרינה האמיתיות ואת ריכוז הכימיקלים באטמוספרה, אזי נוכל לומר שההשפעה של האחרון על הצמחייה כולה די משמעותית בהשוואה להשפעת הקרינה.

הנתונים הניתנים מצביעים על כך שבמהלך הפעלת תחנות כוח, הסביבה ההשפעה של אנרגיה גרעינית נמוכה בעשרות מונים מאשר התרמית.

הטרגדיה של צ'רנוביל נותרה רוע בלתי ניתן לתיקון עבור אוקראינה. אבל זה קשור יותר לסדר החברתי שהוליד אותו מאשר לאנרגיה גרעינית. אחרי הכל, בשום תחנת כוח גרעינית בעולם, פרט לצ'רנוביל, לא היו תאונות שהובילו ישירות למותם של אנשים.

השיטה ההסתברותית לחישוב הבטיחות של תחנות כוח גרעיניות בכללותן מצביעה על כך שכאשר מייצרים אותה יחידת חשמל, ההסתברות לתאונה גדולה בתחנת כוח גרעינית נמוכה פי 100 מאשר במקרה של אנרגיית פחם. ההשלכות של השוואה זו ברורות.

הגידול בשימוש באנרגיה חשמלית, החמרה בבעיות הסביבתיות העצימו משמעותית את החיפוש אחר דרכים ידידותיות לסביבה לייצור חשמל. דרכים לשימוש באנרגיה מתחדשת שאינה דלק - סולארית, רוח, גיאותרמית, אנרגיית גלים, אנרגיית גאות ושפל, אנרגיית ביוגז וכו' מפותחות באופן אינטנסיבי. המקורות לסוגי אנרגיה אלו בלתי נדלים, אך יש להעריך באופן סביר האם הם יכולים לספק את כל הצרכים של האנושות.

המחקר האחרון מתמקד בעיקר בהפקת אנרגיה חשמלית מאנרגיית רוח. חוות רוח בנויות בעיקר עם זרם ישר. גלגל הרוח מניע דינמו - זרם חשמלי שמטעין בו זמנית סוללות המחוברות במקביל.

כיום, יחידות כוח רוח מספקות זרם אמין לעובדי הנפט, הן פועלות בהצלחה באזורים שקשה להגיע אליהם, באיים נידחים, בקוטב הצפוני, באלפי חוות חקלאיות שבהן אין ישובים גדולים ותחנות כוח ציבוריות בקרבת מקום.

השימוש הנרחב ביחידות כוח רוח בתנאים רגילים עדיין מעכב על ידי העלות הגבוהה שלהן. בשימוש ברוח נוצרת בעיה רצינית: עודף אנרגיה במזג אוויר סוער ומחסור בה בתקופה רגועה. השימוש באנרגיית הרוח מסובך בשל העובדה שיש לה צפיפות אנרגיה נמוכה, כמו גם שינוי כוחו וכיוונה. טורבינות רוח משמשות בעיקר במקומות שבהם יש משטר רוחות טוב. כדי ליצור טורבינות רוח בעלות הספק גבוה, יש צורך שהיא תהיה גדולה, בנוסף יש להעלות את המדחף לגובה מספיק, שכן בגובה גבוה יותר הרוח יציבה יותר ובעלת מהירות גבוהה יותר. רק תחנת כוח אחת הפועלת על דלקים מאובנים יכולה להחליף (מבחינת כמות האנרגיה המופקת) אלפי טורבינות רוח.

במשך מאות שנים, אנשים חשבו בסיבת הגאות והשפל של הים. היום אנו יודעים בוודאות שתופעת טבע רבת עוצמה - התנועה הקצבית של מי הים - נגרמת על ידי כוחות המשיכה של הירח והשמש. אנרגיית הגאות והשפל היא עצומה, ההספק הכולל שלה על פני כדור הארץ הוא כמיליארד קילוואט, שזה יותר מההספק הכולל של כל נהרות העולם.

עקרון הפעולה של תחנות כוח גאות ושפל הוא פשוט מאוד. בשעת הגאות, מים, הידרו-טורבינות מסתובבות, ממלאים את המאגר, ולאחר השפל, הם עוזבים את המאגר לתוך האוקיינוס, שוב מסובבים את הטורבינות. העיקר הוא למצוא מקום נוח להתקנת הסכר, שבו גובה הגאות יהיה משמעותי. בנייה והפעלה של תחנות כוח היא משימה מורכבת. מי ים גורמים לקורוזיה של רוב המתכות, אצות צומחות על פרטי המתקנים.

