لنتحدث قليلا عن الطاقة. أؤكد لك أنها ستكون مثيرة للاهتمام - خاصة إذا كنت تريد أن تفهم من أين تأتي كل فوائد حضارتنا.
لذا ، لنبدأ:
الإشعاع الشمسي هو المصدر الرئيسي للطاقة على الأرض. تتميز قوتها بثابت شمسي - كمية الطاقة التي تمر عبر منطقة وحدة متعامدة مع أشعة الشمس. على مسافة وحدة فلكية واحدة (أي في مدار الأرض) ، يبلغ هذا الثابت حوالي 1.37 كيلو واط / متر مربع. بالمرور عبر الغلاف الجوي للأرض ، يفقد الإشعاع الشمسي حوالي 370 وات / م² من الطاقة ، ويصل فقط 1000 وات / م² إلى سطح الأرض. هذا لا يزال كمية هائلة من الطاقة!
ولكن دعونا لا نتحدث عن خط الاستواء ، دعونا نرى ما يحدث في موسكو.
● لذا ، فإن متوسط الطاقة الشمسية لموسكو (التشمس) سنويًا هو 297 ميجا جول لكل متر مربع. الحد الأقصى في يونيو هو 615 ، والحد الأدنى في ديسمبر هو 31 (20 مرة أقل!)
● متوسط سرعة الرياح المربعة - 2.5 م / ث (بيانات الطقس)
● متوسط السرعة التربيعية لمياه النهر هو 1 م / ث (بيانات عن الموارد المائية)
الآن ، باستخدام صيغ معروفة ، سنترجم هذه القيم إلى كهرباء.
أين
- متوسط طاقة المصدر (الشمس ، الماء ، الرياح) ،
- كفاءة التركيب (الألواح الشمسية ومولدات الرياح المتوسطة ومحطة توليد الطاقة الكهرومائية على التوالي).
ثم نحصل على:
● صن - 44.55 ميجا جول / م. sq / year (كفاءة التحويل المباشر 15٪ *)
● WIND - 0.07 ميجا جول / م 2 / السنة (كفاءة التحويل من أجل 35٪ *)
● الماء - 2.65 ميجا جول / م 2 / سنة (كفاءة التحويل من أجل 40٪ *)
* تم أخذ بيانات الكفاءة من مصادر مختلفة حسب خصائص المعدات في السوق.تبدو القيم جديرة جداً ، ولكن ، مع ذلك ، من الصعب تقييمها. لنجربها بشكل مختلف.
يبلغ متوسط استهلاك الكهرباء لكل بالغ لتزويده بالطعام والعمل والسكن والراحة وكل ما هو مدرج فيه حوالي 1940 كيلو واط في الساعة من الكهرباء سنويًا (بيانات من إحصاءات استهلاك الطاقة العالمي). ليس من الصعب حساب ذلك حتى نتمكن من العيش بشكل جيد ، نحتاج إلى:
● 13.9 متر مربع الألواح الشمسية (الكفاءة - 15 ٪ ، 2 كيلو واط - 160000r فقط على اللوحة) ، ولكن إذا تذكرت أن التشمس في الشتاء أقل بكثير ، فعندئذ في موسكو سنحتاج إلى 26.6 متر مربع. الألواح الشمسية. ويجب ألا ننسى مشكلة تخزين الطاقة ، وهي مشكلة حادة جدًا أيضًا.
● إذا تحدثنا عن الماء ، فستكون هذه القيمة مماثلة لـ 2800 متر مربع. المقاطع العرضية للنهر (بدون سدود)
● لا أريد التحدث عن WIND - مساحة 11.29 هكتار لطاحونة هوائية!
هذا الحساب تقريبي ، بالطبع هناك حلول أكثر فعالية قليلاً وأقل قليلاً ، ولكن في المتوسط ، فإن صراع مصنعي المصانع يذهب إلى نسب الكفاءة.
ليس من الصعب تخيل مدى صعوبة التحول إلى استخدام مصادر الطاقة البديلة فقط في وسط روسيا. بالنظر إلى هذه الأرقام ، تبدأ في التساؤل عما إذا كانت هناك حاجة للطاقة البديلة على الإطلاق.
