La parola "energia" dal greco significa azione, attività. Secondo i concetti moderni, l'energia è una misura quantitativa generale di varie forme di movimento della materia. Esistono forme fisiche del movimento della materia qualitativamente diverse, capaci di trasformarsi l'una nell'altra secondo rapporti rigorosamente definiti (stabiliti a metà del XX secolo), che hanno permesso di introdurre il concetto di energia come misura generale di il movimento della materia.

L'importanza del concetto di energia è determinata dal fatto che obbedisce alla legge di conservazione. L'idea di energia aiuta a comprendere l'impossibilità di creare una macchina a moto perpetuo. Il lavoro può essere eseguito solo a seguito di determinati cambiamenti nei corpi o nei sistemi circostanti (combustione del carburante, caduta dell'acqua).

La capacità di un corpo, nel passaggio da uno stato all'altro, di eseguire una certa quantità di lavoro (prestazione) veniva chiamata energia.

Tipi di energia: meccanica, termica, chimica, elettromagnetica, gravitazionale, nucleare.

L'energia caratterizza la capacità di compiere lavoro e il lavoro viene prodotto quando si agisce su un oggetto forza fisica. Il lavoro è energia in azione.

Ora più che mai è sorta la domanda: cosa attende l'umanità: fame di energia o abbondanza di energia. Gli articoli sulla crisi energetica non lasciano le pagine di giornali e riviste.

Scienziati e inventori sviluppano da tempo numerosi modi per produrre energia, principalmente energia elettrica. Sembrerebbe che dobbiamo solo costruire sempre più centrali elettriche e ci sarà tutta l'energia necessaria. Ma una soluzione così “ovvia” è irta di molte insidie.

Le inesorabili leggi della natura affermano che l'energia utilizzabile può essere ottenuta solo convertendola da altre forme. Le macchine a moto perpetuo purtroppo sono impossibili. E oggi, 4 kilowatt su 5 di elettricità prodotta si ottengono bruciando combustibile o utilizzando l'energia chimica in esso immagazzinata, convertendola in elettricità nelle centrali termiche.

L’aumento dei prezzi del petrolio, il rapido sviluppo dell’energia nucleare e le crescenti esigenze di protezione ambientale hanno richiesto un nuovo approccio all’energia. Anche se il settore energetico del prossimo futuro continuerà a basarsi sulla produzione di energia termica basata su risorse non rinnovabili, la sua struttura cambierà. L’uso del petrolio sarà ridotto, la produzione di energia nelle centrali nucleari aumenterà, inizierà l’uso delle riserve non sfruttate di carbone a basso costo e il gas naturale sarà ampiamente utilizzato.

Sfortunatamente, le riserve di petrolio, carbone e gas non sono infinite, e molti paesi vivono solo alla giornata, saccheggiando rapacemente le ricchezze della terra, e non pensano al fatto che tra pochi decenni queste riserve si prosciugheranno. Cosa accadrà allora?

L’aumento dei prezzi del petrolio, necessario anche per i trasporti e per i prodotti chimici, ci costringerà a pensare ad altri tipi di carburante. Nel frattempo gli scienziati sono alla ricerca di nuove fonti non convenzionali che possano farsi carico almeno in parte delle preoccupazioni legate alla fornitura di energia alla popolazione.

Fonti energetiche non tradizionali.

L'energia solare - l'energia solare, si sta sviluppando rapidamente e in diverse direzioni. I dispositivi solari vengono utilizzati per il riscaldamento e la ventilazione degli edifici, la desalinizzazione dell'acqua e la produzione di elettricità. Sono comparsi anche i veicoli ad energia solare. Da 3 anni il villaggio tedesco di Franzhütte è completamente alimentato da un impianto solare composto da 840 pannelli solari piani con una superficie totale di 360 metri quadrati. M. La potenza di ciascuna batteria è di 50 W. Di notte e con tempo nuvoloso la corrente è fornita da una batteria di batterie al piombo, caricate durante le ore in cui c'è molto sole.

Scienziati svizzeri hanno brevettato pannelli solari trasparenti che possono essere inseriti nei telai delle finestre invece che nel vetro. Tra due strati di vetro, rivestiti da una sottile pellicola di biossido di titanio con uno strato altrettanto sottile di pigmento fotosensibile, è presente uno strato di elettrolita contenente iodio. La luce che colpisce il pigmento ne elimina gli elettroni che, attraverso l'elettrolita, entrano nello strato di biossido di titanio. Tutti gli strati sono così batteria solare così sottile che la trasparenza del vetro praticamente non si riduce.

Recentemente, l'interesse per il problema dell'utilizzo dell'energia solare è aumentato notevolmente. Il potenziale dell’energia solare è estremamente ampio. Utilizzando solo lo 0,0125% dell’energia solare si potrebbe soddisfare l’intero fabbisogno energetico mondiale di oggi.

Un ostacolo alla vendita delle risorse solari è la bassa intensità radiazione solare. Pertanto, i collettori devono essere posizionati su vasti territori, il che comporta anche costi materiali significativi.

Il collettore di radiazione solare più semplice è un foglio di alluminio annerito, all'interno del quale sono presenti tubi con un liquido circolante. Riscaldato dall'energia solare assorbita dal collettore, il liquido viene fornito per l'utilizzo diretto. Per realizzare i collezionisti viene utilizzato molto alluminio.

L’energia solare è uno dei tipi di produzione energetica che richiede il maggior utilizzo di materiali ed è molto più costosa di quella prodotta con metodi tradizionali.

Energia eolica.

I mulini a vento sono più diffusi in Olanda. Una turbina eolica multipala con una ruota eolica con un diametro fino a 9 m può generare fino a 3 kW di elettricità con una velocità del vento di circa 25 km/h.

L'energia delle masse d'aria in movimento è enorme. I venti che soffiano sulle vaste distese del nostro Paese potrebbero facilmente soddisfare tutto il suo fabbisogno di elettricità. Le condizioni climatiche consentono lo sviluppo dell'energia eolica su un vasto territorio.

Oggigiorno le turbine eoliche generano solo una piccola parte dell’energia prodotta. Sono ormai nati impianti ad alto rendimento che permettono di generare energia elettrica anche con venti molto deboli.

Per realizzare una ruota eolica, il cuore di ogni impianto eolico, vengono coinvolti specialisti dell'aeronautica che sanno scegliere il profilo della pala più appropriato.

Fonti di energia geotermica.

Le centrali elettriche che utilizzano sorgenti calde sotterranee funzionano da molto tempo. Le acque sotterranee, come il “sangue vivo” del pianeta, trasferiscono il calore naturale della Terra alla superficie. Possedendo una grande mobilità e un'elevata capacità termica, svolgono il ruolo di batteria e liquido di raffreddamento. Si accumulano nelle falde acquifere o arrivano alla superficie della terra come sorgenti calde o calde e talvolta fuoriescono sotto forma di miscele di vapore e acqua. Questi sono geyser e fumarole. I geyser, ad esempio "Old Faithful", ogni 53-70 minuti emettono un getto d'acqua (più di 90°C) ad un'altezza di 30-45.

È considerato economicamente non redditizio utilizzare acqua con temperatura inferiore a 100°C per scopi energetici, ma è abbastanza adatta per il teleriscaldamento.

Il principale vantaggio del calore ottenuto dal sottosuolo è la sua purezza ambientale e rinnovabilità. Naturalmente, un apporto incontrollato può portare all'esaurimento delle fonti; a questo scopo è stata sviluppata una tecnica a sistema chiuso, in cui l'acqua fredda raffreddata o ordinaria viene restituita alla formazione ad alta temperatura. L'acqua fredda viene pompata attraverso un pozzo e l'acqua calda viene ottenuta attraverso un altro. Viene creata una circolazione chiusa affidabile, quasi “eterna”.

L’enorme riserva di energia termica ecologica del nostro Paese può sostituire fino a centocinquanta milioni di tonnellate di combustibili fossili.

Energia dell'oceano mondiale.

Le riserve energetiche negli oceani sono colossali. Il modo più ovvio per utilizzare l'energia oceanica è la costruzione di centrali mareomotrici (con una capacità di 240mila - 6 milioni di kWh). Un’opportunità inaspettata per l’energia oceanica è stata la crescita di alghe giganti a crescita rapida dalle zattere nell’oceano, che possono essere facilmente convertite in metano per sostituire il gas naturale come fonte di energia. Per fornire completamente energia a ogni persona, è sufficiente 1 ettaro di piantagioni di tali alghe. Molta attenzione è attirata dalla “versione energia oceanotermica” (OTEC) che genera elettricità grazie alla differenza di temperatura tra le acque oceaniche superficiali e profonde aspirate da una pompa, ad esempio quando si utilizzano liquidi facilmente evaporanti come propano, freon o ammonio in un ciclo di turbina chiuso.

Molte competenze ingegneristiche sono state investite in modelli di generatori di elettricità che funzionano grazie alle onde del mare. Si presume che una parte degli impianti possa essere implementata e diventare redditizia nel prossimo futuro. È probabile che nei prossimi decenni si verificheranno cambiamenti significativi nell’energia oceanica.

L'oceano è pieno di energia extraterrestre che arriva dallo spazio. L'energia del Sole riscalda l'oceano, accumula energia termica, mette in moto correnti che cambiano direzione sotto l'influenza della rotazione terrestre. L'energia dell'attrazione solare e lunare proviene dallo spazio. È la forza trainante del sistema Terra-Luna e provoca il flusso e il riflusso delle maree.

Capitolo 1 PROBLEMI FILOSOFICI DELL'INTERPRETAZIONE DELL'ENERGIA NELLA SCIENZA MODERNA.

Capitolo 2 IL CONCETTO DI ENERGIA NELL'ANTICO E

FILOSOFIA MEDIEVALE.

2.1. Semantica del concetto “evgpysia”.

2.2. L'energia nel sistema delle categorie di Aristotele.

2.3. Sviluppo di idee sull'energia negli insegnamenti dell'esicasmo.

Capitolo 3 SPAZIO, PLANETARIO,

LA DIMENSIONE UMANA DELL'ENERGIA.

3.1. Il principio di sostanzialità nell'energismo di Ostwald.

3.2. Aspetti energetici nella dottrina della noosfera.yuo

Capitolo 4 UNIVERSALITÀ DEI CONCETTI ENERGETICI NELLO SVILUPPO STORICO DEL PENSIERO UMANO.

Introduzione della tesi 2001, abstract sulla filosofia, Uzkova, Ekaterina Semenovna

Pertinenza dell'argomento di ricerca. I rapidi cambiamenti attualmente in atto in varie aree della vita scientifica, sociale e culturale richiedono una rivalutazione delle visioni esistenti sul mondo e del ruolo della conoscenza filosofica in questo sistema di visioni. In connessione con le più grandi scoperte scientifiche e invenzioni tecniche, la categoria “energia” nell’era moderna riceve una nuova interpretazione ed è ampiamente utilizzata in letteratura scientifica, mentre molte discipline: fisica, chimica, biologia, psicologia, sociologia, ecc. utilizzano questo concetto come concetto chiave rispetto alla loro specificità disciplinare. Anche nella filosofia moderna si sta verificando un ripensamento e una riscoperta della categoria dell'energia, che porta ad un aumento del suo posto e del suo ruolo. Il percorso verso una definizione integrativa di questa categoria in filosofia non è ancora stato completato. Richiede l’abbandono di molti dogmi e stereotipi di pensiero. Sono possibili vari approcci a questo problema, approfondendo la comprensione di questa complessa categoria, che, come ha dimostrato la storia della filosofia, ha svolto un ruolo significativo nella formazione della stessa visione filosofica del mondo.

L'opera tenta di identificare il ruolo della categoria di energia nella formazione del quadro scientifico e filosofico del mondo. Nell'interesse della correttezza del testo della tesi, è necessario chiarire il termine "quadro scientifico e filosofico del mondo". È possibile che questo termine evochi il desiderio di immaginarlo sotto forma di un'enorme tela su cui l'artista-scienziato ha dipinto ogni cosa al suo posto, unendo i dettagli con una trama comune, o un film, la cui proiezione non dà solo un'idea di movimento, ma di sviluppo storico trama dall'inizio alla fine. Affatto.

Stiamo parlando di un risultato che riflette la capacità di una persona di pensare alla propria bocca.

IV. Tu lo sciame del mondo. Nell'idea delle stelle e dei pianeti, nella loro connessione con la sua vita, costituita dalle preoccupazioni quotidiane, nell'idea della struttura delle distese infinite che ora sono chiamate Universo, una persona cerca il significato della sua l'esistenza e la sua sviluppo spiritualeè in gran parte determinato da queste idee. La conoscenza delle persone su tutto ciò che le circonda è concentrata e generalizzata dalla scienza. Determina fondamentalmente le nostre idee sul mondo e sulle leggi che operano in esso e, insieme alla conoscenza filosofica dei principi dello sviluppo, dà un'idea dell'unità dell'Universo e delle sue parti componenti e costruisce un concetto integrale dell'Universo. sviluppo della natura.

Man mano che la conoscenza si accumula, il quadro scientifico del mondo cambia. Nel corso del tempo, il primitivismo iniziale di tale immagine è stato sostituito da un modello sempre più complesso e questo processo, a quanto pare, non sarà mai completato. Vernadsky ha scritto: "Stiamo sperimentando un cambiamento radicale nella visione scientifica del mondo che si sta verificando durante la vita delle generazioni viventi, stiamo sperimentando la creazione di nuove enormi aree di conoscenza, espandendo lo spazio scientificamente coperto della fine del secolo scorso, e nel suo spazio e nel suo tempo, irriconoscibile, stiamo sperimentando un cambiamento nei metodi scientifici, muovendoci con una velocità che cercheremmo invano nelle cronache sopravvissute e nei registri della scienza mondiale”1.

Quindi, l'immagine scientifica e filosofica del mondo in questo lavoro sarà intesa come un insieme di idee sul mondo e sui processi che si verificano in esso in base al livello raggiunto di conoscenza scientifica e al grado della sua generalizzazione.

Allo stadio attuale di sviluppo, quando la conoscenza unificata è ancora frammentata in discipline scientifiche separate, il processo di rottura della vecchia visione scientifica del mondo appare come una serie di rivoluzioni scientifiche che hanno luogo in ciascuna di queste discipline. Pertanto, esiste un'immagine sensoriale-spaziale del mondo, un'immagine spirituale-culturale, metafisica, fisica, biologica, ecc.

A cavallo tra il XIX e il XX secolo, iniziò una rivoluzione nella fisica, causata da nuove conoscenze sulla struttura della materia, leggi insolite dal punto di vista della fisica classica del micromondo, nuove idee sulle proprietà dello spazio e tempo e molte altre cose che costituivano il contenuto della fisica moderna. L'introduzione di nuove idee e concetti nella scienza e nella coscienza delle persone non è finita oggi. Ma la rivoluzione in fisica è solo un anello nella trasformazione della conoscenza unificata.

All'inizio degli anni '20 si verificarono cambiamenti rivoluzionari nelle visioni cosmologiche. La scoperta dell'espansione dell'Universo, del tempo finito della sua esistenza e della storicità dello sviluppo ha causato la necessità di sostituire il modello apparentemente incrollabile dell'Universo stazionario con un modello dell'Universo in via di sviluppo

1 Vernadsky V.I. Riflessioni di un naturalista. M. 1977. libro. 2. P. 31. noè. La comprensione scientifica del mondo che ci circonda e del nostro posto in esso è cambiata, e tali cambiamenti hanno conseguenze di vasta portata.

All'inizio degli anni '30, nelle scienze della Terra apparvero segni dell'inizio di nuovi tempi: geologia, geofisica, fisica dell'atmosfera, fisica dell'oceano e altre. Il culmine di un deciso rinnovamento delle idee scientifiche sulla Terra e sui suoi gusci, compreso il guscio mobile esterno chiamato biosfera, arrivò abbastanza recentemente, negli anni '60 -'70. Nuovi dati sulle dinamiche dello sviluppo dell’interno del pianeta, della sua terra, dell’idrosfera e dell’atmosfera hanno formato idee sul nostro pianeta come un sistema integrale, corpo naturale, nel suo sviluppo seguendo sia le leggi dell'“ambiente esterno” - Spazio e Sistema Solare, sia le sue leggi interne autonome.

Infine, gli ultimi decenni hanno visto cambiamenti rivoluzionari nelle scienze biologiche. Sono causati, da un lato, da scoperte fondamentali nel campo della genetica, della biologia molecolare, da una nuova comprensione delle leggi dello sviluppo degli organismi e delle loro comunità, nonché dalla consapevolezza che la vita sulla Terra appare, secondo Vernadsky, come fenomeno geologico strettamente correlato al processo generale di sviluppo dei pianeti. A sua volta, la vita sulla Terra è inclusa in un oggetto di sistema chiamato biosfera.

Sotto l'influenza di tutte queste discipline si formano la nuova immagine scientifica del mondo e le conseguenti idee sullo sviluppo della natura in generale e del nostro mondo planetario, insieme alla vita e all'uomo in particolare, ma un ruolo speciale qui spetta a il concetto di energia, che recentemente si è affermato in molte discipline come categoria ontologica fondamentale. La tesi esamina come la categoria dell'energia si è sviluppata e riempita di nuovi contenuti attraverso la storia dello sviluppo dei concetti scientifici e filosofici, attraverso la storia della divulgazione degli aspetti qualitativi e attributivi dell'energia come categoria della moderna ontologia scientifica e filosofica. Il lavoro determina le prospettive, le potenzialità, la profondità dei contenuti di questa categoria individuando l'integrità, la complementarità e la versatilità di queste qualità. Allo stesso tempo, lo studio va oltre la storia del pensiero scientifico europeo e include nel campo della ricerca l'antica filosofia cinese, come esempio di prova dell'universalità della categoria dell'energia nella filosofia mondiale.

Il percorso di ricerca scelto nel corso del lavoro – un richiamo alla filosofia dell’antica Grecia e dell’antica Cina – corrisponde al modo classico di entrare nel problema attraverso un ritorno alla fonte, al proprio archetipo.

All'origine dello sviluppo epistemologico dell'argomento sta il metodo di aggiornamento del potenziale semantico originario della categoria “energia”, in essa stabilito da Aristotele. Vengono mostrate le prospettive di questo metodo per ripensare il contenuto dei concetti filosofici e scientifici di base, rivelando il loro posto e il loro ruolo nel quadro scientifico e filosofico del mondo.

Il grado di sviluppo del problema. Nelle opere filosofiche moderne non ci sono idee sistematizzate e olistiche sulla categoria dell'energia, sebbene alcuni autori nelle loro opere abbiano affrontato questioni individuali dell'argomento in esame. È necessario determinare quale linea nello studio della categoria "energia" dovrebbe essere seguita e quale tipo di interpretazione di questo concetto può essere considerata la più adeguata.

La formazione di un'idea olistica di energia attraversa diverse fasi nel suo sviluppo. Le seguenti fasi vengono identificate e studiate come le principali dell'opera: 1) L'era antica nella persona di Aristotele ha dato il nome a questa categoria, status e posto nell'apparato scientifico della filosofia. 2) La comprensione dell'energia sviluppata nella filosofia cristiana primitiva caratterizzava gli strati più sottili della vita spirituale dell'uomo e dell'umanità nel suo insieme e formava una visione del mondo incentrata sull'ideale del miglioramento spirituale e mentale dell'uomo. 3) Nei secoli XVII-XIX, attraverso la legge di conservazione dell'energia e la scoperta di nuovi tipi di energia, si rivelò il significato multiforme dell'energia in campo scientifico e tecnico. 4) Gli sviluppi moderni nel campo della scienza e della filosofia ci pongono di fronte alla necessità di ricorrere all'antico concetto di energia, che si fonda sull'intuizione di una percezione olistica del mondo. L'antica epoca cinese creò un'idea di energia su larga scala negli aspetti epistemologici, ontologici e antropologici, che era un riflesso della ricerca filosofica del principio energetico universale e motore di tutti i fenomeni.

Sulla base dei punti chiave indicati dell'argomento in fase di sviluppo, possiamo identificare blocchi tematici di lavoro su cui l'autore ha fatto affidamento nella sua ricerca:

1). La gamma di idee sull'energia nelle scienze naturali è stata ampiamente studiata nei lavori di Ovchinnikov N.F., Omelyanovsky M.E., Melyukhin S.T., Kravets T.P., Panibratov V.N., Prigozhin I., Stengers I., Heisenberg V., Kobozeva N.I., Jemmer M.

