История потребления энергии человеком

ИСТОРИЯ ПОТРЕБЛЕНИЯ ЭНЕРГИИ ЧЕЛОВЕКОМ

О.И. Васильев

Обособленное структурное подразделение

в г. Мариинский Посад Цивильского аграрно-

технологического техникума Минобразования Чувашии

Аннотация.

Данная работа исследует эволюцию потребления энергии человечеством с древнейших времен до современности.

В ней рассматриваются этапы, начиная с использования биомассы и энергии ветра в древних культурах, и заканчивая современными технологическими достижениями в области возобновляемых источников энергии и углеводородов.

Работа поднимает актуальные вопросы перехода к более устойчивым и эффективным способам потребления энергии.

Ключевые слова: Энергопотребление, энергоресурсы, углеводороды, биомасса.

Одна из задач исследования - знакомство с литературой по теме. В ходе этой работы была восстановлена краткая история потребления энергии человеком на разных этапах его жизни, выяснено какие использовались энергоресурсы и в каком количестве, как энергетика влияет на окружающую среду.

История потребления энергии человеком — это путь эволюции цивилизации, который начинается с использования костра в пещерах каменного века и продолжается до создания ракетных двигателей. Уровень развития общества тесно связан с его способностью эффективно извлекать и использовать энергию из природных ресурсов [1]. Каждый шаг в этом процессе знаменует собой важный этап в развитии технологий и жизненных условий человека. (диаграмма №1).

Диаграмма №1.

Использование человеком различных источников энергии на протяжении веков.

Анализ диаграммы №1 указывает на то, что на раннем этапе развития человечества люди использовали свою мускульную энергию, дополняя её мускульной энергией животных. С появлением огня началась настоящая революция в жизни первобытных людей, хотя тогда они ещё не осознавали его физическую природу.

Овладение огнём позволило людям научиться варить и жарить пищу, а также выплавлять металл. Позже они изобрели гончарные печи для удаления химически связанной воды из глины с помощью тепловой энергии, что вывело на новый уровень производство керамических изделий. Однако процессы, сопровождающие эти технологии, стали известны человечеству лишь спустя долгие тысячелетия.

Следующим шагом стали мельницы, которые преобразовывали энергию водяных потоков и ветра в механическую энергию вращающегося вала. Однако настоящая эволюция произошла с изобретением паровой машины, двигателя внутреннего сгорания, гидравлических, паровых и газовых турбин, а также электрических генераторов и моторов. Эти устройства стали мощными инструментами для облегчения физического труда, позволяя преобразовывать природную энергию в удобные для использования формы, что в свою очередь способствовало производству больших объемов работы.

Овладение электричеством в середине XIX века стало важным этапом в истории потребления энергии. В XIX веке основным источником энергии был уголь, но уже в начале XX века нефть заняла его место. Поиск новых источников не завершился: были разработаны аккумуляторы, топливные элементы, солнечные преобразователи, реактивные двигатели и, в середине XX века, атомные реакторы. Поэтому XX век можно с уверенностью называть атомным, а XXI век, надеемся, станет веком солнечной энергетики [2].

На базе электроэнергии возникли новые средства связи: телеграф, телефон, радио, телевидение и компьютерные технологии. Потребление энергии и в прошлом, и сегодня является средством повышения качества жизни, а не самоцелью.

На протяжении всей истории человечества потребление энергии неуклонно возрастало, и это считается важным показателем жизненного уровня. В те времена, когда человеку приходилось добывать пищу, собирая плоды в лесу и охотясь на животных, ему требовалось около 8 МДж энергии в сутки. После овладения огнём эта потребность возросла до 16 МДж, в примитивном сельскохозяйственном обществе составила 50 МДж, а в более развитом достигла 100 МДж. Переведём эти значения в кВт∙ч для дальнейшего сравнения (диаграмма №2).