مطلوب بالتأكيد! لكن ماذا؟ للقيام بذلك ، عليك أن تفهم بالتفصيل كيفية توزيع الطاقة على سطح الأرض ، وكيف نستخدمها وكيف تتراكم.
لذا ، دعونا ننظر الآن إلى طاقة الشمس من منظور مختلف قليلاً.
تتساقط كمية هائلة من الطاقة على الأرض. يتم توزيعها على النحو التالي:
1. الانعكاس من الجو والغيوم
2. تدفئة الأرض
2.1. تسخين السوشي
2.2. تسخين المياه
3. تبديد الطاقة في الغلاف الجوي العلوي.
ماذا نستخدم:
الطاقة الشمسية من أجل الأول - التحويل المباشر للضوء إلى كهرباء. النقص الرئيسي والواضح هو المساحة الضخمة من الألواح الشمسية. لكن دعنا نصل إلى الأرقام:
● يولد مفاعل نووي متوسط حوالي 1 جيجاوات من الكهرباء. كم عدد الألواح الشمسية التي تحتاجها لتوليد نفس الكمية من الطاقة؟ نحن نترجم الطاقة إلى طاقة ، بحيث تكون واضحة. 1 جيجاوات هي 86400 جيجا جول من الطاقة في اليوم أو 31536000 جيجا جول في السنة.
● سنقوم بتركيب الألواح في تشيتا المشمسة (المدينة المشمسة في روسيا) ، إجمالي التشمس في تشيتا لهذا العام هو -4363 ميجا جول. اتضح أنك بحاجة إلى تثبيت (بكفاءة 20 ٪) 36 كيلومترًا مربعًا من الألواح.
● لكي تتخلى روسيا عن الطاقة النووية ، ستستغرق حوالي 1152 كيلومتر مربع. الألواح الشمسية أو حوالي 11 تريليون روبل (فقط على اللوحة). أوافق كثيرا. هناك نقطة أخرى - ماذا سيحدث لهذه 1،152 كيلومتر مربع من المنطقة؟ ما هي البصمة البيئية لعدد مماثل من اللوحات. ولا تنس أنهم سيخسرون 30٪ من قدرتهم خلال 15 عامًا.
الطاقة الشمسية الثانية - تُستخدم في كل مكان - إنها محطة طاقة كهرومائية. على سبيل المثال تبخر الشمس الماء - أبعد من النهر - إلى أبعد من محطة الطاقة الكهرومائية. كل شيء واضح هنا: من أجل تركيز الطاقة إلى أقصى حد ممكن ، يتم بناء السدود العالية التي تخل بالتوازن المائي وتغمر الأراضي وتزعج النظم البيئية.
الطاقة الشمسية للنظام الثالث - تسخن الشمس سطح الكوكب - ينقل السطح الحرارة إلى الهواء - الهواء إلى محطات طاقة الرياح (توربينات الرياح). ليس من الصعب التكهن بأن مثل هذا العدد من الوسطاء ينشرون طاقة الشمس أكثر. وليس في العديد من الأماكن على الأرض ، فهو مركز بما يكفي للقبض عليه. ونتائج استخدام توربينات الرياح لا تزال هي نفسها - انتهاك النظم البيئية ، والموجات فوق الصوتية ، وما إلى ذلك.
على سبيل المثال اتضح أن الطاقة في الطبيعة مشتتة للغاية. يبدو أن هناك الكثير منه (مثل الألومنيوم) ، ولكن ليس من السهل الحصول عليه. وبمجرد أن يحاول الشخص تركيز الطاقة ، فإنه ينتهك الحالة الطبيعية للطبيعة ، مما يؤدي إلى الكوارث البيئية.