2). L'introduzione del concetto di energia nell'apparato scientifico della filosofia è stata considerata nelle opere di Aristotele, Losev A.F., Asmus V.F., Chanyshev A.N., Vasilyeva T.V., Akhutin A.V., Litvinova E.O. Un'analisi della trasformazione dell'idea aristotelica di energia nella categoria di forza nella scolastica è stata effettuata da Ado P., Gaidenko P.P.

3). L'insufficiente sviluppo filosofico della categoria dell'energia, uno statuto categoriale debolmente espresso, portano alla necessità di rivolgersi agli sviluppi di questa categoria nella filosofia paleocristiana di Giovanni di Damasco, Basilio Magno, Gregorio di Nissa, Gregorio Palamas, il cui le opere sono state studiate da V. Krivoshein, N.O. Lossky, Florovsky G.V., Zenkovsky V.V., Ekontsev I., Khoruzhim S.S.

4). W. Ostwald ha dedicato i suoi numerosi sviluppi alla critica dell'idea meccanicistica di energia e alla prova della necessità di una nuova idea di essa, su cui si basava il quadro energetico del mondo. Nella critica all'energetismo sono state prese in considerazione le opere di Ulyanov V.I., Lopatin L.M., Kassirer E., Rodny N.I., Solovyov Yu.I.

5). Lo sviluppo filosofico e la giustificazione degli aspetti della visione del mondo noosferica della categoria dell'energia sono considerati nelle opere di Vernadsky V.I., Teilhard de Chardin, così come nelle opere degli scienziati moderni Timofeev-Resovsky N.V., Tyuryukanov A.N., Fedorov V.M., Kuznetsov P.G., Smirnova G.S., Kuznetsova M.A.

6). L'interpretazione dell'antico geroglifico cinese Qi e l'uso delle sue interpretazioni nel descrivere l'immagine del mondo sono esposti in una raccolta di testi dell'antica filosofia cinese in russo, in particolare nei testi di Lao Tzu e Zhuang Tzu. Il concetto cosmogonico, il cui luogo centrale è la categoria Qi, è considerato nelle opere di Feng Yu-Lan, sinologi domestici Lukyanov A.E.,

Kobzeva A.I., Maslova, Burova V.G., Torchinova E.A. L'applicazione pratica alla dottrina del Qi è stata studiata da Weissin U., Gavaa Luvsana, Kuprienko V.N. Un confronto tra principi e categorie nella filosofia dell'Est e dell'Ovest, in particolare "Qi" ed "energia", è stato considerato nelle opere di F. Capra e Grigorieva T.P., Titarenko M.L., Feoktistov V.F., Liu Shuxian, Lukyanov A. E ., Sukharchuk G.D.

Lo scopo della ricerca di tesi. Condurre uno studio completo di vari approcci filosofici all'interpretazione della categoria energia al fine di arricchirne il contenuto, adeguato ai nuovi concetti scientifici.

Obiettivi della ricerca di tesi:

1. Mostrare che nel descrivere alcuni processi fisici, definiti nella scienza moderna come “energia”, sono emerse una serie di difficoltà filosofiche nella comprensione tradizionale dell'energia.

2. Condurre un'analisi della semantica del concetto di energia nelle varie fasi dello sviluppo del pensiero filosofico.

3. Delineare possibili modi per sviluppare una nuova comprensione della categoria dell'energia, adeguata ai moderni concetti scientifici, tenendo conto dell'integrità, della complementarità e delle proprietà sistematiche di questa categoria, che vengono rivelate quando si fa riferimento al suo significato filosofico originale e ai moderni concetti noosferici .

4. Dimostrare l'universalità dei concetti energetici nella storia dello sviluppo della scienza e della filosofia dimostrando la possibilità di stabilire un'identità isomorfa della categoria “energia” e del concetto di “Qi” nell'antica tradizione cinese.

Il problema della ricerca della tesi. Come possiamo espandere e approfondire la nostra comprensione della categoria energia in modo che rifletta la sua comprensione in espansione nel moderno quadro scientifico e filosofico del mondo?

Oggetto di questo studio è la categoria dell'energia in tutta la diversità delle sue interpretazioni in contesti filosofici, religiosi, scientifici, ecc.

Oggetto dello studio è la possibilità di modificare l'idea classica di energia, tenendo conto delle esigenze della scienza moderna.

La base metodologica della tesi è la base concettuale e teorica di vari approcci e principi del pensiero filosofico nazionale e straniero, che aprono l'opportunità per uno studio completo della categoria “energia”. Tra questi si possono distinguere i seguenti principi metodologici: storicismo, integrità, complementarità e coerenza, in cui si manifesta l'unità dei metodi scientifici e filosofici generali di formazione della visione del mondo. Nell'analisi dei concetti ideologici vengono utilizzati il ​​metodo del confronto e il metodo delle analogie; massimo interesse per questo studio si tratta di un approccio storico-genetico, secondo il quale i cambiamenti nel concetto di energia riflettono un cambiamento dei paradigmi scientifici; Per risolvere il problema posto, viene utilizzata una tecnica metodologica di ritorno alla fonte del concetto in esame.

Significato pratico dei risultati ottenuti. I materiali della ricerca condotta possono essere utilizzati per ulteriori studi su questioni filosofiche delle scienze naturali, nella preparazione di corsi speciali, conferenze, seminari su ontologia, teoria della conoscenza, discipline formate all'intersezione tra discipline umanistiche e scienze naturali.

Approvazione dei risultati ottenuti. La tesi è stata discussa e raccomandata per la difesa presso il Dipartimento di Ontologia e Teoria della Conoscenza, Facoltà di Filosofia, Università Statale di Mosca intitolata a M.V. Lomonosov. T

Le principali disposizioni della tesi si riflettono negli articoli pubblicati, riportati e discussi nelle seguenti conferenze scientifiche e pratiche tutta russe e internazionali:

1. Idea noosferica e futuro della Russia (Ivanovo, 1998).

2. Problemi fondamentali dell'antropologia e della filosofia sociale (Perm, 1998).

3. Aspetti sociali e filosofici delle dinamiche noosferiche della Russia (Ivanovo, 2000).

4. Conoscenza scientifica ed extrascientifica: confronto o cooperazione? (San Pietroburgo, 2001).

La struttura della tesi è determinata dallo scopo della ricerca e dai suoi obiettivi principali. Il testo della tesi è costituito da un'introduzione, una parte principale composta da 4 capitoli, una conclusione, un elenco di riferimenti (147 titoli in russo, tedesco e Cinese) e applicazioni al lavoro di tesi.

Conclusione del lavoro scientifico tesi di laurea sul tema "La categoria "Energia" e la sua moderna comprensione nel quadro scientifico e filosofico del mondo"

CONCLUSIONE

La ricerca, definita all'inizio dei lavori in base a premesse teoriche, ha confermato che la conoscenza dell'energia, considerata in fisica, filosofia e teologia, ha qualcosa in comune in modo armonioso. È importante rendersi conto di quanto questi sviluppi si completino e si arricchiscano reciprocamente, il che sarà molto utile per sviluppare un quadro scientifico e filosofico moderno del mondo. Nel linguaggio dell'energia, la combinazione delle conoscenze significa un'unica, coerente azione di entrambe le energie, cooperazione reciproca, “co-energia”, collaborazione.

La categoria dell'energia ha rivelato una capacità rara, quasi unica, di svolgere un ruolo di primo piano in un'ampia varietà di concetti di visione del mondo. Nel pensiero scientifico moderno si va affermando e consolidando come concetto chiave il concetto di energia, che è già pienamente sviluppato nelle discipline del ciclo fisico e si sta sempre più diffondendo nelle scienze umane. La gamma delle energie conosciute dalla scienza viene costantemente ampliata: termica, solare, elettrica, meccanica, mareale, atomica, mentale, ecc.

Ma la definizione di energia nella scienza classica come capacità di produrre lavoro non può essere soddisfacente, ad esempio, quando viene utilizzata nella teoria quantistica, nella descrizione dell'operatore di Hamilton, nei processi termodinamici di non equilibrio, nella teoria del vuoto, ecc. La conseguenza di ciò è la necessità di ripensare e “riscoprire” la categoria energia, che rappresenta un indubbio contributo alla formazione dei fondamenti ontologici ed epistemologici dei concetti filosofici moderni. La ricerca in questo ambito porta alla attualizzazione dell’intero potenziale semantico dell’idea aristotelica di energia.

L'interpretazione aristotelica del concetto di "energeia", sviluppata nella "Metafisica" e in parte nella "Retorica", costituisce una solida base per tutte le interpretazioni di questo concetto. Insieme al concetto di entelechia, fu messo da Aristotele in contrapposizione ai concetti di potenza e possibilità e caratterizzò la pertinenza, la realtà e la realizzazione reale di un oggetto. Ma se l'entelechia fosse intesa piuttosto come risultato, completezza e datità dell'adempimento, come adempimento raggiunto, allora l'energia - piuttosto come il processo stesso, movimento verso l'adempimento, come adempimento raggiunto - non è tanto attualità quanto attualizzazione. Essa è stata quindi avvicinata da Aristotele al concetto di movimento, ed è lecito considerarla come una categoria, per un certo verso intermedia tra potenza (pura possibilità) ed entelechia (pura realizzazione), sebbene più vicina a quest'ultima.

Nel definire l’energia come categoria si possono evidenziare i seguenti punti:

L'energia precede (“prima” e “più degna”) la potenza, il movimento, la materia;

L'energia è un modo di vivere (manifestazione) dei mondi vegetale, animale, umano e cosmico.

Il movimento-vita, sfruttando la potenza insita in esso, prende forma con energia (per l'uomo è il suo corpo fisico, per “fusis” è lo spazio), ma nel suo ulteriore sviluppo l'energia si trasforma in entelechia, un certo significato, lo scopo di questo movimento.

Per una persona, il motore di tale movimento, muovendosi come obiettivo, è la sua anima razionale. Per “fusis” è il Primo Motore. Quindi, tutto ciò che esiste, si realizza nel mondo, senza fermarsi movimento in avanti sviluppo, tende al suo pieno compimento, l'entelechia, il Primo Motore, che si muove come causa-obiettivo.

Il motore principale della concezione aristotelica è: a) l'energia cosmica generale, che ha un orientamento causa-obiettivo e dà forma alle potenzialità (possibilità) del mondo intelligente; b) un trasformatore e generatore di tutti i flussi di energia, la cui diversità dà una varietà di forme reali; c) la fonte e allo stesso tempo la meta di tutti i flussi energetici, che conferisce la completezza ciclica del cosmo strutturato dinamicamente.

Una considerazione dettagliata della questione dell'introduzione della categoria "energia" nel dizionario filosofico greco antico, la sua inclusione nell'idea generale di "fusis", costituisce la base per affermare che la semantica filosofica del concetto di energia attualmente non corrisponde alla semantica originaria di questo concetto e vi è un'erroneità del suo utilizzo nel corpus filosofico e scientifico in generale. È la lettura corretta dell'energia aristotelica che rende possibile avvicinarsi alla comprensione dell'ulteriore sviluppo dei concetti energetici in filosofia, teologia, biologia, fisica e sociologia.

Nel Medioevo, in connessione con l'istituzione della patristica e l'emergere della scolastica, lo sviluppo evolutivo del concetto aristotelico di energia portò ad un dualismo epistemologico. In primo luogo, il concetto di energia ricevette un'ampia applicazione, più vicina alle definizioni aristoteliche, nella prima filosofia cristiana, introducendo nuovi aspetti nella comprensione dell'uomo e del cosmo, e ampiamente utilizzato e sviluppato la teleologia di Aristotele in un modo speciale. In secondo luogo, il concetto di energia, il cui significato originale fu trasformato nella scolastica e preso in prestito dalla filosofia dai rappresentanti della scienza classica allora emergente. L'“energia” di Aristotele si separò dal suo archetipo e cominciò a rappresentare solo una delle tante funzioni di questo concetto, riducendo il tutto al livello di una parte, di un mezzo, perdendo la sua originaria completezza.

Le disposizioni teoriche dell'esicasmo utilizzano l'interpretazione aristotelica del concetto di energia come collegamento intermedio tra potenza ed entelechia, ma spostano leggermente il significato di energia dall'entelechia alla potenza, rafforzando l'elemento di incompletezza presente nella semantica di questo concetto. Se per Aristotele l'energia è movimento, allora nell'Ortodossia è piuttosto la spinta iniziale, l'inizio, l'inizio del movimento, ma ancora realmente compiuto, prodotto, in contrasto con la potenza, che rimane solo la pura possibilità del movimento. L'energia nell'esicasmo è: a) l'iniziativa stessa del movimento; b) impulso effettivo, c) impulso, aspirazione, ispirazione, azione.

Appartenendo a diversi piani di esistenza, le energie formano un elemento energetico comune, essendo in conformità, coordinazione, cooperazione tra loro, chiamata sinergia nell'Ortodossia.

L’uomo gioca un ruolo vitale nel processo di sinergia tra il divino e l’umano. La volontà di una persona determina se la potenza insita in una persona sarà realizzata fino all'entelechia. La libertà di scelta di una persona è la libertà della sua autodeterminazione ontologica.

Il concetto di energismo rivela un tentativo di ritorno alla visione del mondo aristotelica perché: a) energia non significa altro che la capacità di provocare cambiamenti, senza la quale questi corpi cesserebbero di essere fenomeni fisici; b) l'energia è espressione di rapporti quantitativi tra fenomeni naturali; c) l'energia può mettere ordine tra tutti i fenomeni naturali; d) si apre una possibilità logica generale di trasformare la natura con l'aiuto del concetto di energia in un sistema integrale, tendendo alla percezione aristotelica di “fusis”.

La considerazione del concetto energetico di Ostwald da un punto di vista teorico-cognitivo, che secondo Cassirer dà la percezione dell'energia come principio, porta alla creazione di un concetto generale più elevato della misura di tutte le cose, in contrasto con l'approccio tradizionale basato sul metodo di astrazione, che porta a una comprensione sostanzialistica dell’energia.

Nel frattempo, considerato come principio, significa solo atteggiamento puro dipendenza reciproca, un punto di vista mentale dal quale tutti i fenomeni diventano misurabili e, nonostante tutte le loro differenze sensoriali, entrano nello stesso algoritmo di considerazione.

Secondo Cassirer, l’idea epistemologica principale dell’energetismo non porta al concetto di spazio, come fa il materialismo dogmatico, ma al concetto di numero, di serie e di un sistema di relazioni che può essere utilizzato come base per la misurazione. “Tutto ciò che si può dire al riguardo da un punto di vista scientifico si riduce alle relazioni di equivalenza quantitativa che esistono tra le diverse aree della fisica.

L'energia non è qualcosa di materiale insieme a contenuti fisici già conosciuti, come luce e calore, elettricità e magnetismo. Significa solo una correlazione oggettivamente naturale in cui tutti questi contenuti stanno tra loro. Il suo vero significato e la sua funzione risiedono nelle equazioni che possono essere usate per stabilire tra diversi gruppi di processi.”334

Concetti noosferici di Teilhard de Chardin e VI Vernadsky. dare una copertura fondamentalmente nuova ai problemi dello studio dell'energia.

Secondo Teilhard, lo sviluppo del mondo è guidato principalmente dall'energia nel suo significato generalmente accettato, che lui chiama tangenziale. Questa energia collega un dato elemento con tutti gli altri elementi dello stesso ordine, cioè della stessa complessità e della stessa “concentrazione interna”. Entropinizza, cioè

334 Cassirer E. Cognizione e realtà. San Pietroburgo, 1912. P. 251. può perdersi sotto forma di calore. L'esistenza del secondo tipo di energia, quella radiale, contrasta l'inizio della morte termica dell'Universo. L’energia radiale trascina gli elementi “nella direzione di uno stato sempre più complesso e focalizzato internamente”.

L'energia tangenziale è l'energia comunemente accettata dalla scienza e corrisponde ai movimenti all'interno di un giro di una "spirale del sollevamento" o, secondo Teilhard, ai movimenti lungo la superficie di una sfera. L'energia radiale porta alla transizione verso nuove svolte della spirale o all'espansione della sfera, ad un aumento del livello di organizzazione. Per raggi, ogni elemento di una data sfera (livello di organizzazione) è collegato al centro di essa e a tutte le sfere, al "sole dell'esistenza", al punto mistico "Alfa", che è diametralmente opposto al punto "Omega" ”, che viene rimosso verso l'esterno dalla superficie della sfera.

Vernadsky V.I., tenendo conto che le riserve di energia a disposizione della mente sono inesauribili: la forza delle maree e delle onde del mare, l'energia radioattiva e atomica, il calore del sole possono fornire la forza necessaria in qualsiasi quantità, e la nostra conoscenza sull'energia a disposizione dell'umanità può dire, rudimentale, suggerisce seguendo percorsi l'uomo alla sua geologia: a) la cattura da parte dell'uomo, mediante la “tecnica della sua vita”, di forme sempre nuove di energia (da quella muscolare a quella atomica), poiché è così che nel corso della storia egli ha dominato il pianeta, non solo nella materia, ma anche nella sua energia; b) la creazione della scienza e dell'apparato logico-metodologico del pensiero. È il movimento della mente umana verso lo status forza cosmica si basa, secondo Vernadsky, non solo nella scienza, ma anche nella sfera spirituale.

Lo studio ha stabilito che il concetto complesso di Qi nella filosofia cinese e la categoria di energia in senso aristotelico. Alla base di questa affermazione c'è l'interpretazione del Qi come: a) un'unica sostanza energetica spirituale-materiale che permea il “Celeste Impero”; b) il principio volitivo, che esso stesso è il principio motore; c) riempitivo a tre livelli ontologici del corpo cosmico, del corpo umano e del cuore umano; d) il motivo per cui si verifica il ciclo mondiale, un ciclo di sviluppo viene sostituito da un altro in un nuovo ciclo evolutivo; e) la base per l'autoespressione, la manifestazione, la realizzazione delle capacità dell'“Uno”.

L’antica dottrina cinese del QI e la dottrina dell’energia aristotelica hanno in comune quanto segue:

Entrambi gli insegnamenti si concentrano non sull'individuo, ma sull'integrità, sull'universalità, sulla complessità;

La concentrazione dell'attenzione nell'interpretazione del Qi non è sullo stato di riposo, ma sul processo di flusso del Qi (movimento energetico secondo Aristotele);

Una visione delle cose e dei fenomeni come qualcosa che fluisce continuamente da uno stato all'altro;

Non c'è interesse per le varie forme e modi di movimento delle cose, l'attenzione è focalizzata sulle tendenze nel movimento e nello sviluppo delle idee, giudizi principalmente per analogia;

Entrambi gli insegnamenti sono teleologici: le categorie QI ed ENERGIA sono quella forza cosmica generale, grazie al cui orientamento di causa-obiettivo, il cosmo strutturato dinamicamente ha completezza ciclica e nel suo sviluppo evolutivo tende alla sua piena realizzazione, al suo “miglior "limite.

La ricerca condotta rappresenta un approccio primario a questo problema. Una conclusione importante può essere considerata l'acquisizione di una nuova idea di energia (come una vecchia da tempo dimenticata), il passaggio dall'energia come capacità di lavorare all'energia come categoria filosofica, che forma il sistema e è fondamentale nelle moderne concezioni delle scienze naturali e umane. La conoscenza scientifica è lontana dalla finzione. Viene dall'esperienza. L'esperienza è il garante e il criterio del fatto che stiamo parlando di un'analogia di concetti, di una certa forma di connessione tra il sensoriale e il concepibile. I cinesi non separavano il razionale e l'irrazionale (yin-yang), non la stessa cosa, ma due facce di un'unica conoscenza, che si completavano a vicenda. Lo yang attivo è la logica, lo yin inattivo è l'intuizione, ma tutto si scambia. Yang è una forza diretta, centripeta, che Chardin in seguito chiamò energie radiali, yin è un cerchio, avvolgente, che Chardin chiamò energie tangenziali.

Questo tipo di parallelo tra le diverse scuole filosofiche è naturale ed evidente, poiché entrambe sono nate dall'osservazione attenta dell'uomo, della coscienza e dell'azione. È anche ovvio che questo fatto esprime l'inevitabilità della coincidenza delle scoperte nella scienza dell'uomo - scoperte che sono in anticipo anche sulla filosofia e sulla psicologia di oggi, che non hanno ancora sviluppato una visione e un linguaggio che riflettano così direttamente la commovente molteplicità delle realtà locali. realtà, come visione energetica della filosofia europea e dell’antica Cina. E infine, è ovvio che tali coincidenze - in realtà coincidenze nell'esposizione di fatti filosofici e psicologici - non portano ancora alcun contenuto religioso. Al contrario, lo stesso fatto fondamentale dell’energia pluralistica dell’uomo e del suo mondo si rivela in due tradizioni, guidate da impulsi religiosi opposti, e serve inoltre come base per opposte strategie antropologiche. La saggezza degli antichi filosofi cinesi suggerisce che una persona, presa individualmente, e l'umanità nel suo insieme affrontano la necessità di comprendere tutta una serie di problemi di relazione con il Macrocosmo organizzato, la formazione di una visione del mondo olistica e le sue linee guida spirituali e morali.