Диаграмма № 2

«Потребляемая энергия в расчёте на одного человека в день

на разной ступени развития цивилизации»

1 - Первобытные люди, 2 - Охотники, 3 - 5000 лет до н.э., 4 - Европа 1400г.,

5 – Великобритания 1875г., 6 - США 1970г.

Оказывается - пещерный человек (1) потреблял около 1% того количества энергии, которую потреблял житель Земли в 70-х годах прошлого века (6). А в 70-х годах прошлого века человечество потребляло только половину той энергии, которую потребляет сегодня современный житель Земли! Это в расчете на одного человека, а если учесть, что на Земле проживает около 6 млрд. человек…. Кроме того, взятая величина потребления – среднестатистический показатель, а каждый человек потребляет разное ее количество [3]. Т.е. количество потребляемой энергии непрерывно растет!!!

Диаграмма №1 показывает, как человечество перешло от бережного использования возобновляемых к чрезмерному потреблению невозобновляемых источников энергии.

История энергопотребления: За XX век извлечено больше полезных ископаемых, чем за всю историю. Потребление ископаемого топлива увеличилось почти в 30 раз, а объём мирового производства — в 50 раз, особенно с начала 1950-х. Сегодняшнему человеку нужно больше ресурсов, чем когда-либо, и ценными являются топливо-энергетические и горючие природные ресурсы.

Классификация энергоресурсов:

1. Первичные: нефть, газ, угли, горючие сланцы, торф, древесина, гидроэнергия и ядерная энергия; вторичные: солнечная, ветровая, геотермальная.

2. Возобновляемые: ресурсы, которые можно увеличить (например, древесина); невозобновляемые: нефть, газ, уголь.

3. Неисчерпаемые: гидроэнергия, атомная, ветер, солнце и геотермальная; остальные исчерпаемы.

4. Альтернативные источники: гидроэнергия, геотермальная, ветровая, приливная и солнечная энергия.

Как изменялось и будет изменяться использование разных видов энергоресурсов для получения энергии показано на рисунке. (Рис.№1)

Рис.№1. Прогноз производства энергии из разных энергоресурсов до 2060 года.

На протяжении цивилизации источники энергии менялись многократно, переходя от древесины к углю, затем к нефти. До начала XX века древесина была основным ресурсом, после чего её место занял уголь, а затем нефть и газ. Однако ископаемое топливо становится всё дороже из-за истощения месторождений. Существует необходимость в новых источниках энергии. Ядерные технологии могут стать ответом, так как уран обеспечивает значительно больше энергии на единицу веса, чем уголь. Получение электроэнергии на АЭС требует значительно меньше ресурсов, чем при угле. Но насколько ядерные источники безопасны, подтвердил инцидент на Чернобыльской АЭС [4].

Использование ископаемого топлива возросло после Второй мировой войны и продолжает расти. В 21 веке необходимо перейти на возобновляемые источники энергии.

Хотя энергоресурсов достаточно, существует проблема "энергетического кризиса", связанного с несоответствием потребностей общества и запасов ресурсов.

Монополизация и рост потребления, особенно в странах третьего мира, приводят к дефициту и повышению цен на энергоресурсы.

По прогнозам, к 2100 году запасы ископаемых топлив будут исчерпаны, и доля нефти и газа в энергетическом балансе снизится до 20% к 2020 году.

Традиционные источники энергии исчерпаются в 21 веке при текущих темпах потребления.

Сжигание топлива является основным источником энергии и загрязняющих веществ. Электростанции выделяют много вредных веществ, что приводит к изменению климата и угрозе затопления прибрежных стран. Тепловые электростанции (ТЭС) способствуют парниковому эффекту, выбрасывая углерод, двуокись серы и окислы азота. Также они загрязняют окружающую среду радиоактивными веществами, вызывая кислотные дожди и повреждая экосистемы [5].

ТЭС производят значительное количество твердых отходов, таких как зола и шлаки, которые загрязняют воздух и являются источниками респираторных заболеваний. Выбросы ТЭС содержат канцерогенные вещества, включая бензапирен, а также тяжелые металлы.