השטף התרמי של קרינת השמש שמגיע לכדור הארץ הוא גדול מאוד. הוא עולה על השימוש הכולל של כל סוגי משאבי הדלק והאנרגיה בעולם ביותר מפי 5,000.

בין היתרונות של אנרגיה סולארית- הנצחיות והניקיון האקולוגי יוצא הדופן שלו. אנרגיית השמש מסופקת לכל פני כדור הארץ, רק אזורי הקוטב של כדור הארץ סובלים מחסרונה. כלומר, כמעט על כל הגלובוס, רק עננים ולילה מונעים מכם להשתמש בו כל הזמן. זמינות כללית כזו הופכת סוג זה של אנרגיה לבלתי אפשרי למונופול, בניגוד לנפט וגז. כמובן, העלות של 1 קוט"ש. אנרגיה סולארית גבוהה בהרבה מזו המתקבלת בשיטה המסורתית. רק חמישית מאור השמש מומרת לזרם חשמלי, אך שיעור זה ממשיך לגדול הודות למאמצים של המדענים והמהנדסים בעולם.

מכיוון שאנרגיית קרינת השמש מפוזרת על פני שטח גדול (במילים אחרות, בעלת צפיפות נמוכה), כל התקנה לשימוש ישיר באנרגיה סולארית חייבת להיות בעלת מכשיר בעל שטח פנים מספיק. המכשיר הפשוט ביותר מסוג זה הוא אספן שטוח; באופן עקרוני זה לוח שחור, מבודד היטב מלמטה.

ישנן תחנות כוח מסוג קצת שונה, ההבדל ביניהן טמון בעובדה שחום השמש הממוקד בראש המגדל מניע נוזל קירור נתרן, שמחמם את המים ליצירת אדים. לדברי מומחים, הרעיון האטרקטיבי ביותר לגבי המרת אנרגיה סולארית הוא השימוש באפקט הפוטואלקטרי במוליכים למחצה. עם זאת, פני השטח של הפאנלים הסולאריים כדי לספק מספיק חשמל חייבים להיות גדולים מספיק (לתפוקה יומית של 500 MWh. נדרש שטח פנים של 500,000 מ"ר), וזה די יקר. אנרגיה סולארית היא אחד מסוגי הפקת האנרגיה עתירי החומרים ביותר. השימוש באנרגיה סולארית בקנה מידה גדול כרוך בגידול עצום בצורך בחומרים, וכתוצאה מכך, במשאבי עבודה להפקת חומרי גלם, העשרה שלהם, ייצור חומרים, ייצור הליוסטטים, קולטים, ציוד אחר, והתחבורה שלהם. יעילותן של תחנות כוח סולאריות באזורים המרוחקים מקו המשווה נמוכה למדי בשל תנאי אטמוספירה לא יציבים, עוצמת קרינת השמש נמוכה יחסית וכן התנודות שלה עקב חילופי יום ולילה.

אנרגיה גיאותרמית משתמשת בטמפרטורות הגבוהות של פנים העמוק של קרום כדור הארץ כדי ליצור אנרגיה תרמית.

במקומות מסוימים על פני כדור הארץ, במיוחד בשולי הלוחות הטקטוניים, מגיע חום אל פני השטח בצורה של מעיינות חמים - גייזרים והרי געש. באזורים אחרים, מקורות תת-מימיים זורמים דרך תצורות תת-קרקעיות חמות, וניתן לקחת את החום הזה דרך מערכות חילופי חום. איסלנד היא דוגמה למדינה שבה אנרגיה גיאותרמית נמצאת בשימוש נרחב.

כעת פותחו טכנולוגיות המאפשרות הפקת גזים דליקים מחומרי גלם ביולוגיים כתוצאה מתגובה כימית של פירוק תרכובות גבוהות מולקולריות לנמוכות מולקולריות עקב פעילותם של חיידקים מיוחדים (המשתתפים בתגובה ללא גישה לחמצן אטמוספרי). ערכת תגובה: ביומסה + + חיידקים -> גזים דליקים + גזים אחרים + דשנים.

ביומסה היא בזבוז של ייצור חקלאי (בעלי חיים, תעשייה עיבוד).

חומר הגלם העיקרי לייצור ביו-גז הוא זבל, המועבר לתחנות ביו-גז. התוצר העיקרי של מפעל הביוגז הוא תערובת של גזים דליקים (90% מהתערובת היא מתאן). תערובת זו מסופקת למפעלי ייצור חום, תחנות כוח.