Va notato che gli studi epistemologici sul concetto di energia risultano inevitabilmente in un modo o nell'altro collegati a molte tendenze e insegnamenti filosofici, a molti problemi classici della filosofia. Allo stesso tempo, l'orizzonte filosofico si espande dalla filosofia come scienza alla filosofia come comprensione trascendente degli oggetti. E in questa serie multispettrale di studi sul concetto di energia, sulle sue proprietà e funzioni, ogni studio occupa una degna nicchia.

Come i pensatori antichi, i fisici moderni vanno oltre i compiti puramente scientifici, cercano e trovano modelli generali a cui sono soggetti i processi socio-naturali, gli elementi del macro e del micromondo. Le idee di Teilhard de Chardin, Vernadsky, Timofeev-Resovsky e Ostwald, Prigogine, Kurdyumov, Kobozev risuonano armoniosamente. L'atteggiamento verso il mondo sta cambiando radicalmente attraverso il ripensamento del Niente, del Vuoto, che comincia a essere percepito non come l'assenza di nulla, ma come uno stato non manifesto del mondo (nello spirito della non esistenza orientale), e ciò che essere chiamato fuori dalla non-esistenza dipende dal livello della coscienza umana. In questo processo la categoria dell'energia gioca un ruolo primario; le prospettive per la sua ricerca in filosofia sono molto grandi e di grande interesse per il significato applicato.

Ricordiamo le parole di Humboldt: “Dove si raggiunge il culmine e la profondità della ricerca, l'azione meccanica e logica della mente cessa e comincia

335 processo di percezione interna e creatività." La struttura della realtà appena rivelata presuppone un'appropriata metodologia di cognizione, sulla quale Vernadsky ha detto: “Il pensiero creativo scientifico va oltre la logica (compresa la logica e la dialettica nelle sue varie interpretazioni). Una persona fa affidamento nei suoi risultati scientifici su fenomeni che non sono coperti dalla logica. In questo fenomeno fondamentale nella storia del pensiero scientifico, entriamo in un’area di fenomeni che non è stata ancora catturata dalla scienza, ma non possiamo ignorarla, dobbiamo rafforzarla

336 la nostra attenzione scientifica ad esso"

Il pensiero occidentale, attraverso le moderne scoperte della fisica, attraverso la dottrina della noosfera, solo nel XX secolo si avvicina alla comprensione della saggezza dell'antica e antica filosofia cinese. Oggigiorno diventa più chiaro di prima che le idee di preservare l'identità culturale e di civiltà nei processi di modernizzazione e di ereditare il contenuto della cultura dei secoli passati non hanno perso il loro significato pratico e teorico. Il percorso verso la verità passa attraverso un dialogo reciprocamente arricchente tra idee e scuole diverse. Ciò corrisponde al principio di riconoscere la diversità dei modi di vedere il mondo, la diversità delle culture.

335 Grigorieva T.P. Tao e loghi. M., 1992. P. 328.

336 Vernadsky V.I. Pensieri filosofici di un naturalista. M., 1988, pp. 29-30.

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I movimenti osservati nel macrocosmo sono qualitativamente diversi. A seconda del tipo di oggetto in movimento, possono essere suddivisi in meccanici, elettromagnetici e interni.

Meccanico chiamano il movimento di un numero limitato di corpi macroscopici.

Elettromagnetico il movimento è il movimento delle particelle leggere: i fotoni. Nel macrocosmo percepiamo, di regola, i movimenti collettivi dei fotoni, che sono onde elettromagnetiche. Un esempio di movimento elettromagnetico è la propagazione di un'onda radio.

Interno consideriamo il movimento casuale delle molecole che compongono un corpo macroscopico. Il movimento interno si manifesta nel macrocosmo nella forma Calore.

Questi movimenti possono trasformarsi l'uno nell'altro. Un generatore elettrico converte il movimento meccanico in movimento elettromagnetico e un motore elettrico produce la conversione inversa. Quando la corrente elettrica scorre attraverso un conduttore, il movimento elettromagnetico diventa interno. Lo sentiamo sotto forma di calore. Le sorgenti di corrente chimica convertono il movimento interno in movimento elettrico. I processi di attrito portano alla trasformazione del movimento meccanico in movimento interno. Infine, venne creata una grande famiglia di motori termici per convertire il movimento interno in movimento meccanico.

Per misurare vari tipi di movimenti, l'umanità ha escogitato tutti i tipi di misure. Per misurare l'entità del movimento meccanico, viene utilizzata una quantità pari al prodotto della massa di un corpo in movimento per la sua velocità. È impossibile utilizzare questa quantità per misurare il movimento elettromagnetico, poiché non è chiaro cosa sia considerato massa. Pertanto, sono state inventate quantità speciali per il movimento elettrico, ad esempio la forza della corrente elettrica. Anche la misura del movimento meccanico non è adatta per misurare la quantità di movimento interno, perché è impossibile determinare in modo inequivocabile dove è diretta la velocità del movimento casuale delle molecole. Pertanto, la quantità di calore è stata misurata in unità speciali: le calorie.

La trasformazione reciproca dei movimenti richiede la capacità di determinare la quantità di movimento che si sposta da un tipo all'altro. Per fare ciò, devi confrontare le quantità di diversi movimenti. Ciò che serve è una misura generale adatta a misurare movimenti di diverso tipo.

L'umanità ha riscontrato un problema simile quando ha cercato di confrontare beni diversi durante il processo di scambio. Per tale confronto, il denaro è stato inventato come misura che consente di confrontare i beni nel processo del loro scambio. Il denaro funge da equivalente merce universale.

Svolge un ruolo significativo nella risoluzione dei problemi scientifici concetto di analogia . Un'analogia consente di trasferire un metodo per risolvere un problema noto in un altro campo scientifico. Il metodo dell’analogia è molto potente perché può ridurre significativamente il tempo impiegato per risolvere un problema. Presenta però anche numerosi pericoli. L'analogia può rivelarsi formale, esterna. La soluzione “per analogia” in questo caso sarà errata.

Tuttavia anche le analogie formali talvolta danno risultati soddisfacenti. Pertanto, durante lo studio dei fenomeni magnetici, sono stati trasferiti loro i metodi dell'elettrostatica, utilizzando un'analogia esterna. È così che è apparsa la teoria delle cariche magnetiche. L’analogia si è rivelata insostenibile. Secondo i concetti moderni, le cariche magnetiche non esistono. Tuttavia, le conclusioni formali basate sul concetto di carica magnetica sono state confermate dall'esperimento. Successivamente hanno ricevuto una corretta interpretazione nella teoria classica del campo elettromagnetico.

Proprio come è stato fatto in economia, i fisici hanno utilizzato l’idea di un equivalente universale per confrontare diversi tipi di movimento. Viene chiamata una misura universale che consente di confrontare diversi movimenti energia .

In una certa misura, l’energia è simile al denaro. Proprio come non esiste il “denaro in generale”, ma esistono tipi specifici di denaro, così non esiste “l’energia in generale”. In relazione ai movimenti che si manifestano chiaramente nel macrocosmo si definiscono tre tipi di energia: meccanica totale, elettromagnetica e interna. Ciascuno di essi serve a determinare la quantità di movimento del tipo corrispondente. È significativo che queste varietà della stessa caratteristica di movimento abbiano la stessa unità di misura. Grazie a ciò possono essere utilizzati per stimare la quantità di movimento che ha subito trasformazione.

Proprio come è consuetudine nei calcoli contabili, quando si descrive la transizione del movimento da un tipo all'altro, vengono utilizzate le equazioni del bilancio energetico. Queste equazioni si basano sull'idea dell'indistruttibilità del movimento, formulata sotto forma di legge di conservazione dell'energia. Come potete vedere, a volte le scienze naturali prendono in prestito concetti dall’economia e lo fanno con successo.

È necessario comprendere che l'energia, essendo una misura quantitativa del movimento, non ha un'esistenza indipendente. Espressioni comuni come: “trasferimento di energia”, “tutta la sua energia gli è stata tolta”, in senso stretto, non sono corrette. Trasmesso, distribuito, selezionato movimento. L'energia come attributo del movimento, la sua misura quantitativa serve solo a confrontare movimenti di diverso tipo. In questo senso assomiglia ad altre misure quantitative, ad esempio: l'estensione, che non esiste senza i corpi materiali, o la massa, che è una caratteristica dei corpi inerti o gravitanti e non esiste senza di essi. L’idea dell’energia come sostanza esistente in modo indipendente, infinitamente sottile, intangibile e tuttavia capace di produrre lavoro sembra essere una reliquia del paradigma imponderabile.

La situazione dell’energia ricorda il feticismo del denaro-merce, ben noto in economia, quando l’idea dello scambio di merci viene sostituita dall’idea dello scambio di denaro. Dovremmo parlare delle fonti di movimento e dell'energia che possiedono. Tuttavia, l’espressione “fonti energetiche” è diventata così radicata nel paradigma attuale che la useremo tenendo presente tutto quanto sopra in mente.

Fonti di energia

Le fonti di movimento del nostro pianeta, o in gergo moderno, “fonti” di energia possono essere suddivise in esterne ed interne. Le fonti interne includono il calore della Terra e la radioattività naturale dei suoi minerali costituenti. Gli elementi radioattivi presenti nella crosta terrestre vengono utilizzati come combustibile per le centrali nucleari.

La Terra è un pianeta caldo. La quota del calore terrestre nel bilancio energetico del pianeta è molto significativa. Permea impercettibilmente tutta la nostra vita. Nella tecnologia, il calore terrestre non viene praticamente utilizzato. L'eccezione è rappresentata da alcune centrali geotermiche e resort con sorgenti termali sotterranee.

Le fonti energetiche esterne sono di origine cosmica e rappresentano una varietà di corpi cosmici. Il contributo delle stelle lontane e della maggior parte dei pianeti all'energia terrestre è incredibilmente piccolo. Più significativa è l'influenza del nostro satellite più vicino: la Luna. La gravità lunare disturba i gusci liquidi e gassosi della Terra, conferendo loro la forma un po' esagerata mostrata in Fig. 6.1.

La deformazione di questi gusci, muovendosi insieme alla Luna, fa il giro del globo in circa un giorno. Di conseguenza, durante il giorno, in un determinato punto della superficie terrestre si verificano due maremoti. Le maree atmosferiche sono quasi impercettibili e possono essere rilevate solo dallo spazio. Le maree sono ben note e utilizzate in alcune centrali elettriche mareomotrici. Le onde di marea si verificano anche nel nucleo liquido della Terra. Tuttavia, la loro portata è limitata dalla rigidità della crosta terrestre. Tuttavia, questo fenomeno crea le cosiddette maree terrestri, che sollevano la superficie terrestre di diversi centimetri.

Tale deformazione richiede una certa mobilità dalla crosta terrestre. Secondo la geologia moderna, questa mobilità è assicurata dall'esistenza placche tettoniche coprendo tutta la superficie della Terra. Tra le placche tettoniche ci sono faglie tettoniche. Le placche tettoniche che galleggiano su un nucleo fuso possono muoversi leggermente l'una rispetto all'altra, consentendo all'onda di marea di circondare senza ostacoli il globo. Se per qualche motivo la mobilità di una delle placche è limitata, potrebbe verificarsi un terremoto. I minerali liquidi e gassosi forniscono ulteriore mobilità alla crosta terrestre. A questo proposito sarebbe interessante individuare come la sempre crescente estrazione di minerali incide sulla mobilità della crosta terrestre e sulla statistica dei terremoti. Le maree terrestri non vengono utilizzate nell'energia terrestre.

Secondo la scienza moderna, la principale fonte di movimento sul nostro pianeta è il Sole. L'energia che ci arriva dal Sole è davvero enorme. Viene utilizzato dall'umanità sia direttamente che indirettamente.

Utilizzi direttamente l'energia solare, riscaldandoti al sole. I pannelli solari forniscono anche l'uso diretto dell'energia solare. Sfortunatamente, l’uso dei pannelli solari oggi è limitato dal loro costo elevato. Tuttavia, è possibile che in futuro la situazione possa cambiare in meglio.

Una parte significativa dell’energia solare viene spesa per riscaldare l’atmosfera. I raggi del sole riscaldano diverse parti dell'atmosfera in modi diversi. Pertanto, il Sole è la principale fonte di vari fenomeni atmosferici. Causa anche il ciclo dell'acqua in natura. Le ruote idrauliche e i motori eolici utilizzano quindi l'energia dei movimenti creati dal Sole. Questi sono i modi tradizionali di utilizzare indirettamente l’energia solare.

Una parte significativa dell’energia della radiazione solare viene assorbita dagli organismi viventi. Allo stesso tempo, numerosi reazioni fotochimiche . La più importante di queste è la reazione della fotosintesi, grazie alla quale le piante legano l'anidride carbonica presente nell'aria e aumentano la loro massa vivente. Le piante costruiscono letteralmente il loro corpo dall'aria e dalla luce solare.

Il ruolo della fotosintesi nella vita vegetale è stato studiato per la prima volta in dettaglio dall'eccezionale biologo russo K. A. Timiryazev. Fu lui che, attraverso esperimenti diretti, dimostrò un aumento della massa vegetale dovuto alla fotosintesi. Questo può sembrarti strano, ma il giovane germoglio cresce e si ispessisce, partendo dalla punta e non dalla radice. Se bendare strettamente una pianta giovane, sotto la benda il suo spessore rimarrà quasi invariato, mentre quello superiore si addenserà gradualmente, “scorrendo” sulla benda.

La biomassa accumulata dalle piante è coinvolta in numerose catene alimentari, dando vita agli animali e all'uomo. Inoltre, può entrare in una reazione di ossidazione, rilasciando il calore solare immagazzinato e l’anidride carbonica. Seduti accanto al fuoco o a una stufa allagata, finiamo per riscaldarci con il calore solare immagazzinato. Sfortunatamente, il processo di accumulo di energia nella biomassa è molto lungo e il suo rilascio durante le reazioni chimiche, come la combustione, è di brevissima durata. Riscaldando un edificio residenziale con la legna, in pochi giorni è possibile bruciare un pino di 60-70 anni. Pertanto, il combustibile ottenuto a seguito della fotosintesi dovrebbe essere considerato una risorsa debolmente rinnovabile.

Creato nel 20° secolo. La società dei consumi ha portato a costi energetici irragionevolmente elevati. Non era possibile coprirli con l'energia del sole e di altre fonti naturali. Pertanto, l'umanità ha iniziato un'intensa ricerca di ulteriori fonti di energia. Sono stati scoperti all'interno di un altro sistema materiale: il microcosmo. Oggi, una parte significativa dell'elettricità viene ottenuta dalle centrali elettriche che estraggono l'energia del nucleo atomico. L'energia ottenuta dalle centrali nucleari si trova al di fuori delle catene energetiche esistenti nel macrocosmo, il che causa notevoli problemi ambientali inerenti a questo tipo di energia.

Degrado energetico

Movimenti caratterizzabili quantità uguali le energie, in generale, differiscono nella loro utilità. Tradizionalmente, il movimento meccanico è considerato il più utile. In assenza di forze di attrito può essere completamente utilizzato sotto forma di lavoro meccanico. L'energia elettromagnetica viene convertita quasi interamente in lavoro meccanico. Allo stesso tempo, il movimento interno, manifestato sotto forma di calore, è molto più difficile da utilizzare. La caratteristica fondamentale del movimento interno è che la sua energia non può essere completamente utilizzata sotto forma di lavoro. Questo è il significato dell’affermazione conosciuta in fisica come la “seconda legge della termodinamica”.

Le forze di attrito esistono sempre in natura. Trasformano i tipi di movimento di alta qualità in movimenti interni. Pertanto, in meccanica, l'attrito riduce sistematicamente la quantità di movimento meccanico, convertendo la sua energia in energia interna. Allo stesso modo, nel caso di movimenti di natura elettromagnetica, la resistenza dei conduttori e la diffusione e l'assorbimento delle onde elettromagnetiche riducono costantemente la quantità di movimento elettromagnetico, trasformandolo in interno. È fondamentalmente impossibile realizzare integralmente la trasformazione inversa.

Per indicare il processo di transizione irreversibile di tipi di energia di alta qualità in energia interna all’inizio del XX secolo, il termine “ degradazione" energia utile. La consapevolezza della differenza qualitativa tra movimenti di natura fisica dissimile richiedeva la sua valutazione quantitativa. A questo scopo la fisica creò una nuova caratteristica del movimento, chiamata “entropia”.

Immagazzinamento e trasmissione dell'energia

Infatti, anche in questa sezione stiamo parlando sull'accumulo e sulla trasmissione del movimento, perché l'energia non ha esistenza indipendente. Dappertutto nel seguito, quando diremo “energia”, intendiamo il movimento che possiede una data energia.

Pieno energia meccanica, come è noto, ne esistono di due tipologie: cinetico, o l'energia del movimento esistente e potenziale- l'energia del movimento che può verificarsi quando certe condizioni. Puoi immagazzinare energia potenziale sollevando un corpo massiccio, ad esempio il peso di un orologio da parete, o deformandolo corpo elastico, diciamo, la molla dello stesso orologio.

È un po' più difficile immagazzinare energia cinetica; l'energia rotazionale viene solitamente accumulata utilizzando ruote massicce: i volani. La maggior parte dei meccanismi utilizzati nella pratica sono dotati di volani. Le fabbriche di polvere usavano dispositivi curiosi: punizioni inerziali. La base di una macchina del genere era un volano pesante con trazione. Il volano è stato inizialmente fatto girare utilizzando un motore diesel stazionario, dopo di che l'auto ha potuto spostarsi nelle officine con prodotti esplosivi e trasportare merci per quasi un'ora.

Per immagazzinare l'elettricità vengono utilizzati vari condensatori e induttori, immagazzinando l'elettricità sotto forma di campo elettromagnetico. Un metodo combinato di immagazzinamento dell'elettricità è la conversione dell'energia elettrica nell'energia dell'interazione chimica, seguita dalla conversione inversa. Le batterie elettriche, che sono essenzialmente fonti chimiche rinnovabili di corrente elettrica, funzionano secondo questo principio.

L'energia interna è spesso immagazzinata nel carburante. Viene rilasciato dal carburante utilizzando vari tipi di reazioni. Molto spesso si tratta di reazioni chimiche, ad esempio un'intensa reazione di ossidazione, comunemente nota come combustione. Per migliaia di anni, l’umanità ha bruciato carburante per ottenere energia interna. Nel secolo scorso, le persone hanno imparato a ottenere energia interna utilizzando reazioni di fissione e fusione nucleare. Devi capire che nonostante tutta l'originalità di queste reazioni, il loro risultato finale è la produzione di una grande quantità di energia interna.

Anche i metodi per trasmettere vari tipi di movimento sono ben studiati. Il movimento meccanico viene trasmesso utilizzando varie trasmissioni. Un esempio è una comune trasmissione automobilistica, che consente la trasmissione del movimento rotatorio dal motore dell'automobile alle ruote.

Per trasferire il movimento interno (trasferimento di calore), è necessario un liquido refrigerante. Acqua e vapore sono spesso utilizzati come refrigeranti. È questo liquido di raffreddamento che trasferisce il calore dal locale caldaia al tuo appartamento. Inoltre, il movimento del calore è spesso sostituito dal movimento del combustibile e dalla successiva generazione di calore in loco. Ciò evita la perdita di calore nell’ambiente. Va notato che lo scambio di calore e la generazione di calore sono sempre associati alla sua dissipazione nell'ambiente. La rapida crescita della produzione osservata nel secolo scorso ha portato ad un significativo inquinamento termico dell’atmosfera, che rischia di diventare irreversibile. Questo è uno dei problemi urgenti che l’umanità deve affrontare.

Il movimento elettrico si è rivelato il più conveniente per la trasmissione. L'elettricità può essere trasmessa sotto forma di corrente elettrica, tramite fili o in modalità wireless sotto forma di onde elettromagnetiche.

Energia N trasmesso attraverso i fili può essere definito come il prodotto della corrente I nel conduttore e della tensione U alle sue estremità

Per trasferire la quantità massima di energia per unità di tempo, questo prodotto deve essere aumentato. Questo può essere fatto aumentando la corrente attraverso il conduttore o la tensione. L'intensità della corrente che scorre attraverso un conduttore è correlata alla tensione elettrica ai suoi capi secondo la legge di Ohm

dove R è la resistenza elettrica del conduttore. Ovviamente è possibile aumentare l'intensità della corrente a una determinata tensione diminuendo la resistenza del conduttore.

