Периоды развития энергетики

Первый в истории человечества энергетический кризис разразился во II тысячелетии до нашей

эры. Тогда единственными источниками энергии были собственная сила человека и сила животных. Выход из этого кризиса был найден в использовании мускульной силы рабов. Развивались ремесла, техника, появились приспособления для увеличения «силовых» возможностей человека – блоки, рычаги, катки и т. п. Встречались в те давние времена и с энергетическими проблемами, похожими на современные. Исследования археологов в древнем горнопромышленном и металлургическом центре Востока – Древнем Египте установили, что выплавка меди там внезапно прекратилась примерно за 1000 лет до нашей эры. Хотя до этого в течение 1000 лет не менее 1000 печей плавили металл, причем в качестве топлива использовали древесный уголь из стволов пальм,

там произраставших. Когда пальмовые леса близ месторождения были вырублены, топлива

стало не хватать - «локальный энергетический кризис» привел к прекращению производства металла.

2. С крахом рабовладельческого строя кончилась эпоха «живой энергетики», и человечество должно было искать новые источники энергии. Прежде всего, люди обратили свои поиски к источникам, которые всегда были перед их глазами – к текущей воде и к ветру. Парусные суда, водяные колеса, мельницы, ветряные мельницы нашли применение уже в Древней Греции и в период Римской империи. Новый, феодальный строй вызвал к жизни и новую технику, основными энергетическими источниками становятся сила воды и ветра, более продуктивно используется сила животных, меняется энергетическая база производства: для приведения в движение самых разнообразных станков и механизмов широко используются водяные колеса. К середине XVIII в. водяные колеса распространились по всей Европе, вокруг них строятся фабрики, возникают города. Развивающаяся промышленность (ткацкая, металлургическая, горное дело, металлообрабатывающая) требовала все больше и больше энергии.

То есть следующей, второй, ступенью в развитии энергетики явилось применение энергии неживой природы. Эта два вида энергоснабжения − и ветро- и гидроэнергетика − характеризу­ют один и тот же исторический период развития способа производства. Они не только совпадают по времени преимущественно, но и однородны по своей физической сущно­сти, представляя собой непосредственное использование имеющихся в природе источников механической энергии для приведения в движение исполнительных машин. По­этому при, выделении качественно отличной ступени разви­тая энергетики целесообразно объединить родственные по времени, характеру и физическому содержанию гидро- и ветроэнергетику, обозначив их термином механическая энергетика.

3. В поисках возможных источников энергии люди настойчиво пытались создать машины, которые работали бы сами по себе – вечные двигатели. Навязчивая идея не умерла и до настоящего времени, хотя и развенчана наукой. Великим изобретением, предоставившим человечеству необходимую энергию и возможность дальнейшего прогресса, стало изобретение паровой машины и ее распространение в XVIII в. С изобретением паровой машины человек научился превращать в движение, в работу теплоту, запасенную в угле, дереве, торфе. Однако серьезные недостатки паровых машин: низкий коэффициент полезного действия, большие размеры машины, необходимость подвоза топлива, сложный привод станков (передача движения от машины к станкам), большое количество выделяемой сажи - требовали искать другие, новые источники энергии, новые способы ее получения и преобразования.

Следующая, третья, ступень развития энергетики нача­лась с использования теплоты как источника механической работы. Теплоэнергетика возникла в начале XVIII в. в частной форме водоподъемных двигателей и стала быстро развиваться с конца XVIII в. в связи с внедрением в про­мышленность и транспорт универсального парового дви­гателя.

4. В конце XIXв теплоэнергетика, являющаяся и в на­стоящее время количественно преобладающей, получила, равно как и гидроэнергетика, значительный стимул к уско­ренному развитию благодаря производству электрической энергии. Наступает век электричества. Открытие вольтовой дуги, электрического освещения русским электротехником В. В. Петровым положило начало практическому использованию электричества. В 1831 г. Майкл Фарадей изобрел электрогенератор, а за 10 лет до этого - электродвигатель. Электрические машины совершенствовались.

Электрическая энергия не берется непосредственно из природы, а вырабатывается на тепловых, гидравли­ческих и других электростанциях. Поэтому электроэнерге­тика как вторичная энергетика, привлекаемая благодаря своей транспортабельности и трансформируемости в дру­гие виды энергии, не явилась самостоятельной, независи­мой формой энергетики. Она не заменила первичные теп­лоэнергетику и гидроэнергетику, а наоборот, стимулировала их дальнейшее, весьма ускоренное развитие, знаменуя вме­сте с ними следующий, четвертый, период развития ком­плексной энергетики.

5. Новым этапом в развитии энергетики явилась возник­шая в середине XXв атомная энергетика, источником ко­торой может служить искусственно вызываемый распад тяжелых или соединение легких ядер атомов.

Последовательные качественные ступени развития энер­гетики могут быть представлены следующим кратким пе­речнем:

1. Биоэнергетика − использование в качестве источника механической работы биологической энергии человека и животных.

2. Механическая энергетика − использование механи­ческой энергии потоков воды и воздуха.

3. Теплоэнергетика − использование в качестве источ­ника механической работы теплоты, выделяющейся при сжигании топлива.

4. Комплексная энергетика − преимуще­ственное использование в качестве первичной энергии теп­ловой и гидравлической, а в качестве вторичной − электри­ческой энергии.

5. Атомная энергетика − использование энергии ядер­ных реакций.

В начале – середине XX в. электрификация стала основным фактором увеличения про-

изводительности труда и условием повышения уровня благосостояния народа. Современные энергосистемы являются неотъемлемым компонентом инфраструктуры общества, в особенности промышленно развитых стран, которые расходуют примерно 4/5 энергоносителей и в которых живет лишь 1/4 населения планеты. На страны третьего мира, где живет 3/4 населения Земли, приходится около 1/5 мирового потребления энергии.

Учитывая, что энергия является важнейшим элементом устойчивого развития любого государства, каждое из них стремится разработать такие способы энергоснабжения, которые наилучшим образом обеспечивали бы развитие и повышение качества жизни людей, особенно в развивающихся странах, при одновременном сведении к минимуму воздействия человеческом деятельности на здоровье людей и окружающую среду.

В последние 25 лет все развитые страны мира перестали наращивать потребление пер-

вичной энергии на душу населения, обеспечив достаточно высокий уровень жизни своих граждан. Существует тесная взаимосвязь между энергообеспечением, богатством государства и благосостоянием народа. Уровень развития общества определяется способом его энергообеспечения. По подсчетам академика А. Берга еще 100 лет назад 98 % потребляемой на Земле энергии приходилось на мускульную силу человека и животных. Энергия, вырабатываемая ветровыми мельницами, водяными колесами, паровыми и электрическими машинами, составляла лишь малую долю.

В настоящее время в результате научно-технического прогресса почти всю тяжелую работу выполняют машины, а на мускульную силу людей приходится меньше 1 % энергии. Пользование даровыми природными энергоресурсами (ветром и солнечным теплом) способствовало зарождению и становлению цивилизации. Последовательно сменяющиеся виды все более калорийных энергоносителей - дрова, уголь, нефть, газ и, наконец, ядерное топливо - это этапы прогресса, который, создавая блага для человечества, вместе с тем ухудшает экологическую среду, уменьшает предел экологической емкости среды обитания, что является глобальной энергетической проблемой.