למקורות מתחדשים (למעט אנרגיית מים) יש חיסרון משותף: האנרגיה שלהם מרוכזת בצורה חלשה מאוד, מה שיוצר קשיים ניכרים לשימוש מעשי. העלות של מקורות מתחדשים (למעט תחנות כוח הידרואלקטריות) גבוהה בהרבה מזו המסורתית. ניתן להשתמש בהצלחה הן באנרגיה סולארית והן ברוח ובסוגי אנרגיה אחרים להפקת חשמל בטווח הספקים ממספר קילוואט עד עשרות קילוואט. אבל סוגי אנרגיה אלה הם די לא מבטיחים ליצירת מקורות אנרגיה תעשייתיים רבי עוצמה.

ללא הגזמה, ניתן לכנות את מתחם החשמל החשמלי כאחת מתעשיות המפתח. ללא חשמל, ייצור כמעט בכל תחום אחר הוא בלתי אפשרי. לפיכך, כל הכלכלה של ארצנו תלויה בסופו של דבר באנרגיה. בואו ננסה להבין באיזה מצב נמצאת תעשיית האנרגיה הרוסית כרגע ולמה לצפות ממנה בעתיד.

רוסיה היא אחת המובילות בשוק האנרגיה העולמי

נכון לעכשיו, רוסיה היא אחת מעשרת יצרניות החשמל הגדולות ואחת המדינות עם הרזרבות הגדולות ביותר של משאבי אנרגיה. במובנים רבים, ההנהגה של היום נקבעה על פי היתרונות של בונים סובייטים - אנחנו מדברים על בנייה בקנה מידה גדול של תחנות כוח תרמיות והידרואלקטריות (פרויקט GOELRO), ומאוחר יותר תחנות כוח גרעיניות. בשנות ה-60 וה-80, התקדמות הובטחה באמצעות פיתוח אקטיבי של משאבי הטבע של מערב ומזרח סיביר.

אבל בעשור האחרון של המאה ה-20, האנרגיה כמעט וננטשה. פרויקטים חדשים שהופעלו במהלך אותה תקופה אפשר לספור ממש על האצבעות. בתחילת שנות ה-2000 המצב החל להשתפר בהדרגה, אך עדיין יש הרבה בעיות, ושיעורי הצמיחה אינם גבוהים כפי שהיינו רוצים.

מכת אנרגיה - ציוד וטכנולוגיות מיושנים, מחסור בכוח אדם והשקעה

לדברי מומחים, בין 50 ל-80% מהציוד המשמש כיום בייצור האנרגיה הרוסי כבר מיצה או ימצה את המשאב שלו בשנים הקרובות. וזה אומר שבעתיד הנראה לעין אנו עלולים בהחלט להתמודד עם מחסור בחשמל וכפי שאפשר לנחש עם עליית מחירים. למרות העובדה שמאז 2003 חלה עלייה בייצור החשמל, החשמל הופך ליותר ויותר נדיר. אין לנו מספיק כושר ייצור, ומה שיש לנו לא מנוצל ביעילות מספיק: לרוב קשה להעביר את כל כמות האנרגיה המופקת לצרכן בגלל הפיתוח הבלתי מספק של רשתות החשמל.

הבעיה העיקרית שירשנו מברית המועצות היא שמחצית מהחשמל במדינה מופק על ידי יחידות טורבינות קיטור המופעלות בגז, המתאפיינות ביעילות נמוכה. היעילות של יחידות טורבינת קיטור גז נמוכה פי אחד וחצי מזו של יחידות מחזור משולב.

מדינות האיחוד האירופי וארה"ב מחליפות בהדרגה את טכנולוגיית טורבינת הקיטור המיושנת. כיום, פחות מ-30% מהחשמל מופק שם על בלוקים כאלה.

בשנת 2009 ערכו מומחים מהבנק האירופי לשיקום ופיתוח מחקר על מתחם האנרגיה הרוסי והגיעו למסקנה כי יש צורך ברפורמה קיצונית, הכוללת החלפה מלאה של ציוד ברוב תחנות הכוח ההידרומיות והתרמיות במדינה. לפי החישובים שלהם, העלות הכוללת של מודרניזציה של התעשייה תהיה לפחות 48 מיליארד יורו.

במקביל, הצלחנו בשנה שעברה להפעיל מתקני ייצור המייצרים 6 GW של חשמל, שהיה נתון שיא מאז 1985.

מצד שני, התעשייה הרוסית ממשיכה להיות אינטנסיבית ביותר באנרגיה. עלויות האנרגיה לייצור התמ"ג עולות על הממוצע העולמי פי 2.3, וביחס לאינדיקטור של מדינות אירופה - פי שלושה.