Oggi è possibile ridurre significativamente la resistenza del conduttore. Per fare ciò, la sua sezione trasversale dovrebbe essere aumentata. Questo percorso sembra inaccettabile, poiché per aumentare la potenza trasmessa sarebbe necessario un aumento significativo del costo del materiale del filo. I cavi di grosso calibro sarebbero difficili da far passare e isolare. Il costo delle linee elettriche, già considerevole, in questo caso sarebbe aumentato molte volte.

Pertanto, le moderne linee elettriche sono realizzate ad alta tensione. Ciò consente di ridurre il consumo di materiale dell'industria dell'energia elettrica. Tuttavia, l'aumento della tensione trasmessa a diverse migliaia di volt pone il compito di riconvertirla a una tensione sicura per il consumatore. A questo scopo l'industria dell'energia elettrica utilizza una vasta rete di sottostazioni di trasformazione.

I trasformatori convertono solo la corrente alternata. Pertanto, la corrente alternata scorre attraverso le linee elettriche ad alta tensione. I fili di tali linee agiscono come enormi antenne, emettendo onde elettromagnetiche. L'energia di queste onde si perde irrimediabilmente, aggravando la già difficile situazione ecologica del pianeta con l'inquinamento elettromagnetico.

Il fenomeno della superconduttività, scoperto relativamente di recente, potrebbe alleviare la situazione. L'essenza di questo fenomeno è che in determinate condizioni la resistenza elettrica di un conduttore può scendere a zero. Purtroppo il fenomeno della superconduttività può essere osservato solo a temperature prossime allo zero assoluto. Oggi tali temperature sono raggiungibili solo in condizioni di laboratorio. Credo che alla luce di quanto detto si comprendano gli sforzi diretti dagli scienziati alla ricerca della cosiddetta superconduttività ad alta temperatura, che permetterebbe di ottenere l'effetto della superconduttività a temperature vicine a quella ambiente.

PROBLEMI SCIENTIFICI NATURALI DELL'ENERGIA

Il concetto moderno di energia 2

Conversione e consumo di energia 6

Efficienza nella produzione e nel consumo di energia 10

Centrali termoelettriche 13

Migliorare l’efficienza dei sistemi energetici 15

Fonti idroelettriche e fonti di energia geotermica 20

Energia solare 28

Energia eolica 32

Energia nucleare 36

Caratteristiche dello sviluppo energetico domestico 45

Energia dell'Oceano Mondiale 48

Energia del futuro 52

Riferimenti 54

Concetto moderno di energia

Comprensione naturalmente scientifica dell'energia

La parola “energia” tradotta dal greco significa azione, attività. Secondo le idee moderne l'energia è una misura quantitativa generale di varie forme di movimento della materia. Esistono forme fisiche qualitativamente diverse di movimento della materia che sono capaci di trasformazione reciproca. A metà del 20 ° secolo. è stato trovato proprietà importante materia: tutte le sue forme di movimento si trasformano le une nelle altre in rapporti rigorosamente definiti. Fu proprio questa proprietà che permise di introdurre il concetto di energia come misura generale del movimento della materia.

La trasformazione dell'energia è soggetta alla legge fondamentale di conservazione, dalla quale consegue che è impossibile creare una macchina a moto perpetuo. Nella maggior parte dei casi, il lavoro utile viene svolto solo a seguito di determinati cambiamenti nello stato dei corpi o dei sistemi circostanti (combustione del carburante, caduta dell'acqua, ecc.). La prestazione di un corpo, cioè la sua capacità di svolgere un determinato lavoro durante la transizione da uno stato all'altro, è determinata dall'energia. A diverse forme di movimento fisico corrispondono diversi tipi di energia: meccanica, termica, chimica, elettromagnetica, gravitazionale, nucleare, ecc. Tuttavia, la capacità della materia di muoversi per trasformazioni reciproche conferisce a questi tipi di energia un carattere condizionale. Il movimento è una proprietà integrale della materia, quindi tutti i tipi di energia sono sempre localizzati in determinati oggetti materiali.

L'energia caratterizza la capacità degli oggetti materiali di compiere lavoro e il lavoro viene prodotto quando la forza fisica agisce su un oggetto. Ciò significa che il lavoro è energia in azione. Un'auto si muove, una slitta scivola lungo il fianco di una montagna, un'onda in arrivo solleva una zattera, ecc. - tutti questi sono esempi di lavoro svolto, energia in azione.

Il livello di sviluppo della società moderna è in gran parte determinato dalla produzione e dal consumo di energia. Grazie al consumo di energia, i trasporti si spostano, i razzi volano nello spazio, il cibo viene preparato, le case vengono riscaldate e i condizionatori vengono attivati, le strade vengono illuminate, ecc. Possiamo dire: il mondo intorno a noi è pieno di energia, che può essere utilizzata per eseguire vari tipi di lavoro. L’energia è posseduta da persone e animali, pietre e piante, combustibili fossili e alberi, fiumi e laghi, oceani, ecc.

L’energia è una fonte di benessere

Recentemente, più che mai, si discute la questione: cosa attende l’umanità: fame di energia o abbondanza di energia? Articoli sulla crisi energetica compaiono sempre più spesso sulle pagine di giornali e riviste. Il desiderio di possedere una fonte di energia (solitamente il petrolio) porta allo scoppio delle guerre. Le notizie sui giornali riguardavano il lancio di nuovi impianti energetici e nuove invenzioni nel campo dell'energia. Vengono proposti giganteschi programmi energetici volti ad attrarre enormi risorse materiali.

Se alla fine del XIX secolo l'energia più comune oggi, quella elettrica, svolgeva un ruolo ausiliario e insignificante, già nel 1930 venivano prodotti in tutto il mondo circa 300 miliardi di kW. h di elettricità. La previsione è abbastanza realistica, secondo la quale nel 2002 verranno prodotti 30mila miliardi di kWh! Numeri giganteschi, tassi di crescita senza precedenti! E ancora c'è poca energia, la sua necessità sta crescendo rapidamente.

Lo sviluppo dell'economia, il livello di benessere materiale e le persone dipendono direttamente dalla quantità di energia consumata. Molte attività lavorative dipendono dal consumo di energia. Per estrarre il minerale, fonderne il metallo, costruire una casa, ecc., è necessaria energia. I bisogni delle persone sono in costante crescita, ci sono sempre più consumatori di energia: tutto ciò porta alla necessità di aumentare il volume di energia prodotta.

Le risorse energetiche naturali possono essere una delle principali fonti di prosperità della vita. Un esempio è il petrolio prodotto negli Emirati Arabi Uniti. Le risorse energetiche petrolifere hanno portato questo paese, un tempo arretrato, a un moderno livello di sviluppo. Sono state costruite grandi città che sono molto simili nell’aspetto e nelle infrastrutture a molte città di un paese sviluppato come gli Stati Uniti. Guidando, ad esempio, attraverso la città di Abu Dhabi - la capitale degli Emirati Arabi Uniti, immersa in un tappeto di verde e fiori multicolori - è difficile credere che questa città, come molte altre città degli Emirati, sia cresciuta su una terra deserta, attraverso lo spessore sabbioso del quale il piede di un cammello si fa strada con grande difficoltà. Tali città - gli angoli edenici degli Emirati Arabi Uniti - sono cresciute molto rapidamente, in circa venti o trent'anni. Sarebbe un errore pensare che solo il petrolio, la principale fonte di energia, possa trasformare le terre deserte. Un’amministrazione pubblica attenta, insieme a un sistema educativo ben funzionante, compresa l’educazione religiosa, svolgono un ruolo altrettanto importante nello sviluppo degli Emirati Arabi Uniti.

Secondo una legge fondamentale della natura, l'energia utilizzabile può essere ottenuta da altre forme di energia attraverso la loro trasformazione. Le macchine a moto perpetuo, che presumibilmente producono energia e non la prendono da nessuna parte, purtroppo sono impossibili. E la struttura dell’economia energetica mondiale oggi si è sviluppata in modo tale che quattro su cinque kilowatt di elettricità prodotta sono ottenuti in linea di principio nello stesso modo in cui l’uomo primitivo si riscaldava, cioè bruciando combustibile o utilizzando sostanze chimiche. l'energia in esso immagazzinata, trasformandola viene convertita in energia elettrica nelle centrali termoelettriche. Naturalmente, i metodi per bruciare il carburante sono diventati molto più complessi e avanzati. Nuovi fattori - l'aumento dei prezzi del petrolio, il rapido sviluppo dell'energia nucleare, le crescenti esigenze di protezione ambientale - hanno richiesto un nuovo approccio all'energia.

Il settore energetico del prossimo futuro continuerà a basarsi sulla produzione di energia termica basata su risorse non rinnovabili. Tuttavia, la sua struttura cambierà. Il consumo di petrolio sarà ridotto. La produzione di elettricità nelle centrali nucleari aumenterà in modo significativo. Lo sfruttamento delle gigantesche riserve ancora intatte di carbone a buon mercato inizierà, ad esempio, nei bacini di Kuznetsk, Kansk-Achinsk ed Ekibastuz. Il gas naturale, le cui riserve nel nostro Paese sono relativamente grandi, sarà ampiamente utilizzato.

Sfortunatamente, le riserve di petrolio, gas e carbone non sono affatto illimitate. In condizioni naturali, hanno impiegato milioni di anni per formarsi, ma si esauriranno tra centinaia di anni. Oggi il mondo ha cominciato a pensare seriamente a come prevenire il saccheggio predatorio delle ricchezze terrene. Solo con un consumo parsimonioso e prudente delle risorse naturali potranno durare per secoli. Sfortunatamente, molti paesi vivono alla giornata odierna, estraendo grandi quantità della ricchezza data loro dalla natura. Molti di questi paesi, soprattutto nella regione del Golfo Persico, nuotano letteralmente nell'oro, senza pensare al fatto che tra pochi decenni le riserve terrestri si prosciugheranno. Cosa accadrà allora – e prima o poi accadrà – quando i giacimenti di petrolio e di gas saranno esauriti? Va tenuto presente che il petrolio e il gas vengono consumati non solo dal settore energetico, ma anche dai trasporti e dall'industria chimica. La risposta è ovvia: la ricerca di nuove fonti energetiche. Scienziati e ingegneri sono alla ricerca di fonti nuove e non convenzionali che potrebbero fornire energia all’umanità fin dai tempi antichi. Esistono diversi modi per risolvere questo problema. Il modo più ovvio è utilizzare fonti di energia eterne e rinnovabili: l'energia dell'acqua corrente e del vento, le maree oceaniche, il calore dell'interno della terra e il sole. Si può nominare un altro modo allettante: la fusione termonucleare controllata, che gli scienziati di molti paesi stanno lavorando duramente per padroneggiare.

Conversione e consumo di energia

Metodi di conversione dell'energia

Esistono tre metodi principali di conversione dell'energia. Il primo è ottenere energia termica bruciando combustibile (di origine fossile o vegetale) e consumarlo per il riscaldamento diretto di edifici residenziali, scuole, imprese, ecc. Il secondo metodo è convertire l'energia termica contenuta nel combustibile in lavoro meccanico , ad esempio, quando si utilizzano prodotti di distillazione del petrolio per garantire il movimento di varie attrezzature, automobili, trattori, treni, aeroplani, ecc. Il terzo metodo è la conversione del calore rilasciato durante la combustione del carburante o la fissione nucleare in energia elettrica con il suo successivo consumo sia per la produzione di calore che per lo svolgimento di lavori meccanici.

L'elettricità si ottiene anche convertendo l'energia dell'acqua che cade. L'elettricità svolge quindi il ruolo di una sorta di intermediario tra le fonti energetiche e i suoi consumatori (Fig. 9.1). Proprio come l'intermediario nel mercato porta a prezzi più alti, il consumo di energia sotto forma di elettricità porta a prezzi più alti a causa delle perdite nella conversione di un tipo di energia in un altro. Allo stesso tempo, convertire varie forme di energia in energia elettrica è conveniente, pratico e talvolta è l'unica cosa modo possibile consumo energetico reale. In alcuni casi è semplicemente impossibile utilizzare efficacemente l’energia senza convertirla in elettricità. Prima della scoperta dell'elettricità, l'energia dell'acqua che cade (idroenergia) veniva utilizzata per garantire il movimento di dispositivi meccanici: filatoi, mulini, segherie, ecc. Dopo la conversione dell'energia idroelettrica in energia elettrica, il campo di applicazione si espanse notevolmente e divenne possibile consumarlo a notevoli distanze dalla fonte. L’energia di fissione dei nuclei di uranio, ad esempio, non può essere utilizzata direttamente senza convertirla in elettricità.

I combustibili fossili, a differenza delle fonti idroelettriche, sono stati a lungo utilizzati solo per il riscaldamento e l'illuminazione e non per azionare vari meccanismi. Legna da ardere e carbone, e spesso torba essiccata, venivano bruciati per riscaldare edifici residenziali, edifici pubblici e industriali. Il carbone, inoltre, era ed è utilizzato per la fusione dei metalli. L'olio di carbone, ottenuto dalla distillazione del carbone, veniva versato nelle lampade. Solo dopo l'invenzione della macchina a vapore nel XVIII secolo. Il potenziale di questo combustibile fossile si è davvero rivelato, diventando una fonte non solo di calore e luce, ma anche di movimento di vari meccanismi e macchine. Apparvero locomotive a vapore e navi a vapore con motori a vapore, alimentati a carbone. All'inizio del 20 ° secolo. Il carbone cominciò a essere bruciato nei forni delle caldaie delle centrali elettriche per produrre elettricità.

I combustibili fossili svolgono attualmente un ruolo estremamente importante. Fornisce calore e luce ed è una delle principali fonti di elettricità ed energia meccanica per fornire un'enorme flotta di numerose macchine e vari tipi di trasporto. Non dobbiamo dimenticare che le materie prime organiche fossili vengono consumate in enormi quantità dall’industria chimica per produrre un’ampia varietà di prodotti utili e preziosi.

Processi chimici e conversione dell'energia

Anche nel recente passato, il carbone era la principale fonte di energia in molti paesi. Tuttavia, nel tempo, la produzione di petrolio è aumentata e verso la metà del 20 ° secolo. il consumo di petrolio e carbone è diventato uguale. Triplicazione della popolazione nel XX secolo. è stato accompagnato da un aumento di circa dieci volte del consumo di tutti i tipi di energia.

I processi chimici – la combustione di petrolio, gas naturale e carbone – producono una parte significativa dell’energia mondiale. Quando si converte l’energia luminosa e termica in energia elettrica, anche i processi chimici sono inevitabili. Le tecnologie chimiche sono alla base della creazione di liquidi refrigeranti di alta qualità e materiali resistenti al calore per le moderne centrali elettriche. Tutto ciò significa che il progresso nello sviluppo energetico dipende in gran parte dai risultati della chimica moderna.

La prima centrale elettrica su scala industriale era un motore a vapore, creato nella seconda metà del XVIII secolo. Inventore inglese James Watt (1736–1819). L'energia termica in esso contenuta è stata convertita in lavoro meccanico. La ruota idraulica gareggiò a lungo con la macchina a vapore. Molto più tardi, entro la metà del XIX secolo. - è stata creata una batteria galvanica, la prima fonte di corrente elettrica. Alla ricerca di fonti di corrente più efficienti per le comunicazioni telegrafiche, nel 1866 l'elettricista tedesco Werner Siemens (1816–1892) inventò la dinamo, un generatore di corrente, che divenne il punto di partenza per nuove ricerche e sviluppo di numerose fonti di corrente elettrica. L'elettricità a quei tempi veniva prodotta in piccole quantità ed era troppo costosa. Ad esempio, l’alluminio e il magnesio, ottenuti elettrochimicamente a metà del XIX secolo, erano più costosi dell’oro e del platino. Con la modernizzazione del generatore di corrente elettrica, l'energia è diventata gradualmente più economica, il che ha contribuito al rapido sviluppo dell'industria chimica.

Durante la conversione dell'energia elettrica in calore è stata raggiunta una temperatura di circa 3500° C. Una temperatura così elevata non poteva essere ottenuta prima con nessun altro mezzo. Solo con l'uso dell'elettricità furono implementati metodi per la riduzione dei metalli e molti metalli furono fusi nella loro forma pura e furono sintetizzati composti di metalli con carbonio, carburi, che non esistono in condizioni naturali. Negli impianti chimici, inoltre, è diventato possibile effettuare la decomposizione elettrochimica delle sostanze su larga scala industriale. Ciò ha aperto nuove strade per lo sviluppo di vari rami dell'industria chimica che producono una varietà di sostanze inorganiche sintetiche.

Attualmente, l’industria chimica è una delle industrie a maggior consumo energetico. La quantità di energia richiesta per la produzione industriale di vari prodotti dipende dalla loro tipologia, come mostrato chiaramente in Fig. 9.2, dove è riportato il consumo energetico Q, espresso in tonnellate di olio naturale per 1 tonnellata di prodotto. Ad esempio, per produrre 1 tonnellata di carburo di calcio o cloro sono necessari almeno 3500 kW di elettricità. Il consumo di elettricità per la produzione di alluminio e magnesio è di 14-18 kW per 1 tonnellata e rappresenta il 18-25% dei costi totali per la produzione di molti tipi di prodotti industriali. Per il carburo di calcio, i costi energetici rappresentano quasi la metà del suo costo, per il cloruro di polivinile e il polietilene - 35-50%, per l'acetaldeide - addirittura 45-70%. Con ogni tonnellata di fertilizzante azotato, quasi un chilowatt di energia viene “sepolto” nel terreno.

Il rapido sviluppo dell'industria chimica e della produzione di materiali in generale richiede non solo un aumento della produzione di elettricità, ma un consumo sempre più razionale.

Efficienza della produzione e del consumo di energia

Per molto tempo, la bassa efficienza di conversione dell’energia termica in lavoro utile è stata associata a imperfezioni nel meccanismo di conversione stesso. Con lo sviluppo della termodinamica divenne chiaro che esisteva un limite alla completa conversione di tutta l’energia termica in lavoro utile. Questa limitazione deriva dalle leggi fondamentali della termodinamica ed è determinata dall'irreversibilità dei processi termici. Ad oggi, una parte significativa di tutti i tipi di miglioramenti volti ad aumentare l’efficienza della produzione di elettricità utilizzando il vapore è già stata in gran parte implementata. Se l'efficienza dei primi motori a vapore era del 2-5%, l'efficienza dei moderni sistemi energetici - centrali termiche che funzionano con l'uno o l'altro tipo di combustibile e generano vapore per la successiva conversione della sua energia attraverso un turbogeneratore in energia elettrica - raggiunge circa il 40%. Le centrali nucleari producono anche vapore che viene alimentato ai generatori a turbina. La loro efficienza non supera il 32%, il che significa che solo il 32% dell'energia termica rilasciata durante la fissione dell'uranio viene convertita in energia elettrica.

La produzione di energia elettrica, anche utilizzando i moderni sistemi energetici, è accompagnata da grandi perdite di calore. Le perdite di calore sono particolarmente elevate quando l'energia elettrica viene nuovamente convertita in calore o in altri tipi di energia nel punto di consumo. Perdite significative sono anche associate alla trasmissione di elettricità, soprattutto su lunghe distanze. Negli ultimi decenni è stato svolto un intenso lavoro sulla sintesi di materiali conduttori elettricamente per la trasmissione di elettricità con perdite minime. I materiali superconduttori ad alta temperatura sono già stati sintetizzati. Tuttavia, per trasmettere l'elettricità, abbiamo bisogno di conduttori la cui proprietà superconduttiva si manifesterebbe non a basse temperature, ma a temperature normali.

Anche il consumo di elettricità nell’industria chimica porta a grandi perdite. Ad esempio, l’efficienza energetica per il processo di sintesi dell’ammoniaca è del 25–42%, sebbene il consumo di energia per tale processo sia diminuito di oltre il 50% negli ultimi 50–60 anni. Per i metodi convenzionali di produzione del cloruro di vinile è del 12% e per la sua sintesi da NO è solo del 5–6,5%. Nella maggior parte dei casi, i processi ad alta temperatura sono accompagnati da perdite di energia fino al 60–70%. Perdita di energia dentro produzione chimica sono determinati da comprensibili fattori oggettivi legati al livello di sviluppo non solo delle tecnologie chimiche, ma anche delle scienze naturali in generale. Tuttavia, c'è anche ragioni soggettive. Uno di questi è che i metodi per convertire le sostanze con un’alta percentuale di resa del prodotto finale vengono spesso sviluppati senza tenere conto dell’efficienza energetica dei processi tecnologici. A questo proposito, molti processi tecnologici hanno una percentuale relativamente alta di resa del prodotto finale, ma una bassa efficienza energetica.

