Невозобновляемые источники энергии

Энергоресурсы.

Основные понятия в естествознании.

Лекции 2- 3

Раздел 2. Энергоэффективные технологии.

Материя – все то, что прямо или косвенно действует на органы чувств человека и другие материальные объекты.

Виды материи: вещество, физические поля, физический вакуум.

Вещество – любые материальные объекты и природные системы разной сложности в основе состоящие из 6 тяжелых неделимых частиц – кварков (u, d, b, s, c, t) и 6 легких – лептонов (e, μ, τ, ν_e, ν_μ, ν_τ).

Фундаментальные взаимодействия:

- гравитационное (тяготение), проявляется во взаимном притяжении любых вещественных объектов, имеющих массу;

- электромагнитное, обусловлено существованием в природе электрических зарядов;

- сильное, обеспечивает существование нуклонов (протонов и нейтронов), субатомных частиц (~300) и атомных ядер, проявляется на расстояниях не более 10^-15 м;

- слабое, проявляется в процессах распада атомных ядер и субатомных частиц, радиус взаимодействия 10^-17 м.

Переносчики взаимодействия (физические поля) – гравитационного, гипотетические гравитоны с нулевой массой, электромагнитного – фотоны, сильного – 8 глюонов, слабого вионы 3-х типов (W⁺. W^-, Z⁰).

Спин – собственный момент импульса микрочастиц. У переносчиков взаимодействия целое число от постоянной Планка (называют бозоны), у фундаментальных частиц полуцелый (называют фермионы).

Физический вакуум – состояние всех возможных квантовых полей с минимальной энергией. Может взаимодействовать с реальными частицами посредством виртуальных частиц, которые он непрерывно и хаотически испускает и поглощает.

Пространство и время – всеобщие формы существования и движения материи, в теории относительности единое пространство-время.

Законы сохранения:

- закон сохранения энергии следует из однородности времени;

- закон сохранения импульса следует из однородности пространства;

- закон сохранения момента импульса следует из изотропности пространства;

- закон сохранения электрического заряда следует из калибровочной инвариантности;

- закон сохранения барионного заряда следует из калибровочной инвариантности;

- закон сохранения лептонного заряда следует из калибровочной инвариантности.

Невозобновляемые – это естественно образовавшиеся и накопившиеся в недрах планеты запасы веществ, способные при определенных условиях высвобождать заключенную в них энергию. К ним относятся ископаемые виды топлива и продукты их переработки: каменный и бурый уголь, сланцы, торф, нефть, природный и попутный газ, а также расщепляющиеся вещества (уран). По своему агрегатному состоянию его делят на твердое, жидкое и газообразное топливо. Для сравнительного анализа энергетических ресурсов принята единица измерений – условное топливо, при сгорании 1 кг которого выделяется 1 т.у.т. = 8,12 МВт-ч = 2,93.10⁷ Дж = 7000 ккал. Этот показатель соответствует хорошему малозольному углю и называют иногда угольным эквивалентом. За рубежом для анализа используют условное топливо с теплотой сгорания 41900 кДж/кг = 10000 ккал/кг и называют нефтяным эквивалентом.

Ископаемое твердое топливо (за исключением сланцев) является продуктом разложения органической массы растений. Наиболее старые из них антрациты (каменные угли) состоят на 93% из углерода. Мировые геологические запасы угля оцениваются в 14000 млрд.т. (Азия – 63%, Америка – 27%). Самые крупные в мире месторождения угля Тунгусское (2300 млрд.т. – свыше 15% мировых запасов) и Ленское (1800 млрд.т. – почти 13% от мировых запасов). При современных темпах потребления угля, его хватит на ~ 1000 лет.

Практически все жидкое топливо пока получают путем переработки нефти. Сырую нефть нагревают до 300-370 ^оС, после чего полученные пары разгоняют на фракции, конденсирующие при различных температурах: сжиженный газ, бензиновая. керосиновая и дизельная фракции. Жидкий остаток с температурой кипения 330-350 ^оС это мазут. Мировые геологические запасы нефти оцениваются в 200 млрд.т. Более половины всех достоверных запасов нефти расположено в странах Среднего и Ближнего Востока. При современных темпах потребления нефти, разведанных запасов хватит на ~ 30-40 лет.

К газообразному топливу относится, прежде всего, природный газ. Основным его компонентом является метан СН₄. При добычи нефти выделяется так называемый попутный газ, содержащий меньше метана, чем природный газ. Находит широкое распространение сжиженный газ, получаемый при первичной переработке нефти и попутных нефтяных газов. Выпускают технический пропан (не менее 93% смеси С₃Н₈+С₃Н₆), технический бутан (не менее 93% смеси С₄Н₁₀+С₄Н₈). Мировые геологические запасы газа оцениваются в 140-170 триллионов м³. При современных темпах потребления газа, разведанных запасов хватит на ~ 50 лет.

Ядерным топливом почти во всех реакторах является естественный уран, обогащенный изотопом ₉₂U²³⁵ до 2-3%, в природном его содержание 0,7%. Ядерная энергия высвобождается в ходе цепной реакции под действием тепловых (несколько эВ) нейтронов. Перспективные реакторы на быстрых нейтронах позволяют использовать весь уран и накопленные запасы оружейного плутония. Мировых запасов урана хватит на ~ 100 лет.

Дата добавления: 2014-01-14