Если энергетика полностью базировалась на угле, выбросы углерода могли бы достичь 20 млрд тонн в год. Это привело бы к катастрофическим изменениям климата, поэтому необходимо снижать потребление энергии. Каждый из нас может способствовать энергосбережению на бытовом уровне, что принесет также экономическую выгоду. Поэтому важно проводить исследования по энергосбережению в семье и школе.

Один американец использует столько энергии, сколько два европейца, 35 индийцев, 210 танзанийцев* и 600 бутанцев* [6].

 Что случится, когда индийцы, бутанцы, танзанийцы захотят использовать столько же энергии, сколько используем мы в развитом мире? Сможем ли мы настолько увеличить производство энергии? Правы ли мы, увеличивая свое потребление энергии, в то время, когда другие не могут себе этого позволить?

Богатство энергоресурсами нашей страны с одной стороны могло бы стать основой  высокого уровня жизни, с другой  - не стимулирует население к бережному их использованию,  принятию мер к снижению энергопотребления. Однако даже если бы энергоресурсы были неисчерпаемы, необходимо помнить, что процессы производства энергии, которую мы потребляем, наносят урон окружающей среде. Это заставляет, должно заставить задуматься о возможности снижения потребления энергии даже в тех странах, которым не грозит в ближайшей перспективе энергетический голод.

Посчитаем, сколько же мы тратим электроэнергии ежедневно и можем ли мы без особого ущерба для себя снизить наше энергопотребление? Чтобы ответить на поставленный вопрос была проведена практическая работа «Потребление энергии в моем доме (квартире)» по данным показаний счетчика электроэнергии.

Цель работы: оценка электропотребления дома в течение суток и за неделю. Методика.

1.В течение недели каждый день ровно в 20.00 записать показания в таблицу№1- сколько энергии расходуется ежедневно, причем в первую неделю как обычно, во вторую - следим за приборами.

  2. Проанализировать: в какие дни недели расход энергии меньше, а в какие больше? Почему?

3.На основе данных таблицы №2 сделать вывод о том, какой прибор в вашем доме самый «прожорливый» и самый экономичный.

4.Сделать вывод: «Можно ли уменьшить энергопотребление?»

Таблица 1 . «Потребление энергии в моем доме (квартире)» по данным показаний счетчика электроэнергии».

Таблица №2.

Экономить энергию можно, если соблюдать некоторые простые правила. Так , в ходе исследования, за первую неделю наша семья израсходовала 28 кВт*ч, а во вторую, когда следили за приборами, израсходовала 20кВт*ч. Экономия составила 8 кВт*ч. Самым прожорливым прибором оказалась электроплита, самый экономный –стиральная машина.

Кто-то скажет, подумаешь -8 кВт*ч. А если поразмышлять над следующими цифрами? 1 кВт•ч - это примерно то количество энергии, которое необходимо, чтобы разогнать десятитонный грузовик с места до скорости 100км/ч. Столько же энергии бесполезно расходует за сутки оставленная включенной в пустой комнате 40-ваттная лампочка.

Энергопотребление - естественный процесс современной жизни. Нам нужна энергия для тепла, света, работы и многого другого. Человек может отказаться от многого, но не от тепла и света. Но энергия уже сегодня «на вес золота», так как мировой экономике требуется все больше киловатт — часов. Последние 5-7 лет в крупных городах России основным двигателем роста энергопотребления стали сфера услуг и население. На долю населения пришлось 84% прироста электропотребления, а доля потребления электроэнергии населением и коммунально-бытовым сектором в суммарном потреблении выросла до 63%. По оценке Международного энергетического агентства к 2025 году спрос на нее удвоится.