L’aumento dell’efficienza energetica dei processi e dei dispositivi è uno dei compiti di miglioramento più importanti tecnologia chimica. Possibile diversi modi le sue soluzioni stanno migliorando le condizioni delle reazioni chimiche, riducendo il numero di fasi del processo tecnologico, effettuando reazioni a temperature e pressioni basse, cioè ordinarie, avvicinando i processi chimici a quelli biologici e, infine, sviluppando nuovi metodi tecnologici.

Il problema del risparmio energetico copre non solo i processi chimici, ma anche l'intero ciclo tecnologico di produzione del prodotto finale, comprese fasi molto importanti: l'estrazione e la lavorazione primaria delle materie prime naturali.

Nuovi metodi, impianti e dispositivi modificati e le ultime tecnologie consentono di risolvere gradualmente il problema del risparmio energetico. Naturalmente in tutte le imprese operative è necessario ridurre con tutte le misure possibili la dissipazione inutile di energia. Tali misure sono note: ottimizzazione dei processi produttivi, sfruttamento del calore dissipato, miglioramento dell'isolamento e della tenuta, ottimizzazione dei processi di evaporazione e condensazione, ecc. La conservazione delle risorse energetiche è un compito integrale e significativo di tutti i settori della produzione materiale.

Centrali termoelettriche

Una quota significativa di elettricità viene prodotta a centrali termoelettriche, in cui i combustibili fossili vengono utilizzati per produrre calore e vapore che vengono forniti ai generatori a turbina che producono elettricità. Il combustibile è carbone, petrolio o gas naturale e centrali elettriche nucleari - combustibile nucleare che rilascia calore durante la fissione nucleare.

I principi di funzionamento delle varie centrali termiche coincidono in gran parte e differiscono nel modo in cui ottengono calore da una fonte primaria: combustibile organico o nucleare. Come risultato della combustione del carburante o delle reazioni nucleari, viene rilasciato calore, che viene utilizzato per riscaldare l'acqua e produrre vapore (Fig. 9.3). Il vapore risultante ad alta temperatura e pressione viene fornito ad una turbina che fa ruotare l'armatura di un generatore di corrente elettrica. Vapore di scarto con basse temperature e la pressione, in uscita dalla turbina, viene inviata ad un condensatore, attraverso il quale viene fatta passare l'acqua di raffreddamento per convertire il vapore in acqua. Durante il processo di condensazione del vapore, l'acqua di raffreddamento viene riscaldata, tale acqua viene scaricata nel serbatoio da cui è stata prelevata, oppure fatta passare attraverso torri di raffreddamento per essere raffreddata e riutilizzata nel condensatore. L'acqua formatasi dal vapore condensato viene restituita alla caldaia e si ripete il ciclo sopra descritto.

In una moderna stazione di rifornimento a carbone con un'efficienza di circa il 40%, per ogni unità di energia elettrica prodotta, si perdono 1,5 unità di calore, mentre in una centrale nucleare si perdono 2,33 unità di calore. I rifiuti termici nelle centrali nucleari vengono trasferiti principalmente nell'acqua che raffredda i condensatori. Nelle centrali elettriche a combustibili fossili, circa il 75% del calore disperso viene trasferito all’acqua di raffreddamento, mentre il resto del calore inutilizzato viene rimosso attraverso i camini.

L'enorme quantità di energia elettrica prodotta comporta inevitabilmente il rilascio nell'ambiente di enormi quantità di scorie termiche: fiumi, bacini artificiali e atmosfera. Il calore smaltito porta all’inquinamento termico dell’ambiente. L'inquinamento termico (principalmente acqua) accompagna il processo di raffreddamento di tipo aperto, in cui l'acqua di raffreddamento proviene da un serbatoio esterno (bacino fluviale, serbatoio) e poi, allo stato riscaldato, dopo essere stata utilizzata per la condensazione del vapore, ritorna nuovamente nello stesso serbatoio da dove è stata scattata. Un altro tipo di refrigerazione, la refrigerazione a circuito chiuso, in cui il calore acquisito dall'acqua di raffreddamento viene dissipato nell'atmosfera utilizzando torri di raffreddamento (torri in cui l'acqua viene raffreddata mediante spruzzi ed evaporazione), provoca principalmente l'inquinamento termico dell'atmosfera. I risultati della ricerca mostrano che l’inquinamento termico sia dell’acqua che dell’atmosfera interrompe il funzionamento degli ecosistemi. Inoltre, le centrali termoelettriche sono fonte di enormi quantità di anidride carbonica, anidride solforosa e altri gas che inquinano l'atmosfera. Tutto ciò significa che generare energia dalle centrali termoelettriche non è il modo migliore o più efficiente per produrre energia. A questo proposito, continua la ricerca di fonti energetiche più efficienti.

Migliorare l’efficienza dei sistemi energetici

Modi per migliorare l’efficienza della produzione energetica

Sono noti diversi modi per aumentare l'efficienza della produzione di elettricità: la creazione di centrali termoelettriche con l'utilizzo di rifiuti termici, l'uso di un metodo combinato di produzione di elettricità, la creazione di impianti magnetoidrodinamici (generatori MHD), lo sviluppo di energia sistemi con conversione diretta dell’energia.

Nelle centrali termoelettriche che utilizzano rifiuti termici, il calore ottenuto dalla combustione di combustibile o da una reazione a catena di fissione e non suscettibile di essere convertito in energia elettrica viene utilizzato per riscaldare edifici residenziali, edifici pubblici e industriali, ecc. Tali impianti producono sia elettricità che calore .

Con il metodo combinato di produzione dell'energia dell'elettrodo, un sistema termico convenzionale viene integrato con una turbina a gas (Fig. 9.4). La turbina a gas è ampiamente utilizzata nei motori degli aerei a reazione. Nelle centrali elettriche, ruota non con vapore, ma con un flusso di gas - prodotti della combustione di cherosene o gas naturale. Una turbina a gas fa ruotare l'armatura di un generatore elettrico, che produce corrente elettrica. In questo caso, circa il 25% dell'energia termica generata dalla combustione del combustibile viene convertita in elettricità. I gas combustibili in uscita dalla turbina a gas riscaldano le caldaie a vapore e il vapore risultante viene fornito alla turbina a vapore.

Uno dei miglioramenti apportati alle centrali termoelettriche è che i gas caldi generati durante la combustione del carburante vengono utilizzati nei generatori MHD. Il potassio metallico viene aggiunto ai gas caldi, che si ionizzano facilmente per formare particelle cariche. Un flusso di gas caldo con particelle cariche, che è un plasma a bassa temperatura, viene diretto in un canale speciale circondato da bobine che trasportano corrente che creano un campo magnetico. Quando le particelle cariche si muovono e si ridistribuiscono in un campo magnetico, si forma una corrente elettrica, che viene raccolta dagli elettrodi situati lungo il canale. Dopo essere usciti dal condotto, i gas caldi vengono utilizzati per produrre vapore, che viene inviato ad una turbina collegata ad un generatore che produce corrente elettrica. In un generatore MHD, l'energia del plasma a bassa temperatura elettricamente conduttivo viene convertita direttamente in energia elettrica. Si presuppone che la combinazione di un generatore MHD con un sistema termoelettrico convenzionale possa raggiungere un'efficienza fino al 65%. Il lavoro sull'applicazione pratica dei generatori MHD è stato effettuato dalla fine degli anni '50. XX secolo Tuttavia, finora hanno raggiunto un’efficienza non superiore al 40%, quindi non hanno trovato ampia applicazione industriale.

Problemi di conversione diretta dell'energia

La conversione diretta dell'energia chimica in energia meccanica avviene, ad esempio, durante l'attività muscolare degli esseri viventi. Una trasformazione simile è stata testata in condizioni di laboratorio: è stato sintetizzato un film plastico che, sotto l'influenza degli alcali, si allunga due volte e aumenta di volume 8 volte e si contrae sotto l'influenza dell'acido cloridrico. Come risultato di tale deformazione, la pellicola può svolgere un utile lavoro meccanico. Per avviare i processi di compressione ed espansione nei modelli di laboratorio, sono state utilizzate fibre proteiche collogene in combinazione con soluzioni saline di varie concentrazioni.

La conversione diretta dell'energia chimica in energia elettromagnetica avviene in laser chimici creati relativamente di recente, in cui gli atomi sono eccitati dall'energia delle reazioni chimiche. Tuttavia, l’efficienza di tale conversione è molto bassa. I suddetti metodi di conversione diretta dell'energia non sono esempi di produzione energetica industriale.

La produzione di energia elettrica nelle centrali termiche viene effettuata secondo lo schema classico: energia chimica del combustibile –> energia termica –> energia meccanica –> energia elettrica. Convertendo direttamente l'energia chimica in energia elettrica, l'efficienza aumenta e si risparmia materiale. Pertanto, man mano che le risorse energetiche fossili si esauriscono e i requisiti per la pulizia ambientale degli impianti energetici e dei trasporti, in quanto uno dei principali consumatori di risorse energetiche, diventano più rigorosi, il contributo delle fonti chimiche di elettricità con conversione diretta in risorse energetiche generali aumenterà nel corso degli anni. tempo. Si prevede che la produzione di automobili con fonti di energia elettrochimica aumenterà in modo significativo nel prossimo secolo (Fig. 9.5).

Esempi di dispositivi ampiamente utilizzati per la conversione diretta dell'energia sono noti da tempo. Questi includono batterie per torce elettriche e vari tipi di batterie. Le celle a combustibile proposte relativamente di recente convertono direttamente anche l'energia chimica in energia elettrica. Il principio del loro funzionamento è simile al principio di funzionamento degli elementi elettrochimici. Tuttavia, gli elettrodi delle celle a combustibile fungono da catalizzatori e non sono direttamente coinvolti nella generazione di elettricità. Ad esempio, in una cella a combustibile idrogeno-ossigeno, il combustibile viene ossidato all'anodo, rilasciando elettroni (Figura 9.6). Di conseguenza, si crea una differenza di potenziale tra anodo e catodo. L'anodo è costituito da una lega porosa di nichel-ceramica con inclusioni di particelle di nichel, mentre il catodo è costituito dalla stessa lega con inclusioni di particelle d'argento. Da 1 kg di idrogeno in una cella idrogeno-ossigeno è possibile ottenere 10 volte più energia che bruciando 1 kg di benzina in un motore a combustione interna. Questo elemento produce acqua anziché gas di scarico dannosi. Perché non sono ampiamente introdotti e non sostituiscono i motori a benzina? La risposta a questa domanda include questioni ancora irrisolte relative al prezzo e all’affidabilità. In primo luogo, l’idrogeno non deve essere più di 10 volte più costoso della benzina per poter competere con successo con essa. In secondo luogo, nonostante le proposte originali per l’accumulo dell’idrogeno in alcuni idruri metallici, il problema del suo stoccaggio e trasporto sicuro richiede ulteriori miglioramenti tecnici.

Eppure, negli ultimi anni, si sta prestando sempre più attenzione all’auto con motore elettrico, cioè all’auto elettrica. Non molto tempo fa, la società tedesca BMW ha presentato una nuova auto elettrica basata su una batteria allo zolfo-sodio. Raggiunge la velocità di 96 km/h in 20 secondi, e l'autonomia tra una ricarica e l'altra è di 270 km. Tuttavia, la temperatura operativa di una batteria allo zolfo-sodio è relativamente elevata, circa 350 °C, il che la rende esplosiva e pericolosa.

Di interesse pratico sono le celle combustibile-galvaniche, in particolare le celle aria-alluminio, in cui il catodo è una piastra porosa di grafite di carbonio in cui entra ossigeno atmosferico, l'anodo è una piastra di lega di alluminio e l'elettrolita, ad esempio, è una soluzione acquosa soluzione di sale da cucina. Un tale elemento non necessita di ricarica elettrica; genera esso stesso energia nel processo di ossidazione (combustione elettrochimica) del metallo. Questo processo di ossidazione avviene con un'efficienza di circa l'80% e 1 kg di alluminio bruciato a temperatura ambiente è in grado di rilasciare all'incirca la stessa energia prodotta da 1 kg di carbone se bruciato in aria a temperatura molto elevata. Tali fonti di energia presentano numerosi vantaggi: semplicità di progettazione, completa sicurezza di funzionamento e buone caratteristiche energetiche specifiche. Ma c'è soprattutto uno svantaggio: l'alto costo del materiale dell'anodo, determinato principalmente dall'elevata intensità energetica del processo di produzione. Tale svantaggio può essere minimizzato implementando, ad es. nuova tecnologia ottenere l'alluminio (vedi Fig. 9.7). Con lo sviluppo industriale di questa tecnologia, l’alluminio e le sue leghe diventeranno molto più economici.

Relativamente di recente sono state sviluppate batterie al litio-iodio con conversione diretta dell'energia chimica in energia elettrica. Le batterie convenzionali, che convertono l'energia dalla reazione chimica tra zinco e ossido di mercurio, utilizzano un elettrolita acquoso. Le batterie al litio-iodio funzionano con elettrolita di iodio solido, il che consente di ottenere una capacità relativamente grande e di aumentarne la durata con batterie di dimensioni minime. Tali batterie vengono utilizzate nei pacemaker che garantiscono il normale ritmo cardiaco. La loro durata è molte volte più lunga rispetto alle batterie convenzionali e arriva fino a 10 anni, il che significa che queste batterie possono ridurre il numero di interventi chirurgici per l'impianto di un pacemaker.

Quando si sviluppano nuove modifiche dei convertitori di energia chimica in energia elettrica, viene prestata molta attenzione all'aumento della loro potenza riducendo al contempo il costo dell'elettricità generata.

Fonti idroelettriche e fonti di energia geotermica

Recentemente c'è stato un crescente interesse per le fonti energetiche inorganiche, cioè fonti in cui il processo chimico - la combustione - non prende parte. Queste includono fonti idroelettriche (centrali idroelettriche, centrali di pompaggio, centrali mareomotrici), fonti geotermiche, fonti solari, turbine eoliche e centrali nucleari.

Centrali idroelettriche

Il principio di funzionamento delle centrali idroelettriche si basa sulla conversione dell'energia potenziale dell'acqua in caduta nell'energia cinetica di rotazione di una turbina collegata ad un generatore che converte l'energia cinetica in energia elettrica. Le prime centrali idroelettriche erano del tipo a flusso, in cui l'acqua del fiume non veniva arginata, ma semplicemente fatta passare attraverso una turbina. Richiedono una grande differenza nel livello dei fiumi, ad esempio alle Cascate del Niagara, dove è stata costruita la prima centrale idroelettrica di questo tipo. Nelle moderne centrali idroelettriche vengono costruite enormi dighe per aumentare il volume dell’acqua che scorre in modo uniforme attraverso le turbine (vedi Figura 9.8). La diga non solo crea un serbatoio per immagazzinare l'acqua, ma ne aumenta anche il livello. Allo stesso tempo aumenta l'energia potenziale dell'acqua, il che porta ad un aumento dell'energia cinetica di rotazione della turbina e, di conseguenza, ad un aumento dell'elettricità generata. L'acqua proveniente dal serbatoio viene diretta attraverso una tubazione in pressione alle pale rotanti orizzontalmente di una turbina collegata a un generatore. Tipicamente, una centrale idroelettrica utilizza molte unità di generatori a turbina. L'efficienza delle centrali idroelettriche è del 60–70%, ovvero il 60–70% dell'energia dell'acqua che cade viene convertita in energia elettrica.

Le centrali idroelettriche sono costose da costruire e hanno costi operativi, ma funzionano con “carburante gratuito”. La fonte primaria di energia idroelettrica è il Sole, che fa evaporare l’acqua da oceani, mari, laghi e fiumi. Il vapore acqueo si condensa sotto forma di precipitazione che cade in zone elevate, da cui l'acqua condensata scende nei mari. Le centrali idroelettriche ostacolano il deflusso e convertono l'energia del movimento dell'acqua in elettricità.

Tuttavia, le centrali idroelettriche non sono del tutto rispettose dell’ambiente. Dighe e bacini artificiali rimuovono le terre allagate dall'uso agricolo. La loro area è estremamente ampia, soprattutto sui fiumi di pianura: la differenza naturale nel livello dell'acqua in essi è piccola. Enormi aree di serbatoi contribuiscono alla formazione di una quantità insolitamente grande di vapore acqueo nell'atmosfera, che porta inevitabilmente all'interruzione delle condizioni meteorologiche naturali. Le dighe influiscono negativamente sulla qualità dell'acqua immagazzinata nei serbatoi. A seconda della stagione, l'acqua accumulata può contenere poco ossigeno disciolto e costituire un ambiente sfavorevole per i pesci e altri organismi viventi. Inoltre, l'acqua rilasciata distrugge il letto del fiume. Allo stesso tempo, le centrali idroelettriche costruite su fiumi con una differenza naturale del livello dell'acqua - su fiumi con cascate, fiumi di montagna - causano molti meno danni all'ambiente.

Centrali elettriche con pompaggio

Servono per immagazzinare l'energia in eccesso generata dalle centrali non idroelettriche quando il consumo di elettricità diminuisce, ad esempio di notte. Durante l'accumulo, l'acqua viene pompata dal serbatoio inferiore a quello superiore (Fig. 9.9). In questo caso l'energia elettrica proveniente dall'esterno viene convertita in energia potenziale dell'acqua nel serbatoio superiore. Durante le ore di punta della rete elettrica, l'acqua dal serbatoio superiore scorre attraverso le unità idrauliche a quello inferiore e l'energia potenziale immagazzinata nell'acqua viene convertita in energia elettrica. L’efficienza delle centrali ad accumulazione con pompaggio non è molto elevata: solo circa due terzi dell’energia spesa per pompare l’acqua viene reimmessa nella rete. La costruzione di tali stazioni richiede ingenti investimenti di capitale, quindi non sono ampiamente utilizzate. Vengono discusse le idee di stoccaggio dell'energia mediante pompaggio utilizzando serbatoi sotterranei di origine naturale.

Centrali mareomotrici

Le maree, rimaste a lungo un mistero, hanno portato a pensare che la loro enorme energia potesse essere sfruttata. Maree marine – Si tratta di fluttuazioni periodiche di livello causate dalle forze gravitazionali della Luna e del Sole insieme alle forze centrifughe causate dalla rotazione dei sistemi Terra-Luna e Terra-Sole. La maggiore di queste forze, quella lunare, determina principalmente la natura delle maree marine. Di solito l'alta e la bassa marea si verificano due volte al giorno. L'innalzamento massimo dell'acqua è detto acqua alta, quello minimo è detto acqua bassa. La quantità d'acqua piena nell'oceano aperto è di circa 1 m, al largo della costa - fino a 18 m (Baia di Fundy nell'Oceano Atlantico).

Centrali mareomotrici convertire l'energia delle maree in elettricità. Uno dei tipi di dispositivi delle centrali mareomotrici è costituito da una diga con turbogeneratori integrati nella sua parte inferiore. Una centrale mareomotrice simile con un tale dispositivo fu costruita nel 1967 sul fiume Rana in Francia, dove la piena dell'acqua raggiunge circa 13 m. Quando i cancelli inferiori della diga sono aperti, il livello totale dell’acqua su entrambi i lati della diga è lo stesso. All'inizio della bassa marea, il flusso d'acqua rivolto verso la terra viene fatto passare attraverso generatori a turbina che generano elettricità. In condizioni di bassa marea, le paratoie si chiudono fino a quando la differenza di livello diventa sufficiente affinché i generatori a turbina funzionino in modo efficiente. L'intero flusso d'acqua viene quindi fatto passare attraverso generatori a turbina verso la terra. Questo ciclo viene poi ripetuto e l'energia viene così generata durante la bassa e l'alta marea.

Le centrali maremotrici costruite in Francia, Russia e Cina dimostrano che l’elettricità prodotta dalle maree può essere prodotta su scala industriale. Generare energia utilizzandoli non richiede alcun combustibile e il costo dell’energia è relativamente basso. Tuttavia, il costo di costruzione delle centrali idroelettriche è relativamente elevato: è circa 2,5 volte superiore al costo di costruzione di una centrale idroelettrica della stessa capacità. Uno dei principali vantaggi delle centrali mareomotrici è che causano danni minimi all’ambiente.

