Водяной теплый пол в бане своими руками монтаж и укладка: Теплый пол в бане под плитку, какой лучше: электрический или водяной, монтаж

Энергоснабжение, мир, совокупные ресурсы, с помощью которых страны мира пытаются удовлетворить свои потребности в энергии.Энергия — основа индустриальной цивилизации; без энергии современная жизнь перестала бы существовать. В 1970-е годы мир начал болезненную адаптацию к уязвимости энергоснабжения. В долгосрочной перспективе сохранение энергоресурсов может дать время, необходимое для разработки новых источников энергии, таких как водородные топливные элементы, или для дальнейшего развития альтернативных источников энергии, таких как солнечная энергия и энергия ветра. Однако пока это происходит, мир будет по-прежнему уязвим для перебоев с поставками нефти, которая после Второй мировой войны (1939-1945 гг.) Стала самым популярным источником энергии.

Древесина была первым и на протяжении большей части истории человечества основным источником энергии. Он был легко доступен, потому что во многих частях мира росли обширные леса, а количество дров, необходимых для отопления и приготовления пищи, было относительно скромным. Некоторые другие источники энергии, обнаруженные только в определенных местах, также использовались в древние времена: асфальт, уголь и торф из поверхностных отложений и нефть из просачиваемых подземных отложений.

Ситуация изменилась, когда в средние века дерево стало использоваться для производства древесного угля. Древесный уголь нагревали с металлической рудой, чтобы разрушить химические соединения и освободить металл. Поскольку леса вырубались, а запасы древесины истощались с началом промышленной революции в середине 18 века, древесный уголь был заменен коксом (полученным из угля) при восстановлении руды. Уголь, который также начал использоваться для привода паровых двигателей, стал доминирующим источником энергии в ходе промышленной революции.

Хотя на протяжении веков нефть (также известная как сырая нефть) использовалась в небольших количествах для таких разнообразных целей, как медицина и уплотнение судов, современная нефтяная эра началась, когда в 1859 году в Пенсильвании была введена в эксплуатацию коммерческая скважина. Нефтяная промышленность в Соединенных Штатах быстро расширилась, поскольку возникли нефтеперерабатывающие заводы, производящие нефтепродукты из сырой нефти.Вскоре нефтяные компании начали экспортировать свой основной продукт — керосин, используемый для освещения, во все регионы мира. Развитие двигателя внутреннего сгорания и автомобиля в конце 19 века создало новый огромный рынок для другого важного продукта — бензина. Третий крупный продукт, тяжелая нефть, стал заменять уголь на некоторых энергетических рынках после Второй мировой войны.

Крупные нефтяные компании, базирующиеся в основном в Соединенных Штатах, первоначально обнаружили крупные запасы нефти в Соединенных Штатах.В результате нефтяные компании из других стран, особенно из Великобритании, Нидерландов и Франции, начали искать нефть во многих частях мира, особенно на Ближнем Востоке. Англичане ввели в эксплуатацию первое месторождение там (в Иране) незадолго до Первой мировой войны (1914-1918). Во время Первой мировой войны нефтяная промышленность США производила две трети мировых поставок нефти из внутренних источников и импортировала еще одну шестую из Мексики. Однако в конце войны и до открытия продуктивных месторождений в Восточном Техасе в 1930 году Соединенные Штаты, чьи запасы были истощены войной, на несколько лет стали нетто-импортером нефти.

В течение следующих трех десятилетий при периодической федеральной поддержке нефтяные компании США добились огромных успехов в расширении своей деятельности в остальном мире. К 1955 году пять крупных нефтяных компаний США производили две трети нефти для мирового нефтяного рынка (не включая Северную Америку и советский блок). Две британские компании производили почти одну треть мировых запасов нефти, а французы — лишь одну пятидесятую. Следующие 15 лет были периодом безмятежности для энергоснабжения.Семь крупных нефтяных компаний США и Великобритании поставляли в мир все большее количество дешевой нефти. Мировая цена составляла около доллара за баррель, и в это время Соединенные Штаты были в значительной степени самодостаточными, а их импорт ограничивался квотой.

Две серии событий совпали, превратив эти надежные поставки дешевой нефти в ненадежные поставки дорогой нефти. В 1960 году, разгневанные односторонним снижением цен на нефть семью крупными нефтяными компаниями, правительства основных стран-экспортеров нефти образовали Организацию стран-экспортеров нефти (ОПЕК).Целью ОПЕК было предотвратить дальнейшее снижение цен, которые страны-члены Венесуэла и четыре страны Персидского залива получали за нефть. Им это удалось, но в течение десяти лет они не могли поднять цены. Между тем, рост потребления нефти во всем мире, особенно в Европе и Японии, где нефть вытеснил уголь в качестве основного источника энергии, вызвал колоссальный рост спроса на нефтепродукты.