وبالتالي ، حتى استخدام مصادر الطاقة البديلة سيؤدي إلى تعطيل النظم البيئية المحلية ، ونتيجة لذلك ، إلى تعطيل النظم البيئية العالمية. حتى الطاقة البديلة غير طبيعية للطبيعة ، لأنها تتعامل مع نفس الشيء مثل الأنواع الأخرى من الطاقة ، وتخلق تركيزًا محليًا ، وبالتالي زيادة الحمل على النظام البيئي. إذن ما العمل؟ العودة إلى العصر الحجري؟
دعونا نحاول معرفة سبب حاجتنا للطاقة.
تختلف احتياجات جميع الناس. بعضها راضٍ قليلًا والبعض الآخر يتوق إلى الترف. لكن الإنسان ، باعتباره نوعًا بيولوجيًا ، يخضع عمومًا لجميع قوانين البيئة. والفرق الوحيد هو أن شريط البقاء لدينا منتشر بشكل كبير. هذا الانتثار يرجع إلى حقيقة أننا قادرون على إنتاج واستغلال الطاقة. كيف تعرف الطاقة حياتنا؟
لنفترض أن مستوى احتياجاتنا من الطاقة يمكن قياسه بسهولة. وكدليل ، نأخذ سلة المستهلك الروسية ونترجم كل ما هو متضمن فيها (الحرارة والكهرباء والغذاء والنقل) إلى طاقة. دعونا نطلق عليه اسم N. لذلك ، إذا بدأنا فجأة في تناول الأطعمة النباتية الحصرية التي نزرعها بأنفسنا ، ولا نذهب إلى أي مكان ، ولا نستخدم التكنولوجيا الحديثة ونعيش بشكل عام حياة قرية روسية في القرن السادس عشر ، فسوف ننفق حوالي 0.05N. وإذا قررنا أن نأكل الكركند ، ونطير على متن طائرة ، ونعيش في منزل أنيق - سيكلفنا 10-100 نيوتن.
كل شيء جديد يحيط بنا ، كل وسائل الترفيه ويوم عمل لمدة 8 ساعات - كل هذا أصبح ممكنًا فقط بسبب وفرة الطاقة. في الطبيعة ، هناك قانون عالمي: "إذا تم توفير الطاقة لنظام مغلق ، يصبح هيكل النظام أكثر تعقيدًا ، وتهبط درجة الفوضى (الكون)." كل الحضارة الإنسانية هي دليل على ذلك.
صحيح ، لقد أفسدنا القانون إلى حد ما من خلال إنشاء ما يعادل الطاقة - المال. ومن قال أن الأوراق النقدية لم يتم تأكيدها ، فقد تم تأكيدها بالطاقة. أي أن حجر الزاوية لمستوى المعيشة (الأمن) للبشرية هو استخراج الطاقة وتوزيعها. يتم تنظيم تدفقات الطاقة على حساب السوق - أي ما يعادل نظام الطاقة الحضارية.
هذا هو السبب في أن مصادر الطاقة الفردية ضارة للغاية من وجهة نظر سياسية. ولكن هناك حاجة لهم. فكيف تحصل على الطاقة لنفسك؟
لذلك ، بناءً على قوانين علماء البيئة وتوزيع الطاقة في النظم البيئية ، يمكن استخلاص الاستنتاجات التالية:
1. يعتمد تنوع الأنواع وتطور النظام البيئي بشكل مباشر على مدخلات الطاقة ، ولكن وفقًا لقانون الحد الأدنى فقد لا يكون عاملاً مقيدًا في تطوير النظم البيئية. على سبيل المثال النظام البيئي قادر على أخذ الكثير من الطاقة مثل الظروف الأخرى التي تسمح له بذلك. مثال جيد هو المجال - بالنسبة للحقل ، فإن القيد هو وجود العناصر النزرة في التربة ، لذلك فإن الأسمدة أو تركيبة الأنواع الصحيحة تزيد بشكل كبير من الكتلة الحيوية.
2. يمكن لأي شخص استخراج جزء من الطاقة من النظام البيئي دون الإضرار بها.
3- إن أكثر ما يضر بالنظام الإيكولوجي هو انخفاض تكوين الأنواع ، لأن ذلك يؤدي إلى فقدان الاستقرار.