А как известно , энергетика наносит огромный и зачастую непоправимый ущерб окружающей среде и жизненно важным ресурсам. Эти негативные последствия энергопотребления не являются неизбежными, и связаны прежде всего с неэффективным потреблением энергии и вполне преодолимы. Хотя, иногда это требует значительных затрат. Но у человечества нет выбора. Если не взять под контроль многие из наших повседневных действий, то они поставят под серьезную угрозу то будущее, которое мы желаем человеческому обществу, растительному и животному царствам, и могут изменить мир настолько, что он будет не способен поддерживать жизнь в том виде, в каком мы ее знаем.

Чтобы не расходовать энергию напрасно, не наносить вред природе, не обязательно «уходить назад в пещеры». Выход есть – нам нужно экономно (или как сегодня принято говорить – эффективно) расходовать энергию, бережно относиться к природе – тогда нам хватит времени, чтобы полностью перейти к получению энергии из возобновляемых источников. Кстати, за счет более эффективного использования энергии можно обеспечить 25% потребления энергии. Следует не допускать потерь энергии впустую - обеспечить более полное использование энергии по назначению, использовать возобновляемые источники энергии. Таким образом, энергосбережение с каждым годом становится все более актуальной проблемой. При этом, по расчетам специалистов, именно жилой, коммерческий, офисный, а также бюджетный секторы способны на 30-40% снизить электропотребление без ущерба для комфорта [7].

Мероприятия по энергосбережению широко распространены во всех странах мира, особенно – в развитых странах и в странах с интенсивно развивающейся экономикой.

Неоспорима роль энергии в поддержании и дальнейшем развитии цивилизации. Всегда было так: следующий источник энергии был более мощным. То была, если можно так выразиться, «воинствующая» линия энергетики. В погоне за избытком энергии человек все глубже погружался в стихийный мир природных явлений и до какой-то поры не очень задумывался о последствиях своих дел и поступков.

Время неумолимо бежит вперед. Человек начал прокладывать дорогу к новой - «щадящей» энергетики, построенной так, чтобы человек не рубил сук, на котором он сидит, заботился об охране уже сильно поврежденной биосферы.

Несомненно, в будущем параллельно с линией интенсивного развития энергетики получит широкие права и линия экстенсивная: рассредоточенные источники энергии не слишком большой мощности, но зато с высоким КПД, экологически чистые, удобные в обращении. Яркий пример тому - быстрый старт солнечной энергетики, энергии ветра и биомассы. Энергетика очень быстро аккумулирует, ассимилирует, вбирает в себя все самые новейшие идей, изобретения, достижения науки. Это и понятно: энергетика связана буквально со всем, и всё тянется к энергетике, зависит от нее. Лабиринты энергетики, таинственные переходы, узкие, извилистые тропки. Полные загадок, препятствий, неожиданных озарений, воплей печали и поражений, кликов радости и побед. Тернист, непрост, непрям энергетический путь человечества. Но хочется верить, что на пути к Эре Энергетического Изобилия, человек всегда будет помнить слова мудреца, имя которого осталось неизвестным: «Нет простых решений, есть только разумный выбор».

Литература

1. Голицын. А.Н. Основы промышленной экологии: учебник для начального профессионального образования / А.Н.Голицын. - М.: Academia, 2007. - 240 с.

2. Данилов - Данильян, В.И. Экологический вызов и устойчивое развитие / В.И.Данилов-Данильян, К.С.Лосев. - М.: Прогресс-Традиция, 2000. - 418 с.

3.Дежкин. В.В. Беседы об экологии / В.В.Дежкин. - М.: Изд-во МНЭПУ, 1998.

4. Криксунов Е.А., Пасечник В.В., Сидорин А.П. Экология: 9-й класс: Учеб. для общеобразовательных учебных заведений. М.: Дрофа, 1995. - 240 с.
5.Новиков, Ю.В. Природа и человек / Ю.В. Новиков. - М.: Просвещение, 1991. -223 с.

6. Ресурсы Интернет.

7. Суравегина. И.Т. Экология и мир / И.Т. Суравегина. В.М. Сенкевич. - М., АСТ-ПРЕСС ШКОЛА, 1994. - 98 с.

6