1973 год положил конец эре безопасной и дешевой нефти.В октябре в результате арабо-израильской войны арабские нефтедобывающие страны сократили добычу нефти и наложили эмбарго на поставки нефти в США и Нидерланды. Хотя арабские сокращения привели к потере менее 7 процентов мировых поставок, они вызвали панику со стороны нефтяных компаний, потребителей, торговцев нефтью и некоторых правительств. Бурные торги на сырую нефть начались, когда несколько стран-производителей начали продавать часть своей нефти с аукциона. Эти торги побудили страны ОПЕК, которых сейчас насчитывается 13, поднять цены на всю свою сырую нефть до уровня в восемь раз выше, чем несколько лет назад.Мировая нефтяная сцена постепенно успокоилась, поскольку мировой экономический спад, частично вызванный повышением цен на нефть, снизил спрос на нефть. Тем временем правительства большинства стран ОПЕК взяли на себя владение нефтяными месторождениями в своих странах.

В 1978 году начался второй нефтяной кризис, когда в результате революции, которая в конечном итоге свергнула иранского шаха с трона, иранская добыча нефти и экспорт резко упали. Поскольку Иран был крупным экспортером, потребители снова запаниковали.Воспроизведение событий 1973 года вместе с дикими торгами снова привело к росту цен на нефть в 1979 году. Начало войны между Ираном и Ираком в 1980 году дало дальнейший толчок ценам на нефть. К концу 1980 года цена на сырую нефть в 19 раз превышала цену всего десятью годами ранее.

Очень высокие цены на нефть снова способствовали мировой рецессии и дали большой толчок энергосбережению. Когда спрос на нефть снизился, а предложение увеличилось, мировой рынок нефти резко упал. Значительное увеличение поставок нефти из стран, не входящих в ОПЕК, например в Северное море, Мексику, Бразилию, Египет, Китай и Индию, привело к еще большему снижению цен на нефть.К 1989 году добыча в Советском Союзе достигла 11,42 миллиона баррелей в день, что составляет 19,2 процента мировой добычи в том году.

Несмотря на низкие мировые цены на нефть, которые преобладали с 1986 года, беспокойство по поводу сбоев по-прежнему оставалось основным направлением энергетической политики в промышленно развитых странах. Кратковременное повышение цен после вторжения Ирака в Кувейт в 1990 году усилило эту озабоченность. Благодаря своим огромным запасам Ближний Восток останется основным источником нефти в обозримом будущем.Однако новые открытия в регионе Каспийского моря позволяют предположить, что такие страны, как Казахстан, могут стать основными источниками нефти в 21 веке.

В 1990-е годы добыча нефти странами, не входящими в ОПЕК, оставалась высокой, а добыча странами ОПЕК восстановилась. В результате в конце 20-го века мировой профицит нефти и цены (с поправкой на инфляцию) были ниже, чем в 1972 году.

Эксперты не уверены в будущих поставках и ценах на нефть. Низкие цены стимулировали рост потребления нефти, и эксперты задаются вопросом, как долго мировые запасы нефти смогут поддерживать растущий спрос.Многие ведущие мировые геологи-нефтяники считают, что мировые поставки нефти достигнут пика примерно в 80 миллионов баррелей в день в период с 2010 по 2020 год (в 1998 году мировое потребление составляло примерно 70 миллионов баррелей в день). С другой стороны, многие экономисты считают, что даже скромно. более высокие цены на нефть могут привести к увеличению предложения, поскольку у нефтяных компаний появится экономический стимул к разработке менее доступных нефтяных месторождений.

Природный газ может все шире использоваться вместо нефти в таких сферах, как производство электроэнергии и транспорт.Одна из причин заключается в том, что мировые запасы природного газа с 1976 года увеличились вдвое, отчасти из-за открытия крупных залежей природного газа в России и на Ближнем Востоке. Строятся новые объекты и трубопроводы, которые помогут перерабатывать и транспортировать этот природный газ от добывающих скважин к потребителям.

Нефть (сырая нефть) и природный газ находятся в промышленных количествах в осадочных бассейнах более чем 50 стран во всех частях мира.Самые большие месторождения находятся на Ближнем Востоке, где сосредоточено более половины известных запасов нефти и почти треть известных запасов природного газа. Соединенные Штаты содержат только около 2 процентов известных запасов нефти и 3 процента известных запасов природного газа.