Fonti di energia geotermica

Da molto tempo le persone conoscono le manifestazioni spontanee di un'energia gigantesca nascosta nelle profondità del globo. La memoria dell'umanità conserva leggende sulle catastrofiche eruzioni vulcaniche che uccisero milioni di persone vite umane, che hanno cambiato l'aspetto di molti luoghi sulla Terra in modo irriconoscibile. La potenza dell'eruzione anche di un vulcano relativamente piccolo è colossale; è molte volte maggiore della potenza delle più grandi centrali elettriche create dalle mani dell'uomo. È vero, non è necessario parlare dell'uso diretto dell'energia delle eruzioni vulcaniche, le persone non hanno ancora la capacità di frenare un elemento così indisciplinato e, fortunatamente, le eruzioni non si verificano ovunque e non così spesso. Ma si tratta comunque di manifestazioni di energia inesauribile nascosta nelle viscere della terra, una piccola frazione della quale trova la via d'uscita attraverso le bocche sputafuoco dei vulcani.

Il piccolo paese europeo Islanda (tradotto come "terra di ghiaccio") è completamente autosufficiente in pomodori, mele e persino banane! Le numerose serre islandesi sono alimentate dalla Terra: praticamente non ci sono altre fonti energetiche locali in Islanda. Questo paese è molto ricco di sorgenti termali e famosi geyser: fontane di acqua calda che sgorgano dal terreno. E sebbene gli islandesi non abbiano la priorità nell'utilizzare il calore delle fonti sotterranee (anche gli antichi romani portavano l'acqua dal sottosuolo ai famosi bagni - le Terme di Caracalla), gli abitanti di questo piccolo paese settentrionale sfruttano molto intensamente la caldaia sotterranea.

Ma l’uomo trae energia dalle profondità della terra non solo per il riscaldamento. Le centrali elettriche che utilizzano sorgenti calde sotterranee funzionano da molto tempo. La prima centrale di questo tipo, ancora di bassissima potenza, fu costruita nel 1904 nella cittadina italiana di Larderello, dal nome dell'ingegnere francese Larderelli, che nel 1827 elaborò un progetto per l'utilizzo delle numerose sorgenti termali della zona. A poco a poco, la potenza della centrale è cresciuta, sono state messe in funzione sempre più nuove unità, sono state utilizzate nuove fonti di acqua calda e oggi la potenza della centrale ha già raggiunto un valore impressionante: 360mila kW. In Nuova Zelanda esiste una centrale elettrica del genere nell'area di Wairakei, la sua capacità è di 160 mila kW. A 120 km da San Francisco, negli Stati Uniti, una stazione geotermica con una capacità di 500mila kW produce elettricità.

Le acque sotterranee, come il “sangue vivo” del pianeta, trasferiscono il calore naturale della Terra alla superficie. Possedendo una grande mobilità e un'elevata capacità termica, svolgono il ruolo di batteria e liquido di raffreddamento. Si accumulano nelle falde acquifere o arrivano alla superficie della terra come sorgenti calde o calde e talvolta fuoriescono sotto forma di miscele di vapore e acqua. Questi sono geyser e fumarole (gli esperti li chiamano idroterme a vapore). Le sorgenti idrotermali a vapore sono uno spettacolo davvero spettacolare: con sibili e fischi, getti di vapore o acqua surriscaldata escono dal terreno e salgono verso l'alto. Pertanto, il geyser "Old Faithful" nel Parco di Yellowstone lancia regolarmente, ogni 53-70 minuti, un flusso di acqua calda (più di 90 ° C) ad un'altezza di 30-45 m ed è il più grande geyser della valle della Kamchatka. di geyser - "Gigante" - produce un flusso di acqua calda a 30–35 m verso l'alto, e la colonna di vapore sale molto più in alto – fino a 300–400 m.

Depositi idrotermali a vapore sono noti in Islanda, Groenlandia, Nuova Zelanda, Indonesia, Giappone, Stati Uniti, Cile, El Salvador e altri paesi. Il calore delle falde acquifere è ampiamente utilizzato in Italia, dove dall'inizio del secolo sono attive centrali geotermiche. I giacimenti più grandi si trovano in Toscana e nel Napoletano, dove dai pozzi si produce una miscela acqua-vapore con una temperatura di 200–245°C.

In Islanda, chiamata il paese dei vulcani e dei geyser, ci sono circa 7mila sorgenti termali. La loro capacità totale è superiore a 1 milione di kcal/s. Reykjavik (la capitale dell'Islanda), situata vicino al Circolo Polare Artico, è completamente riscaldata dalle acque termali. Le acque delle sorgenti termali qui vengono utilizzate non solo per il riscaldamento, ma anche per le serre cittadine e le serre in cui vengono coltivati ​​fiori, ortaggi e persino agrumi.

Nel nostro paese, la Kamchatka e le Isole Curili, aree di moderno vulcanismo, sono particolarmente ricche di sorgenti termali. Le sorgenti che sgorgano vapore e acqua bollente sono conosciute in queste aree da molto tempo (alcune di esse furono descritte negli anni '40 del XVIII secolo da S. Krasheninnikov), ma le perforazioni esplorative iniziarono lì solo nel 1958. La prima centrale geotermica nel nostro paese è stata costruita nell'area del fiume Paratunka e dal 1967 presso le sorgenti termali di Pauzhetsky, a 200 km da Petropavlovsk, è in funzione una centrale solare termica con una capacità di 15mila kW. Kamchatskij.

L'utilizzo dell'acqua con una temperatura inferiore a 100°C per scopi energetici è considerato economicamente non redditizio, ma è molto adatto per il teleriscaldamento: riscaldamento di case, riscaldamento di serre, bagni, piscine. Centinaia di città e paesi in Russia, Ucraina, Asia centrale e Transcaucasia sono passati a tale fornitura di calore naturale. Ciò è estremamente vantaggioso dal punto di vista economico. Ma il principale vantaggio del calore ricavato dal sottosuolo è la sua purezza ambientale e la sua rinnovabilità. Naturalmente, una recinzione incontrollata acqua calda prima o poi potrebbe portare all’esaurimento delle fonti. Per evitare che ciò accada, è stata sviluppata una tecnica di sistema chiuso in cui l'acqua fredda raffreddata o ordinaria viene restituita alla formazione ad alta temperatura. L'acqua fredda viene pompata attraverso un pozzo e l'acqua calda viene ottenuta dall'altro. Viene creata una circolazione chiusa affidabile, quasi “eterna”. Un locale caldaia sotterraneo di questo tipo è stato realizzato, ad esempio, a Grozny.

Secondo stime molto approssimative, le riserve previste di acque termali (da 50 a 250°C) nel nostro Paese ammontano ad almeno 20 milioni di m3 di acqua al giorno. Questa enorme riserva di energia termica ecologica può sostituire fino a 150 milioni di tonnellate di combustibili fossili. Uno dei pozzi più potenti del Daghestan (nel villaggio di Berikei) fornisce un enorme afflusso di acqua calda utilizzata per il riscaldamento. Questo pozzo trasporta 330 tonnellate di iodio e 450 tonnellate di bromo con acqua all'anno (pari a circa il 3% della produzione mondiale di bromo). Nel nostro Paese quasi tutto il bromo e gran parte dello iodio vengono estratti dalle acque sotterranee; non per niente vengono chiamate acque sotterranee industriali.

Energia solare

Il sole ha una colossale riserva di energia. La Terra riceve solo una piccola frazione di energia solare, pari a 2·1017 W, ed è abbastanza sufficiente per fornire un'ampia varietà di forme di vita e processi della biosfera sulla Terra.

Si presume che l'uso diffuso dell'energia solare inizierà dopo la riproduzione del processo naturale: la fotosintesi. In condizioni di laboratorio, al di fuori della cellula vegetale, la prima fase di questo processo è già stata eseguita: è stata effettuata la decomposizione fotochimica dell'acqua negli elementi. L'idrogeno risultante è un eccellente vettore energetico: tra le sostanze non radioattive conosciute, ha la densità energetica più alta - 33 kW/kg (la densità energetica del carbonio è solo 9,1 kW/kg). Durante il processo di fotosintesi, nelle piante verdi, da composti poveri di energia - anidride carbonica e acqua - si forma una struttura più complessa e un amido ricco di energia, da cui vengono sintetizzati grassi, proteine, cellulosa e altri componenti organici. Come risulta dai periodici, gli scienziati giapponesi hanno proposto un metodo alquanto insolito per utilizzare l'energia solare. Hanno irradiato una miscela di magnetite macinata e polvere di carbone con la luce solare concentrata e l'hanno riscaldata a 1200° C. Come risultato della reazione chimica si sono formati idrogeno e monossido di carbonio. Da questi gas è possibile sintetizzare, ad esempio, l'alcol metilico, che può fungere da ottimo carburante per le automobili. L'efficienza di tale processo raggiunge il 47,6%.

Negli ultimi decenni energia solare - L’energia solare si sta sviluppando rapidamente in tutto il mondo e in diverse direzioni. I programmi per l’energia solare vengono sviluppati in più di 70 paesi, dalla Scandinavia settentrionale agli aridi deserti dell’Africa. I dispositivi solari vengono utilizzati per il riscaldamento e la ventilazione degli edifici, la desalinizzazione dell'acqua e la produzione di elettricità. Tali dispositivi sono utilizzati in vari processi tecnologici. Apparvero i veicoli a “propulsione solare”: eliobiciclette, eliomopedi, barche a motore, yacht, galleggianti solari e dirigibili con pannelli solari. Le auto solari, che ieri venivano paragonate a un divertente giro in macchina, oggi attraversano paesi e continenti a una velocità quasi pari a quella delle normali auto. Da tre anni il villaggio tedesco di Franitzhütte, situato alla periferia della Foresta Bavarese, è interamente alimentato da un impianto solare composto da 840 pannelli solari piani con una superficie totale di 360 m2. La potenza di ciascuna batteria è di 50 W. Di notte e con tempo nuvoloso la corrente è fornita da una batteria di batterie al piombo, caricate durante le ore in cui c'è molto sole.

In Svizzera è entrata in funzione la più grande centrale solare del mondo. L'area dei suoi pannelli solari è di 4500 m2, con piena illuminazione la potenza della centrale raggiunge i 500 kW. Questo è sufficiente per un villaggio di duecento villette con un solo appartamento. L'Università di Stoccarda (Germania) ha progettato un aeroplano il cui motore è alimentato da pannelli solari posti sulle sue ali con un'apertura di 25 m. Con un carico fino a 90 kg, decolla da una piattaforma erbosa e raggiunge velocità di fino a 120 chilometri all'ora. Scienziati svizzeri hanno brevettato pannelli solari trasparenti che possono essere inseriti nei telai delle finestre invece che nel vetro. Tra due strati di vetro, rivestiti da una sottile pellicola di biossido di titanio con uno strato altrettanto sottile di pigmento fotosensibile, è presente uno strato di elettrolita contenente iodio. La luce che cade sul pigmento ne elimina gli elettroni che, attraverso l'elettrolita, entrano nello strato di biossido di titanio. Tutti gli strati di una tale batteria solare sono così sottili che la trasparenza del vetro praticamente non diminuisce. Tali occhiali sono più economici dei pannelli solari in silicio.

Il rapido sviluppo dell'energia solare in Svizzera è stato reso possibile dalla riduzione del costo dei convertitori fotovoltaici per 1 watt di potenza installata da 1.000 nel 1970 a 5–8 dollari nel 1990 e dall'aumento della loro efficienza dal 5–6 al 20–30%. Nel prossimo futuro, si propone di ridurre il costo di un watt solare del 50%, il che consentirà alle centrali solari di competere pienamente con altre fonti energetiche autonome, ad esempio le centrali diesel. La Svizzera è diventata uno dei leader mondiali nell'uso pratico dell'energia solare: più di 700 installazioni solari su fotoconvertitori al silicio con una capacità da 1 kW a 1 MW e dispositivi di collettori solari per la generazione di energia solare. Il programma svizzero per l'elettricità solare darà un contributo significativo alla soluzione dei problemi ambientali e all'indipendenza energetica del Paese, che oggi importa oltre l'80% della propria energia dall'estero.

Un'installazione solare basata su fotoconvertitori al silicio, molto spesso con una potenza di 2-3 kW, viene spesso montata sui tetti e sulle facciate degli edifici (20-30 m2). Un impianto di questo tipo produce in media 3.000 kWh di elettricità all’anno, sufficienti a soddisfare il fabbisogno domestico e talvolta anche a caricare le batterie di bordo di un veicolo elettrico. L'energia giornaliera in eccesso nel periodo estivo viene inviata alla rete elettrica pubblica. In inverno l'energia può essere restituita gratuitamente al proprietario dell'impianto solare. Le grandi aziende installano stazioni solari con una capacità fino a 300 kW sui tetti degli edifici produttivi. Tuttavia, una tale stazione può coprire il fabbisogno energetico dell'impresa solo del 55-70%. Nelle zone dell'altopiano alpino, dove non è redditizio costruire linee elettriche, si stanno costruendo centrali solari autonome con batterie di accumulo dell'energia.

Sulla base dell'esperienza operativa e secondo alcuni calcoli, il Sole è in grado di soddisfare il fabbisogno energetico di almeno tutti gli edifici residenziali del Paese. Gli impianti solari, situati sui tetti e sulle pareti degli edifici, sulle barriere antirumore delle autostrade, sui trasporti e sulle strutture industriali, non richiedono costosi terreni agricoli o urbani per il posizionamento.

Un impianto solare autonomo vicino al villaggio di Grimsel fornisce elettricità per l'illuminazione 24 ore su 24 del tunnel stradale. Vicino alla città di Shur, i pannelli solari installati su una sezione di 700 metri di barriera antirumore forniscono 100 kW di elettricità all’anno. I pannelli solari con una capacità di 320 kW, installati sul tetto dell'edificio produttivo, coprono quasi completamente il fabbisogno tecnologico dell'azienda per il calore e l'elettricità. L'efficienza dei fotoconvertitori al silicio diminuisce notevolmente in caso di forte riscaldamento e pertanto le tubazioni di ventilazione vengono posate sotto i pannelli solari per pompare l'aria esterna. L'aria riscaldata funge da refrigerante per i dispositivi collettori. Uno dei settori principali del programma solare elettrico svizzero è lo sviluppo di veicoli che utilizzano l'energia solare, poiché i veicoli consumano circa un quarto delle risorse energetiche necessarie al Paese. Ogni anno in Svizzera si tiene un raduno internazionale di auto solari.

Recentemente, l'interesse per il problema dell'utilizzo dell'energia solare è aumentato notevolmente. Il potenziale energetico basato sullo sfruttamento della radiazione solare diretta è estremamente ampio. Si noti che utilizzando solo lo 0,0125% dell'energia solare si potrebbe soddisfare l'intero fabbisogno energetico mondiale di oggi. Sfortunatamente, è improbabile che queste enormi risorse potenziali possano mai essere sfruttate su larga scala. Uno degli ostacoli più seri a tale implementazione è la bassa intensità della radiazione solare. Anche nelle migliori condizioni atmosferiche (latitudini meridionali, cielo sereno), la densità del flusso di radiazione solare è relativamente bassa. Pertanto, affinché i collettori di radiazione solare possano “raccogliere” l'energia necessaria a soddisfare almeno in parte il fabbisogno della popolazione, è necessario che siano collocati su un vasto territorio.

La necessità di utilizzare collettori di grandi dimensioni comporta anche notevoli costi di materiale. Il collettore di radiazione solare più semplice è una lamiera di metallo annerito (solitamente alluminio), all'interno della quale sono presenti tubi in cui circola del liquido. Riscaldato dall'energia solare assorbita dal collettore, il liquido viene fornito per l'utilizzo diretto. Secondo i calcoli, una grande quantità di alluminio viene utilizzata nella produzione di collettori di radiazioni solari.

L’energia solare è uno dei tipi di produzione di energia a maggior consumo di materiali. L'uso su larga scala dell'energia solare comporta un gigantesco aumento della necessità di materiali e, di conseguenza, delle risorse di lavoro per l'estrazione delle materie prime, il loro arricchimento, l'ottenimento di materiali, la produzione di eliostati, collettori, altre attrezzature e il loro trasporto.

Finora l'energia elettrica generata dai raggi del sole è molto più costosa di quella ottenuta con i metodi tradizionali. Gli scienziati sperano che gli esperimenti condotti su impianti e stazioni pilota aiuteranno a risolvere non solo i problemi tecnici, ma anche economici legati all'uso diffuso dell'energia solare.

Energia eolica

Il vento è al servizio dell'uomo fin dai tempi antichi. I primitivi sollevavano le vele su una navetta instabile scavata in un tronco. I venti prevalenti da ovest portarono l'Armada spagnola alla scoperta e alla vittoria. Gli alisei gonfiarono le vele delle grandi navi clipper, contribuirono all’apertura dell’India e della Cina e stabilirono il commercio con l’Occidente. Gli antichi persiani costringevano il vento a macinare il grano. I mulini a vento (Fig. 9.10) sono più diffusi in Olanda. Alcuni di loro hanno più di 500 anni e sono ancora funzionanti. C'è stato un tempo in cui l'acqua e il vento erano quasi le principali fonti di energia. Nel 1910 in Russia c’erano circa un milione di mulini a vento e circa lo stesso numero di mulini ad acqua. E oggi tutta questa energia viene definita a cuor leggero non convenzionale.

Negli anni '50 del XIX secolo. Negli Stati Uniti è stato inventato un mulino a vento a più pale, che si è diffuso. Con l'aiuto di tali mulini a vento, l'acqua veniva prima sollevata dai pozzi e le caldaie a vapore venivano riempite d'acqua. Successivamente i mulini a vento furono utilizzati per produrre elettricità. Una turbina eolica multipala con una ruota eolica con un diametro fino a 9 m può generare fino a 3 kW di elettricità con una velocità del vento di circa 25 km/h. Negli anni '30 del XX secolo. Negli Stati Uniti sono state costruite circa 6 milioni di turbine eoliche multipala. In molte zone rurali, prima della costruzione delle grandi centrali elettriche, la principale fonte di elettricità erano le turbine eoliche.

L'energia delle masse d'aria in movimento è enorme. Le riserve di energia eolica sono più di cento volte maggiori delle riserve idroelettriche di tutti i fiumi del pianeta. I venti soffiano costantemente e ovunque sulla terra: da una leggera brezza che porta una gradita frescura nella calura estiva, a potenti uragani che causano danni e distruzioni incalcolabili. L'oceano d'aria in fondo al quale viviamo è sempre inquieto. I venti che soffiano sulle vaste distese del nostro Paese potrebbero facilmente soddisfare tutto il suo fabbisogno di elettricità! Le condizioni climatiche consentono lo sviluppo dell'energia eolica su un vasto territorio dai nostri confini occidentali fino alle rive dello Yenisei. Le regioni settentrionali del paese lungo la costa del Mar Glaciale Artico sono particolarmente ricche di energia eolica.

Oggi le turbine eoliche generano solo una piccola parte dell’elettricità mondiale. Tecnologia del XX secolo ha aperto opportunità completamente nuove per l’industria dell’energia elettrica. Sono stati realizzati impianti ad alte prestazioni in grado di generare elettricità anche con venti molto leggeri. Sono stati proposti molti progetti di turbine eoliche che sono incomparabilmente più avanzati dei vecchi mulini a vento. Nuovi progetti utilizzano gli ultimi risultati in molti rami delle scienze naturali. Per creare il design perfetto di una ruota eolica, il cuore di ogni impianto eolico, sono coinvolti specialisti dell'aeronautica che sanno selezionare il profilo della pala più appropriato e studiarlo in una galleria del vento. Grazie agli sforzi di scienziati e ingegneri, sono stati creati vari progetti di moderne turbine eoliche.

Si possono fornire esempi di usi insoliti dell'energia. Uno degli inventori americani, osservando come le auto che volavano lungo l'autostrada sollevavano nuvole di polvere lungo i lati e spingevano detriti leggeri lungo la strada, giunse all'idea che fosse possibile utilizzare l'energia del vento generata dal movimento dei veicoli . Ha proposto di costruire turbine eoliche ad asse verticale nella barriera mediana di cemento che corre al centro delle autostrade più trafficate per catturare l’energia dalle auto che sfrecciano in entrambe le direzioni. L'energia generata deve essere immessa nella rete generale oppure essere immagazzinata in batterie e utilizzata per illuminare la strada di notte. Le misurazioni sul lato di un'autostrada trafficata hanno mostrato che il vento artificiale soffia circa 18 ore al giorno velocità media 4,5–5,5 m/s. Questo è più che nel settore dei grandi parchi eolici operanti in California. Ora i ricercatori stanno continuando le misurazioni su diverse strade e stanno per iniziare a testare diversi tipi di turbine eoliche. Un altro esempio. Sulla costa occidentale della Danimarca, vicino alla città di Raisby, è stata costruita una centrale elettrica composta da 40 turbine eoliche. La sua capacità totale è di 24 MW. Le turbine eoliche sono dotate di regolatori elettronici dell'azienda tedesca Siemens, che per la prima volta utilizza tiristori a semiconduttore. Ciò ha permesso di eliminare condensatori e induttanze ingombranti. Il sistema di regolazione garantisce un'erogazione di potenza fluida indipendentemente dalla velocità del vento.