وهكذا ، فإن مهمة الإنسان هي واحدة - لا تضر. على سبيل المثال يمكنك استخدام فقط لا ينتهك الطاقة والمعلومات والتوازن المادي للأنظمة البيئية. هذه استنتاجات عامة للغاية. نعود الآن إلى الطاقة.
يستهلك الروس حوالي 5000 كجم من النفط المكافئ للطاقة. إذا كنت تعتمد على الكتلة الحيوية (متوسط القيمة 10 ميجا جول مقابل 41 ميجا جول للزيت) ، فستحصل على 20500 كجم. هل هو كثير أم قليل؟ وفقًا للإحصاءات ، يجمعون في الممر الأوسط (إذا تمت زراعته خصيصًا ، على سبيل المثال الشجيرات) ، حوالي 5000-7000 كجم / هكتار من الكتلة الحيوية. وبالتالي ، يحتاج الشخص إلى 3-4 هكتارات من المساحة. أو (بالنظر إلى أننا 143 مليونًا). نحتاج إلى 572 مليون هكتار ، أو 5720000 كيلومتر مربع. أو 33٪ من الأراضي. من الواضح تماما أن هذا ليس خيارا. ومع ذلك ، إذا كنت تفكر قليلاً ، فليس كل شيء حزينًا جدًا:
1. خسائر الطاقة تمثل 11.5٪
2.19٪ من الطاقة تأتي من محطات الطاقة الكهرومائية
3. 15٪ من الطاقة المنتجة من محطات الطاقة النووية
4. 20٪ من الطاقة يتم إنفاقها بشكل غير فعال (لتدفئة المباني ذات الحماية الحرارية الضعيفة ، الإضاءة ، إلخ.)
على سبيل المثال هذه بالفعل 15٪ من المساحة. ولكن ، مع ذلك ، لن نذهب إلى أقصى الحدود ونترك فقط ما ينفقه الشخص (النقل والغذاء والإسكان) - وهذا يمثل 20-25 ٪ فقط من إجمالي استهلاك الطاقة. على سبيل المثال 10٪ من الأراضي تكفي لنا لتخزين طاقة الشمس في الكتلة الخضراء. في نفس الوقت ، من الواضح تمامًا أنه من الغباء بناء محطة طاقة تعمل بالحطب. ولكن ماذا لو قمت بعمل تركيب صغير يعمل على الخشب ويعطي الحرارة والضوء؟
لماذا كل هذا؟ للعيش بانسجام مع الكوكب نحتاج:
1. استخدم فقط الطاقة التي يتم تخزينها كل عام في الكتلة الحيوية ، ولا تستخدم الطاقة المخزنة منذ ملايين السنين (النفط والغاز والفحم).
2. استخدم فقط تلك الكتلة الحيوية التي يمكن تنفيذها كجزء من زيادة إنتاجية النظام البيئي (الري بالتنقيط في الصحراء ، واستخدام الأسمدة الرماد المتطاير - الحفاظ على المعادن النزرة ، وما إلى ذلك).
3. تعزيز تطوير النظم البيئية لزيادة إنتاجيتها.
4. استخدم مصادر الطاقة البديلة حيث تكون أكثر فاعلية ولكنها لا تضر بالنظم البيئية.
5. انتظر حتى يتم حل مشكلة الاندماج النووي الحراري.
وإذا كان عمليًا تمامًا: متوسط إنتاجية القمح في الكتلة الحيوية فوق الأرض: 13000 كجم ، أي هكتارين يكفيان لتزويد أنفسنا بالحرارة والكهرباء ، علينا فقط أن نعمل بجد لجمع هذه البضاعة ، ثم نتذكر إعادة الرماد إلى الطبيعة.
بالطبع ، هذا ليس حلاً لمشاكل صناعة الطاقة بأكملها ككل ، ولكن الموقف الصحيح تجاه المادة البيولوجية ، كبطارية عالمية ومصدر طاقة ، يمكّن الشخص ليس فقط من إنفاق ما تم تخزينه لسنوات ، ولكن أيضًا على زراعة وتقوية ما يتم تقديمه الآن.