בעיה נוספת היא צמצום הפוטנציאל המדעי והייצור בתעשייה. כיום אנו מסוגלים לייצר גנרטורים ושנאים שאינם נחותים מבחינת פרמטרים תפעוליים מהאנלוגים בעולם. אבל מבחינת אמינות ובטיחות, יש כבר פיגור מסוים. כמו כן, המודרניזציה של מתקני הייצור הקיימים והכנסת טכנולוגיות חדשות נפגעת, בין היתר, בשל היעדר המספר הנדרש של מומחים בעלי הכישורים הנדרשים.

למה לצפות בעתיד?

על פי תחזיות המומחים, בתקופה שבין 2007 ל-2015, הגידול בביקוש המקומי לחשמל יהיה בממוצע 3.7-4.0% בשנה, ובתקופה שבין 2016 ל-2020 - 3.6-3.7%. הירידה בצמיחה מוסברת במודרניזציה של הייצור והכנסת טכנולוגיות פחות עתירות אנרגיה. בהקשר זה, מדי שנה חייבים מהנדסי כוח להפעיל הספקים המייצרים 130-200 מיליון קילוואט.

ממשלת הפדרציה הרוסית החליטה ליישם מספר תוכניות, שבמסגרתן מתוכננת להפחית את עוצמת האנרגיה של אזורים שונים בכלכלה:

- "רבעון חסכוני באנרגיה". במסגרת התוכנית, מתוכנן לבצע מודרניזציה קיצונית של מערכות אספקת האנרגיה של מספר ערים קטנות ומיקרו-מחוזות בודדים. בהמשך הניסיון יורחב למערכות בכל הארץ;

- "אנרגיה משולבת קטנה", שבתוכה מתוכנן להחליף את הציוד של כושר ייצור מקומי;

- "אנרגיה חדשנית", פרויקט להחדרת טכנולוגיות ופתרונות חדשים.

בנוסף, מוקדשת תשומת לב רבה לאנרגיה גרעינית. הודות לניסיון המצטבר, לרוסיה יש כל הזדמנות להישאר תחרותית בשוק העולמי. עם זאת, יש להבין ש-15 שנות השפלה לא יכלו אלא להשפיע על הענף, ולכן כיום היא זקוקה להשקעה משמעותית.

על פי תוכניות המדינה, בשנת 2015 גידול כושר הייצור של תחנות כוח גרעיניות אמור להגיע ל-34-36 GW, ועד 2020 - 51-53 GW. החל מהעשור הבא, מתוכנן מעבר הדרגתי לפלטפורמה חדשה המבוססת על ניצול תגובת הנייטרונים המהירה ומחזור דלק סגור.

כך או כך, כדי לפתור בעיות במתחם האנרגיה, נדרשת גידול משמעותי בהשקעות, התייעלות אנרגטית של התעשייה וכן הרחבת ייצור החשמל ממקורות חלופיים.

למרבה הצער, לא כל כך מזמן עשינו טעות אחת די חמורה: החלוקה והפרטה של RAO UES מרוסיה. תוכנן שאם הון פרטי יאפשר להיכנס לענף, הדבר יגרה אותו להשקיע בפיתוח ומודרניזציה. אבל זה לא קרה. בעלי כושר ייצור וחברות אספקה ממשיכים להפעיל ציוד מיושן, ולא רוצים להשקיע במודרניזציה. כאן, כמו בענפים רבים אחרים, חל אותו כלל: התמקדות ברווחים "מהירים" וחוסר רצון לחשוב על העתיד. ההשקעות במתחם האנרגיה על ידי המדינה מהוות עדיין 85-90% מהסך הכל. מסתבר שהמדינה משקיעה את הכספים, והסוחר הפרטי מקבל את הרווח.

בהקשר לכל זה, לא קשה להסיק שכיום על הרשויות לדאוג להכנסת שינויים בחקיקה שיכוונו:

הגברת השליטה על פעילותן של חברות בענף;

קביעת מדדי רווח מסוימים, אותם מחויב בעל החברה לכוון לחידוש רכוש קבוע ולהכנסת טכנולוגיות חדשות, או, כאופציה, תמריצים כלכליים למודרניזציה באמצעות תמריצי מס והקלות נוספות;

החזרת גורמים מומחים להנהלת חברות ממשלתיות בתחום האנרגיה. זה יגדיל את השליטה ושליטה טובה יותר במצב. המדד, כמובן, שנוי במחלוקת במידה רבה, אבל אם מנהלים פרטיים לא יעבדו כמו שצריך, פשוט לא יישאר שום דבר אחר.