Ogni fonte di energia dovrebbe funzionare laddove offre il massimo rendimento e il massimo beneficio. Al nord abbiamo territori enormi e inaccessibili. È molto difficile produrre energia qui e il suo prezzo è più alto che nel centro del paese. È qui che possono essere utilizzate le turbine eoliche. La velocità del vento sulle coste dei mari e degli oceani è in media superiore a 6 m/s all'anno. Quando una turbina eolica con una capacità di 1 MW funziona per sei mesi, il consumatore di energia può ricevere circa 2,5 milioni di kW, che è abbastanza per fornire calore e luce a un villaggio di 150 edifici residenziali.

Una moderna turbina eolica con una capacità di 1 MW è costituita da una ruota eolica del diametro di 48 m, montata su una torre conica in acciaio alta 40 m, sulla quale si trova un'unità per la trasmissione della potenza dalla ruota eolica al generatore, un sistema di controllo e un meccanismo di frenatura sono montati. La turbina eolica è completamente automatizzata: “cattura il vento” stessa e controlla le condizioni di tutti i componenti e gli assiemi prima dell'avvio. Con una velocità del vento di 3,5–4 m/s si sviluppa una potenza di 40–50 kW, con una velocità di 13,5 m/s – 1000 kW. La durata dell'installazione è di 20-25 anni. Costa circa 1 milione di dollari.

Nel 1998 in Russia esistevano circa una dozzina e mezza di turbine eoliche grandi e circa 100 piccole, mentre all'estero il loro numero totale era di oltre 130mila. Oggi quasi tutti i paesi sviluppati stanno costruendo turbine eoliche. Il piccolo paese della Danimarca è all'avanguardia nella costruzione di turbine eoliche. Circa vent’anni fa fu lei a dare impulso allo sviluppo della moderna energia eolica. In questo Paese operano più di quattromila impianti tra i più efficienti e con le migliori prestazioni al mondo. I danesi hanno costruito fabbriche di turbine eoliche in India, Cina e Stati Uniti. Anche le turbine eoliche vengono prodotte in Russia. In termini di indicatori tecnici, non sono inferiori ai loro analoghi stranieri.

Le turbine eoliche generano vibrazioni e rumore che influiscono negativamente sugli organismi viventi. Pertanto, di solito sono costruiti lontano dalle aree popolate. Le lame metalliche possono interferire con le trasmissioni radiofoniche e televisive. Tuttavia, in generale, l’energia eolica è considerata rispettosa dell’ambiente.

Molti paesi stanno sviluppando attivamente l’energia eolica. Ad esempio, negli ultimi anni la Germania si è avvicinata agli Stati Uniti in termini di produzione di energia eolica e ha raggiunto la Danimarca in termini di numero di aziende produttrici di turbine eoliche. Le turbine eoliche tedesche riempiono il mercato in Brasile, Messico, Cina e altri paesi.

Energia nucleare

Sviluppo dell'energia nucleare

Oggi, circa il 17% della produzione globale di elettricità proviene da centrali nucleari (NPP). In alcuni paesi la sua quota è molto più elevata. Ad esempio, in Svezia costituisce circa la metà di tutta l'elettricità, in Francia circa tre quarti. Recentemente, secondo un programma adottato in Cina, si prevede di aumentare da cinque a sei volte il contributo energetico delle centrali nucleari. Negli Stati Uniti e in Russia le centrali nucleari svolgono un ruolo notevole, anche se non ancora decisivo.

Più di quarant'anni fa, quando la prima centrale nucleare produsse elettricità nell'allora poco conosciuta città di Obninsk, a molti sembrò che l'energia nucleare fosse completamente sicura e rispettosa dell'ambiente. L'incidente in una delle centrali nucleari americane, e poi il disastro di Chernobyl, hanno dimostrato che in realtà l'energia nucleare è irta di grandi pericoli. Le persone sono spaventate. Oggi la resistenza pubblica è tale che la costruzione di nuove centrali nucleari nella maggior parte dei paesi si è praticamente fermata. Le uniche eccezioni sono i paesi dell'Asia orientale: Giappone, Corea, Cina, dove l'energia nucleare continua a svilupparsi.

Gli specialisti che sono ben consapevoli dei punti di forza e di debolezza dei reattori guardano con più calma ai pericoli nucleari. L'esperienza accumulata e le nuove tecnologie consentono di costruire reattori la cui probabilità di andare fuori controllo, sebbene non pari a zero, è estremamente ridotta. Nelle moderne imprese nucleari è assicurato il controllo più rigoroso delle radiazioni nei locali e nei canali dei reattori: tute sostituibili, scarpe speciali, rilevatori automatici di radiazioni che non apriranno mai le porte della camera di equilibrio se hai su di te anche piccole tracce di “sporcizia” radioattiva. Ad esempio, in una centrale nucleare in Svezia, dove i pavimenti in plastica più puliti e la continua purificazione dell’aria in stanze spaziose sembrerebbero escludere anche il pensiero di qualsiasi contaminazione radioattiva evidente.

L’energia nucleare è stata preceduta dai test sulle armi nucleari. Bombe nucleari e termonucleari furono testate sulla terra e nell'atmosfera, le cui esplosioni sconvolsero il mondo. Allo stesso tempo, gli ingegneri stavano anche sviluppando reattori nucleari progettati per produrre energia elettrica. La priorità è stata data alla direzione militare: la produzione di reattori per navi Marina Militare. I dipartimenti militari consideravano particolarmente promettente l'impiego dei reattori sui sottomarini: tali navi avrebbero un raggio d'azione quasi illimitato e potrebbero rimanere sott'acqua per anni. Gli americani concentrarono i loro sforzi sulla creazione di reattori ad acqua pressurizzata, in cui l'acqua ordinaria ("leggera") fungeva da moderatore di neutroni e refrigerante e che avevano un'elevata potenza per unità di massa della centrale elettrica. Sono stati costruiti prototipi terrestri in scala reale di reattori da trasporto, sui quali sono state testate tutte le soluzioni di progettazione e sono stati testati i sistemi di controllo e di sicurezza. A metà degli anni '50 del XX secolo. Il primo sottomarino a propulsione nucleare, il Nautilus, navigò sotto i ghiacci del Mar Glaciale Artico.

Un lavoro simile è stato svolto nel nostro paese, solo che insieme ai reattori ad acqua pressurizzata è stato sviluppato un reattore a canale di grafite (in cui l'acqua fungeva anche da refrigerante e la grafite da moderatore). Tuttavia, rispetto a un reattore ad acqua pressurizzata, il reattore in grafite ha una bassa densità di potenza. Allo stesso tempo, un tale reattore presentava un vantaggio importante: esisteva già una notevole esperienza nella costruzione e nel funzionamento di reattori industriali di grafite, che differiscono dagli impianti di trasporto principalmente per la pressione e la temperatura dell'acqua di raffreddamento. E avere esperienza significava risparmiare tempo e denaro nel lavoro di sviluppo. Durante la creazione di un prototipo a terra di un reattore di grafite per installazioni di trasporto, la sua inutilità è diventata evidente. E poi si è deciso di usarlo per l'energia nucleare. Il 27 giugno 1954 il reattore AM, o meglio il suo turbogeneratore da 5.000 kW, fu collegato alla rete elettrica e il mondo intero apprese che la prima centrale nucleare al mondo, una centrale nucleare, era stata lanciata in URSS.

Insieme ai reattori a canale di grafite nel nostro paese, così come negli Stati Uniti, dalla metà degli anni '50 del 20 ° secolo. anni, si è sviluppata una direzione basata sull'uso di reattori ad acqua pressurizzata (VVER). La loro caratteristica è un enorme corpo con un diametro di 4,5 me un'altezza di 11 m, progettato per l'alta pressione - fino a 160 atm. La produzione e il trasporto di tali involucri al sito della centrale nucleare sono un compito estremamente difficile. Le aziende americane, avendo iniziato lo sviluppo dell'energia nucleare basata sui reattori PWR, costruirono fabbriche sulle rive dei fiumi per la produzione di navi reattore, costruirono chiatte per trasportarle sul sito di costruzione della centrale nucleare e gru con una capacità di sollevamento di 1000 tonnellate. Questo approccio ponderato ha permesso agli Stati Uniti non solo di soddisfare i propri bisogni, ma anche di conquistare il mercato estero per la produzione di energia nucleare negli anni '70. L'URSS non poteva sviluppare così ampiamente e rapidamente la base industriale per le centrali nucleari con reattori VVER: all'inizio, solo un impianto di Izhora poteva produrre un reattore all'anno. Il lancio di Attommash avvenne solo alla fine degli anni '70.

Il reattore RBMK (reattore ad alta potenza, a canale), in cui l'acqua che raffredda gli elementi combustibili è allo stato di ebollizione, è apparso come la fase successiva nello sviluppo sequenziale dei reattori a canale di grafite: un reattore di grafite industriale, un reattore di livello mondiale prima centrale nucleare, reattori della centrale nucleare di Beloyarsk. La centrale nucleare di Leningrado presso RBMK ha mostrato il suo carattere. Nonostante la presenza di un tradizionale sistema di controllo automatico, l'operatore doveva intervenire sempre più spesso nel controllo del reattore man mano che il combustibile bruciava (fino a 200 volte per turno). Ciò era dovuto alla comparsa o all'intensificazione del feedback positivo durante il funzionamento del reattore, che portava allo sviluppo di instabilità per un periodo di 10 minuti. Per il normale funzionamento stabile di qualsiasi dispositivo con feedback positivo, è necessario un sistema di controllo automatico affidabile. Tuttavia, esiste sempre il pericolo di un incidente a causa del guasto di un tale sistema. Il problema dell'instabilità fu riscontrato anche in Canada, quando nel 1971 fu lanciato un reattore a canale con acqua pesante come moderatori di neutroni e acqua leggera bollente come refrigerante. Gli specialisti canadesi hanno deciso di non sfidare il destino e hanno chiuso l'installazione. Un nuovo sistema di controllo automatico adattato all'RBMK è stato sviluppato in tempi relativamente brevi. La sua implementazione ha assicurato una stabilità accettabile del reattore. Nell'URSS è iniziata la costruzione in serie di centrali nucleari con reattori RBMK (tali impianti non sono stati utilizzati in nessuna parte del mondo).

Nonostante l'implementazione nuovo sistema regolamento, rimane una terribile minaccia. Il reattore RBMK è caratterizzato da due stati estremi: in uno di essi i canali del reattore sono riempiti con acqua bollente e nell'altro con vapore. Il coefficiente di moltiplicazione dei neutroni quando riempito con acqua bollente è maggiore rispetto a quando riempito con vapore. In questa condizione si verifica un feedback positivo, in cui un aumento di potenza provoca la comparsa di una quantità aggiuntiva di vapore nei canali, che a sua volta porta ad un aumento del fattore di moltiplicazione dei neutroni, e quindi ad un ulteriore aumento di potenza. Ciò è noto da molto tempo, sin dalla progettazione dell'RBMK. Tuttavia, solo dopo il disastro di Chernobyl, a seguito di un'analisi approfondita, divenne chiaro che era possibile accelerare un reattore utilizzando neutroni rapidi. Alle 1 ora e 23 minuti del 26 aprile 1986 esplose il reattore del 4° blocco della centrale nucleare di Chernobyl. Le sue conseguenze sono terribili.

Quindi è necessario sviluppare l’energia nucleare? La generazione di energia nelle centrali nucleari e negli ACT (impianti di fornitura di calore nucleare) è il modo più rispettoso dell'ambiente di produrre energia. L’energia eolica, solare, termica sotterranea, ecc. non può sostituire immediatamente e rapidamente l’energia nucleare. Secondo le previsioni negli USA all'inizio del 21° secolo. Tutti questi metodi di produzione di energia non rappresenteranno più del 10% dell’energia generata a livello mondiale.

È possibile salvare il nostro pianeta dall’inquinamento causato da milioni di tonnellate di anidride carbonica, ossido di azoto e zolfo, costantemente emessi dalle centrali termoelettriche alimentate a carbone e olio combustibile, e smettere di bruciare enormi quantità di ossigeno solo con l’aiuto di energia nucleare. Ma solo se viene soddisfatta una condizione: Chernobyl non deve ripetersi. Per fare ciò, è necessario creare un reattore energetico assolutamente affidabile. Ma in natura non esiste nulla di assolutamente affidabile; tutti i processi che non contraddicono le leggi della natura si verificano con maggiore o minore probabilità. E gli oppositori dell'energia nucleare sostengono qualcosa del genere: un incidente è improbabile, ma non ci sono garanzie che non accada né oggi né domani. Quando pensi a questo, devi considerare quanto segue. In primo luogo, l'esplosione del reattore RBMK nello stato in cui era operativo prima dell'incidente non è affatto un evento improbabile. In secondo luogo, con questo approccio, dobbiamo tutti vivere nella costante paura che la Terra si scontrerà con un grande asteroide oggi o domani: anche la probabilità di un tale evento non è zero. Sembra che un reattore per il quale la probabilità di un incidente grave è piuttosto bassa possa essere considerato assolutamente sicuro.

L'URSS ha accumulato molti anni di esperienza nella costruzione e nel funzionamento di centrali nucleari con reattori VVER (simili ai PWR americani), sulla base dei quali è possibile creare un reattore energetico più sicuro in un tempo relativamente breve. Tale che in caso di emergenza tutti i frammenti radioattivi di fissione dei nuclei di uranio devono rimanere all'interno del guscio di contenimento.

A causa dell'avvicinarsi della catastrofe ambientale, i paesi sviluppati con grandi popolazioni non potranno fare a meno dell'energia nucleare nel prossimo futuro, anche con alcune riserve di combustibili convenzionali. La modalità di risparmio energetico può solo posticipare il problema per un po', ma non risolverlo. Inoltre, molti esperti ritengono che nelle nostre condizioni non sarà possibile ottenere nemmeno un effetto temporaneo: l'efficienza delle imprese fornitrici di energia dipende dal livello di sviluppo economico. Anche negli Stati Uniti sono trascorsi 20-25 anni dall’introduzione nell’industria delle industrie ad alta intensità energetica.

La pausa forzata che si è creata nello sviluppo dell'energia nucleare dovrebbe essere sfruttata per sviluppare un reattore energetico abbastanza sicuro basato sul reattore VVER, nonché per sviluppare reattori energetici alternativi, la cui sicurezza dovrebbe essere allo stesso livello, e la l’efficienza economica è molto più elevata. Si consiglia di costruire una centrale nucleare dimostrativa con un reattore sotterraneo VVER nella posizione più conveniente per testarne l'efficienza economica e la sicurezza.

Recentemente sono state proposte varie soluzioni progettuali per le centrali nucleari. In particolare, la centrale nucleare compatta è stata sviluppata da specialisti dell'Ufficio di ingegneria marittima “Malachite” di San Pietroburgo. La stazione proposta è destinata alla regione di Kaliningrad, dove il problema delle risorse energetiche è piuttosto acuto. Gli sviluppatori hanno previsto l'uso di refrigerante metallico liquido (una lega di piombo e bismuto) nella centrale nucleare ed escludono la possibilità che si verifichino incidenti pericolosi per le radiazioni, anche durante qualsiasi influenze esterne. La stazione è ecologica ed economicamente efficiente. Si suppone che tutta la sua attrezzatura principale sia collocata in profondità nel sottosuolo, in un tunnel di 20 m di diametro posato tra le rocce, in modo da ridurre al minimo il numero di strutture fuori terra e l'area di terreno alienato. Anche la struttura della centrale nucleare progettata è modulare, il che è molto importante. La capacità di progettazione della centrale nucleare di Kaliningrad è di 220 MW, ma può essere ridotta o aumentata più volte, se necessario, modificando il numero di moduli.

Combustibile nucleare

La reazione a catena della fissione nucleare è accompagnata dal rilascio di un'enorme quantità di energia. Pertanto, quando un nucleo pesante si divide in due frammenti, viene rilasciata energia pari a circa 1,1 MeV per nucleone. I calcoli mostrano che 1 kg di uranio rilascia milioni di volte più energia di 1 kg di carbone. Di conseguenza, il combustibile nucleare è una fonte di energia ad alta intensità energetica. Allo stesso tempo, il ciclo del combustibile nucleare è un processo tecnologico molto complesso (Fig. 9.11).

A differenza dei vettori energetici contenenti carbonio, che vengono utilizzati anche come materie prime per l’industria chimica, il combustibile nucleare è di interesse pratico soprattutto per la produzione di energia elettrica e termica. Enormi opportunità per lo sviluppo dell’energia nucleare si stanno aprendo con la creazione di reattori autofertilizzanti veloci (allevatori), in cui la produzione di energia è accompagnata dalla produzione di combustibile secondario: il plutonio, che risolverà radicalmente il problema della fornitura di combustibile nucleare. Come mostrano le stime, 1 tonnellata di granito contiene circa 3 g di uranio-238 e 12 g di torio-232 (sono utilizzati come materia prima negli allevatori). Con il consumo di energia in MW (due ordini di grandezza superiore a quello attuale), le riserve di uranio e torio nel granito dureranno per 109 anni. Il primo reattore industriale pilota a neutroni veloci con una potenza fino a 350 MW è stato costruito nella città di Shevchenko, sulle rive del Mar Caspio. Produce elettricità e desalinizza l'acqua di mare, fornendo acqua dolce alla città e alla circostante regione produttrice di petrolio con una popolazione di circa 150.000 persone.

Ha un'energia colossale fusione termonucleare. Durante la fusione termonucleare, l'energia rilasciata per nucleone è molto maggiore che nella reazione di fissione dei nuclei pesanti. La fissione del nucleo di uranio 238 rilascia un'energia di circa 0,84 MeV per nucleone e la fusione termonucleare di deuterio e trizio rilascia circa 3,5 MeV. Le reazioni termonucleari forniscono la maggiore produzione di energia per unità di massa di “carburante” rispetto a qualsiasi altra trasformazione. Ad esempio, in termini di capacità energetica, la quantità di deuterio in un bicchiere di acqua naturale equivale a circa 60 litri di benzina. A questo proposito, la prospettiva di implementare la fusione termonucleare controllata è molto allettante.

La difficoltà nell'implementazione pratica della fusione termonucleare controllata sta nel fatto che è possibile solo a una temperatura molto elevata - 107-108 K. A una temperatura così elevata, qualsiasi sostanza sintetizzata si trova allo stato di plasma e le condizioni tecniche si pone il problema di confinare il plasma caldo in un volume limitato.

La prima reazione termonucleare artificiale fu effettuata nell'URSS nel 1953, e poi sei mesi dopo negli Stati Uniti sotto forma di un'esplosione di una bomba all'idrogeno (termonucleare), che rappresentava una reazione di fusione incontrollata. L'esplosivo in una bomba all'idrogeno è una miscela di deuterio e trizio. La miccia in essa contenuta è una normale bomba atomica, la cui esplosione produce una temperatura ultraelevata necessaria per la sintesi di nuclei leggeri.

Negli ultimi decenni gli scienziati di molti paesi hanno lavorato diligentemente per risolvere il problema della fusione termonucleare controllata. Un modo per risolvere questo problema è contenere il plasma caldo in un volume limitato mediante forti campi magnetici. A questo scopo vengono creati reattori termonucleari altamente complessi dal punto di vista tecnico. Uno dei primi reattori di questo tipo, il Tokamak-10, fu assemblato nel 1975. presso l'omonimo Istituto di Energia Atomica. .

La fusione termonucleare controllata dà all'umanità l'accesso a un magazzino inesauribile di energia nucleare contenuta negli elementi leggeri. L'energia può essere estratta dal deuterio contenuto nell'acqua ordinaria. I calcoli mostrano che la quantità di deuterio nell'Oceano Mondiale è di circa 4·1013 tonnellate, che corrisponde ad una riserva energetica di 1017 MW·anno, che può essere considerata praticamente illimitata. Possiamo solo sperare che il problema della fusione termonucleare controllata venga risolto con successo nel prossimo futuro.

Caratteristiche dello sviluppo dell'energia domestica

Volere essere “in testa agli altri” nell’ex Unione Sovietica Attenzione speciale pagato alle centrali elettriche giganti. Costruzione continua 1960–1985 in Siberia, gigantesche centrali idroelettriche con una cessazione quasi completa della costruzione di centrali termiche a condensazione hanno portato a una brutta struttura di capacità. La quota delle centrali idroelettriche supera il 50%, e in relazione al carico massimo annuo – 75%. Di conseguenza, metà della loro potenza (fino a 10 milioni di kW) non viene mai utilizzata: in inverno per mancanza di risorse idriche e in estate per la ridotta domanda di energia. Tipicamente, negli anni in cui non si verifica la siccità, grandi volumi di acqua vengono rilasciati dalle turbine sottoutilizzate. Allo stesso tempo, non dovremmo dimenticare le praterie alluvionali allagate, i pesci distrutti e i villaggi scomparsi. Un buon esempio: nei 5 anni dal 1984 al 1988 l'acqua è stata rilasciata in un volume equivalente a 40 miliardi di kWh. Un quadro diverso, ma altrettanto triste, si osserva negli anni siccitosi. Nel 1982, ad esempio, al termine di un lungo periodo di siccità, le centrali idroelettriche della Siberia fornivano solo il 37,5% della capacità totale invece del consueto 50%, e sebbene le centrali termiche funzionassero alla massima tensione, si arrivò al punto che è stato necessario fermare un certo numero di imprese, comprese le fabbriche di alluminio.

La geografia della parte europea del paese non consente la costruzione di gigantesche centrali idroelettriche, quindi l'accento è stato posto sulle centrali termiche e sulle centrali nucleari (NPP). Sfortunatamente, il nostro Paese ha avviato la costruzione di centrali termoelettriche (TPP) con parametri di vapore supercritici. Ma tali centrali termoelettriche non hanno manovrabilità e, quindi, non sono in grado di fornire il programma richiesto di carichi elettrici. E poiché l'elettricità non può essere immagazzinata in un magazzino e deve essere generata nel momento stesso in cui se ne presenta la necessità, si verificano assurdi controflussi di energia. Circa 5 miliardi di kW all'anno. le ore vengono trasferite dal nord-ovest attraverso il centro del paese agli Urali, al Kazakistan e alla Siberia, dove la propria elettricità costa 2,5-3 volte in meno, e da lì, al contrario, il carburante viene trasportato nella parte europea per il suo produzione.

L’ideologia dei “grandi progetti di costruzione”, sostenuta dalle decisioni del Comitato Centrale del PCUS, si diffuse anche in altri impianti energetici. Negli anni '70 furono creati progetti per complessi energetici superpotenti delle centrali elettriche distrettuali statali (GRES) di Kansk-Achinsk (KATEK) ed Ekibastuz. Secondo le direttive del partito e del governo, entro il 1990 lì dovevano funzionare quattro centrali elettriche distrettuali statali con una capacità totale rispettivamente di 25 e 16 milioni di kW. Ma un simile compito si rivelò irrealistico: nel 1992, a KATEK, a Ekibastuz, funzionavano solo 2 centrali elettriche con una capacità totale di 1,6 milioni di kW - un'unità della centrale elettrica con una capacità di 4 milioni di kW e un'unità a seconda centrale elettrica con una capacità di 500mila kW. L'attenzione verso complessi così grandissimi ha portato alla cessazione della costruzione di centrali idroelettriche disperse di media e bassa potenza. Di conseguenza, la potenza assorbita dalle centrali termoelettriche, che negli anni del dopoguerra era rapidamente aumentata fino a 40 milioni di kW (8 milioni di kW all'anno), nel 9°, 10° e 11° piano quinquennale è diminuita drasticamente a 22 milioni. kW.

I dipartimenti di ricerca e gli istituti accademici lavorarono con una certa parzialità, enormi quantità di denaro furono spese senza discussioni e analisi obiettive e le nomenclature dei partiti scientifici emersero con il monopolio del settore. Di conseguenza, le centrali termoelettriche (il 70% della capacità totale di tutte le centrali elettriche) nei loro indicatori tecnici, economici e ambientali sono nettamente indietro rispetto al livello moderno, quasi la metà di esse necessita di sostituzione o ammodernamento a causa dell'usura fisica. Alcune centrali nucleari non soddisfano gli standard internazionali di sicurezza e affidabilità.

La centralizzazione della fornitura di calore domestico ha raggiunto proporzioni ipertrofiche, che non hanno analoghi nella pratica mondiale: la capacità delle centrali termoelettriche ha superato il milione di kilowatt, ma i diametri delle condutture di calore sono rimasti gli stessi. La lunghezza totale della rete di riscaldamento principale in Russia ha superato i 15.400 km e lo stato della protezione anticorrosione e dell'isolamento termico è generalmente insoddisfacente, il che spiega la breve durata delle condutture, i frequenti incidenti e le grandi perdite di calore.

Nel 1986-1990 L'aumento di potenza delle centrali termoelettriche è ulteriormente sceso a 15,3 milioni di kW, cioè al livello del quinto piano quinquennale, realizzato più di 30 anni fa. Anche la potenza totale messa in servizio è scesa a 27,5 milioni di kW rispetto ai 48,4 del quinquennio precedente, a causa della sospensione della costruzione delle centrali nucleari dopo il disastro di Chernobyl. A proposito, la messa in servizio della capacità nelle centrali termoelettriche negli Stati Uniti ha superato di oltre 2 volte la messa in servizio nell'URSS negli stessi anni.

I fatti di cui sopra significano che l'industria energetica nazionale si trova in uno stato di crisi, dalla quale è possibile uscire solo con la direzione strategica corretta e scientificamente fondata del suo sviluppo.

L'importanza del complesso dei combustibili e dell'energia è stata recentemente avvertita con particolare acutezza. Non appena i prezzi dell'energia sono aumentati, il pane e i trasporti, il riscaldamento degli appartamenti e i metalli, la pulizia delle strade e i pranzi in mensa sono diventati subito più costosi. Non è facile trovare un'attività o un prodotto che non richieda energia. Ma petrolio, gas e carbone, per non parlare dell’elettricità, venivano venduti ai nostri consumatori domestici a prezzi che non potevano essere paragonati a quelli del mercato mondiale.

L’energia a basso costo (più precisamente, il suo prezzo artificialmente basso) ha reso economicamente non redditizie quasi tutte le tecnologie di risparmio energetico. È necessario passare a nuove tecnologie economiche su scala industriale, sostituire le apparecchiature usurate con altre più avanzate, utilizzare materiali di isolamento termico altamente efficienti, ecc. In altre parole, prima di risparmiare, bisogna spendere molto. Che tipo di impresa affronterà tutti questi problemi senza estrema necessità, senza interessi materiali? Di conseguenza, alla fine degli anni ’80, l’intensità energetica della nostra economia era doppia rispetto a quella dei principali paesi dell’Europa occidentale. Ancora oggi, un terzo delle risorse energetiche primarie potrebbe essere ridotto o venduto se utilizzato con giudizio. Solo attraverso una politica coerente di risparmio energetico è possibile il passaggio ad un mercato energetico controllato. Nel prossimo futuro, a questo proposito, bisognerà non tanto costruire quanto ricostruire. Nella fase successiva, verrà risolto il compito della ristrutturazione tecnica e strutturale del complesso di combustibili ed energia e di un radicale aumento della sua efficienza economica. Insieme a questo, particolare attenzione dovrebbe essere prestata allo sviluppo, con la cui implementazione verranno risolti contemporaneamente tutta una serie di problemi.

Energia dell'Oceano Mondiale

È noto che le riserve energetiche nell'oceano mondiale sono colossali. Pertanto, l'energia termica (interna) corrispondente al surriscaldamento delle acque superficiali dell'oceano rispetto alle acque del fondo, diciamo di 20 ° C, è di circa 10 J. L'energia cinetica delle correnti oceaniche è stimata a circa 1018 J. Tuttavia, finora viene utilizzata solo una frazione trascurabile di questa energia, e anche in questo caso a prezzo di investimenti ingenti e lentamente remunerativi. Il settore energetico dell’Oceano Mondiale sembra ancora poco promettente.

Si verifica un esaurimento molto rapido delle riserve di combustibili fossili (soprattutto petrolio e gas), il cui utilizzo è anche associato a un significativo inquinamento ambientale (compreso l’“inquinamento” termico e l’aumento della concentrazione di anidride carbonica atmosferica, che minaccia condizioni climatiche indesiderabili). conseguenze). Inoltre, le riserve limitate di uranio (il cui utilizzo energetico genera anche rifiuti radioattivi pericolosi) e l’incertezza sia sui tempi che sulle conseguenze ambientali dell’uso industriale dell’energia termonucleare stanno costringendo scienziati e ingegneri a prestare sempre maggiore attenzione alla ricerca di fonti di energia innocue, non solo i cambiamenti nel livello dell’acqua nei fiumi, il calore solare, il vento, ma anche l’energia degli oceani.

Un'opportunità inaspettata per l'energia dell'oceano mondiale si è rivelata la coltivazione di alghe giganti a crescita rapida provenienti da zattere nell'oceano, che possono essere facilmente trasformate in metano per la sostituzione energetica del gas naturale. Secondo le stime disponibili, un ettaro di piantagioni di tali alghe è sufficiente per fornire energia completa a ciascun consumatore umano. Molta attenzione è rivolta alla “conversione dell’energia oceanotermica”, ovvero alla generazione di elettricità dalla differenza di temperatura tra le acque oceaniche superficiali e quelle profonde aspirate da una pompa, ad esempio quando si utilizzano liquidi facilmente evaporanti come propano, freon o ammonio in un ambiente chiuso. ciclo della turbina. In una certa misura, le prospettive per ottenere elettricità attraverso la differenza tra acqua salata e acqua dolce, ad esempio mare e fiume, sembrano essere simili, ma per ora probabilmente più distanti. Molta ingegneria è già stata investita in modelli di generatori di elettricità alimentati dalle onde del mare e si sta discutendo le prospettive per centrali elettriche con capacità di molte migliaia di kilowatt. Turbine giganti su correnti oceaniche intense e stabili come la Corrente del Golfo promettono ancora più promesse.

Si presume che alcune delle centrali elettriche oceaniche proposte possano essere implementate e diventare redditizie nel prossimo futuro. Allo stesso tempo, ci si dovrebbe aspettare che l’entusiasmo creativo, l’arte e l’ingegno degli scienziati e degli ingegneri siano in grado di migliorare l’esistente e creare nuovi sviluppi promettenti per l’uso industriale delle risorse energetiche dell’Oceano Mondiale. È probabile che ai tassi attuali progresso scientifico e tecnologico Si prevede che nei prossimi decenni si verificheranno cambiamenti significativi nell’energia oceanica. L'oceano è pieno di energia extraterrestre che arriva dallo spazio. È accessibile e sicuro, non inquina l’ambiente, è inesauribile e gratuito. L'energia del sole proviene dallo spazio. Riscalda l'aria e crea venti che causano onde. L'energia solare riscalda l'oceano, che accumula energia termica e mette in movimento correnti che allo stesso tempo cambiano direzione sotto l'influenza della rotazione terrestre. L'attrazione gravitazionale del sole e della luna fa sì che le maree si alzino e si abbassino. L’oceano non è uno specchio d’acqua piatto e senza vita, ma un’enorme fonte di energia. Le onde vi si infrangono, nascono flussi e riflussi, si sollevano correnti, ecc.

Boe e fari che sfruttano l'energia delle onde punteggiano già le acque costiere del Giappone. Oggi non c’è quasi zona costiera che non abbia un proprio inventore che lavora su un dispositivo che sfrutta l’energia delle onde. Dal 1966, due città francesi hanno fatto affidamento interamente sull’energia delle maree per soddisfare il proprio fabbisogno di elettricità.

Un gruppo di oceanografi ha notato che la Corrente del Golfo scorre vicino alla costa della Florida ad una velocità di 5 miglia all'ora. L’idea di utilizzare questo getto d’acqua calda era molto allettante. È possibile? Le turbine giganti e le eliche sottomarine che ricordano i mulini a vento saranno in grado di generare elettricità estraendo energia dalle correnti e dalle onde? “Possono”: questa è l’opinione degli esperti. Non c'è nulla nel progetto proposto che superi le capacità dell'ingegneria moderna e del pensiero tecnologico. Si prevede addirittura che l'elettricità ottenuta dall'uso dell'energia della Corrente del Golfo possa diventare competitiva nel prossimo futuro.

L'oceano è un ambiente meraviglioso per sostenere la vita, contenente sostanze nutritive, sali e altri minerali. In un ambiente del genere, l'ossigeno disciolto nell'acqua nutre tutti gli animali marini, dalle amebe agli squali. L'anidride carbonica disciolta sostiene in modo simile la vita di tutte le piante marine, dalle diatomee unicellulari alle alghe brune di 60-90 m (200-300 piedi). Il biologo marino deve solo fare un ulteriore passo avanti rispetto alla visione dell’oceano sistema naturale sostenere la vita al tentativo di iniziare a estrarre scientificamente energia da questo sistema. Con il sostegno della Marina americana a metà degli anni '70 del XX secolo. Un team di scienziati oceanici, ingegneri marini e subacquei ha creato il primo parco energetico oceanico al mondo, a 12 metri sotto l'oceano Pacifico illuminato dal sole, vicino a San Clemente. La fattoria era piccola. In sostanza, era solo un esperimento. La fattoria coltivava alghe giganti della California. Secondo gli esperti, fino al 50% della massa di tali alghe può essere convertita in combustibile: gas metano naturale. Le fattorie oceaniche del futuro, che coltivano alghe brune su circa acri di terra, potrebbero fornire energia sufficiente a soddisfare pienamente i bisogni di una città americana con una popolazione di circa 1.000 persone.

C'è un'enorme quantità di sale disciolto nell'oceano. La salinità può essere utilizzata come fonte di energia? Forse. La grande concentrazione di sale nell’oceano ha portato alcuni ricercatori dell’Istituto Oceanografico della California all’idea di creare un impianto per la produzione di grandi quantità di energia. Tale installazione può essere progettata sotto forma di una batteria in cui avrebbe luogo una reazione tra acqua salata e acqua non salata.

Al giorno d’oggi, con l’aumento della necessità di nuovi tipi di carburante, oceanografi, chimici, fisici, ingegneri e tecnologi prestano sempre maggiore attenzione all’oceano come potenziale fonte di energia.

Energia del futuro

Nel corso dell'esistenza della nostra civiltà, le fonti energetiche tradizionali sono state sostituite molte volte con altre nuove e più avanzate. E non perché la vecchia fonte si sia esaurita. Il sole splendeva sempre e riscaldava le persone, eppure un giorno le persone domarono il fuoco e iniziarono a bruciare legna. Poi il legno lasciò il posto al carbone. Le scorte di legname sembravano illimitate, ma i motori a vapore richiedevano un “mangime” più ricco di calorie. Ma questa era solo una tappa. Il carbone perderà presto la sua leadership nel mercato energetico a favore del petrolio. Ed ecco una novità: al giorno d’oggi, i principali tipi di carburante sono ancora il petrolio e il gas. Ma per ogni nuovo metro cubo di gas o tonnellata di petrolio, bisogna andare più a nord o a est, seppellirsi più in profondità nel terreno. A questo proposito, il petrolio e il gas costeranno sempre di più ogni anno.

Sostituzione? Abbiamo bisogno di un nuovo leader energetico. Saranno senza dubbio fonti nucleari. Le riserve di uranio rispetto a quelle di carbone non sembrano essere così grandi. Ma per unità di massa, l’uranio contiene milioni di volte più energia del carbone. E il risultato è questo: quando si genera elettricità in una centrale nucleare, è necessario spendere molto meno denaro e manodopera rispetto a quando si estrae energia dal carbone. E il combustibile nucleare sta sostituendo petrolio e carbone... È sempre stato così: la prossima fonte di energia era più potente.

Alla ricerca dell'energia in eccesso, le persone si immergono sempre più in profondità nel mondo spontaneo dei fenomeni naturali e fino a qualche tempo non pensavano veramente alle conseguenze delle loro azioni e azioni. Tuttavia, i tempi stanno cambiando. Ora, all'inizio del millennio, inizia una nuova fase dell'energia terrena. È apparso un sistema energetico “gentile”, costruito in modo tale che una persona non tagli il ramo su cui si siede, ma si prenda cura della protezione della biosfera già gravemente danneggiata. Indubbiamente, in futuro, insieme allo sviluppo intensivo dell'energia, ci saranno ampi diritti di cittadinanza e una direzione estensiva: fonti energetiche disperse non troppo potenti, ma ad alta efficienza, rispettose dell'ambiente, facili da usare. Un esempio lampante di ciò è il rapido avvio dell'energia elettrochimica, che, a quanto pare, sarà integrata dall'energia solare.

L'energia accumula, assimila e assorbe molto rapidamente tutte le ultime idee, invenzioni e risultati delle scienze naturali. Questo è comprensibile: l'energia è collegata letteralmente a tutto e tutti sono attratti dall'energia e dipendono da essa. Chimica energetica, energia dell'idrogeno, centrali elettriche spaziali, energia sigillata nell'antimateria, quark, "buchi neri", vuoto: queste sono solo le pietre miliari, i tratti, le singole linee più brillanti dello scenario che si sta scrivendo davanti ai nostri occhi e che può essere chiamato il domani dell'energia.

Elenco della letteratura usata

1. Alekseev. Libri di testo per le classi 9, 10–11. – San Pietroburgo: SMIO PRESS, 1999.

2. Dizionario enciclopedico biologico. – M.: Sov. enciclopedia, 1986.

3. Biologia, in 3 voll., Green N, Stout W., Taylor D., M. 1996

4. Dizionario Bykov. –Alma-Ata: Scienza, 1988.

5. Ecologia di Vronskij. Esercitazione. – Rostov sul Don: Phoenix, 1996.

6. Vronskij. Libro di consultazione del dizionario. – M.: Zeus, 1997.

7. Dizionario enciclopedico Dedy. – Chişinău, 1989.

8. , Sidorin. Libro di testo per il 9 ° grado degli istituti di istruzione generale. – M.: Otarda, 1995.

9. Scienze ambientali, 2 volumi Nebel B., M. 1993

10. Odum Yu. Ecologia. Tt. 1–2. – M.: Mir, 1986.

11. Reimers. Libro di consultazione del dizionario. – M.: Mysl, 1990.

12. Filosofia occidentale moderna, dizionario, M. 1991

13. Poi verrà il gentiluomo elettronico, Chirkov Yu., M. 1990

14. Farb P. Ecologia popolare. – M.: Mir, 1971.

15. Dizionario filosofico, M. 1991

16. , Bylova. – M.: Educazione, 1988.

L’energia è un concetto onnicomprensivo perché è presente ovunque. Quando una persona comune menziona questa parola, ciò che molto probabilmente viene in mente è l'elettricità, che viene utilizzata ovunque per illuminare le stanze e far funzionare apparecchiature domestiche e informatiche. Nel frattempo, la scienza considera diverse forme.

Istruzioni

L'energia nella scienza è una quantità fisica, una misura delle diverse forme di movimento e interazione delle forme della materia, la loro transizione da una forma all'altra. A seconda della forma di movimento della materia si distinguono le forme di energia: meccanica, elettromagnetica, chimica, interna, nucleare, ecc. Ma questa divisione è in gran parte arbitraria. In fisica l’utilizzo del concetto di energia è considerato appropriato quando durante il movimento una quantità si conserva, cioè il sistema in esame deve essere omogeneo nel tempo.

L'energia termica è l'energia del movimento caotico delle molecole. Viene convertito in altri tipi di energia con perdite. Elettromagnetico: energia contenuta in un campo magnetico (a seconda della situazione, è anche divisa in elettrica e magnetica). Per gravitazionale intendiamo l'energia potenziale di un sistema di particelle (o corpi) gravitanti l'una verso l'altro. L'energia nucleare (o atomica) è contenuta nei nuclei atomici e viene rilasciata durante le reazioni nucleari. Questa energia viene utilizzata nelle centrali nucleari per produrre calore (che viene utilizzato per fornire riscaldamento ed elettricità), nonché nelle armi nucleari distruttive e nelle bombe all'idrogeno. Nella termodinamica (una branca della fisica) esiste il concetto di energia interna - la somma delle energie dei movimenti termici di una molecola e delle interazioni molecolari. Questo non è un elenco completo delle forme di energia.

Al concetto di energia è associata la teoria della relatività di Einstein, secondo la quale esiste una connessione tra energia e massa. Si esprime nella formula E = mc2: l'energia del sistema (E) è pari alla sua massa (m) moltiplicata per la velocità della luce al quadrato (c2). La massa è solitamente intesa come la massa di un corpo a riposo e l'energia è l'energia interna del sistema.

Esiste una legge di conservazione dell’energia. Sta nel fatto che l'energia non viene da nessuna parte e non scompare da nessuna parte. Passa semplicemente da una forma all'altra.

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