Геологи и другие ученые разработали методы, указывающие на возможность обнаружения нефти или газа глубоко под землей. Эти методы включают аэрофотосъемку особых элементов поверхности, рассылку ударных волн через землю и их отражение в инструменты, а также измерение силы тяжести и магнитного поля Земли с помощью чувствительных измерителей.Тем не менее, единственный способ найти нефть или газ — это просверлить отверстие в резервуаре. В некоторых случаях нефтяные компании тратят многие миллионы долларов на бурение в перспективных районах только для того, чтобы найти сухие скважины. Долгое время большинство скважин пробурили на суше, но после Второй мировой войны бурение началось на мелководье с платформ, поддерживаемых опорами, которые опирались на морское дно. Позже были разработаны плавучие платформы, которые могли бурить на глубине 1000 м (3300 футов) и более. Крупные нефтяные и газовые месторождения были обнаружены на шельфе: в Соединенных Штатах, в основном у побережья Мексиканского залива; в Европе, прежде всего в Северном море; в России — в Баренцевом и Карском морях; и у берегов Ньюфаундленда и Бразилии.Большинство крупных находок в будущем может быть на шельфе.

Поскольку сырая нефть или природный газ добываются на нефтяном или газовом месторождении, давление в пласте, которое выталкивает материал на поверхность, постепенно снижается. В конце концов давление упадет настолько, что оставшаяся нефть или газ не переместятся через пористую породу в скважину. Когда эта точка будет достигнута, большая часть газа на газовом месторождении будет добыта, но будет извлечено менее одной трети нефти. Часть оставшейся нефти можно извлечь, используя воду или углекислый газ для проталкивания нефти в скважину, но даже в этом случае от четверти до половины нефти обычно остается в пласте.Пытаясь извлечь эту оставшуюся нефть, нефтяные компании начали использовать химические вещества, чтобы протолкнуть нефть в скважину, или использовать огонь или пар в пласте, чтобы облегчить течение нефти. Новые методы, которые позволяют операторам бурить как горизонтально, так и вертикально, в очень глубокие структуры, резко снизили стоимость поиска запасов природного газа и нефти.

Сырая нефть транспортируется на нефтеперерабатывающие заводы по трубопроводам, баржам или гигантским океанским танкерам. Нефтеперерабатывающие заводы содержат ряд технологических установок, которые разделяют различные составляющие сырой нефти, нагревая их до разных температур, химически модифицируя их, а затем смешивая для получения конечных продуктов.Этими конечными продуктами являются, в основном, бензин, керосин, дизельное топливо, топливо для реактивных двигателей, мазут для дома, мазут, смазочные материалы и сырье или исходные материалы для нефтехимии.

Природный газ транспортируется, обычно по трубопроводам, потребителям, которые сжигают его в качестве топлива или, в некоторых случаях, производят нефтехимические продукты из химикатов, извлеченных или очищенных от него. Природный газ можно сжижать при очень низких температурах и перевозить на специальных судах. Этот метод намного дороже, чем транспортировка нефти танкером.Нефть и природный газ конкурируют на нескольких рынках, особенно в производстве тепла для домов, офисов, фабрик и производственных процессов.

На первых порах нефтяная промышленность вызывала значительное загрязнение окружающей среды. Однако с годами, под двойным влиянием усовершенствованных технологий и более строгих правил, он стал намного чище. Стоки с нефтеперерабатывающих заводов значительно сократились, и, хотя выбросы из скважин все еще происходят, новые технологии, как правило, делают их относительно редкими.С другой стороны, следить за океаном намного сложнее. Морские суда по-прежнему являются основным источником разливов нефти. В 1990 году Конгресс США принял закон, требующий, чтобы к концу десятилетия танкеры имели двойной корпус.

Еще одним источником загрязнения, связанным с нефтяной промышленностью, является сера в сырой нефти. Постановления национальных и местных органов власти ограничивают количество диоксида серы, которое может сбрасываться предприятиями и коммунальными предприятиями, сжигающими мазут.Однако, поскольку удаление серы является дорогостоящим процессом, правила по-прежнему позволяют выбрасывать некоторое количество диоксида серы в воздух.

Многие ученые считают, что еще одна потенциальная экологическая проблема, связанная с переработкой и сжиганием большого количества нефти и других ископаемых видов топлива (таких как уголь и природный газ), возникает, когда диоксид углерода (побочный продукт сжигания ископаемого топлива), метан (который существует в природном газе и также является побочным продуктом переработки нефти), а другие побочные газы накапливаются в атмосфере.Эти газы известны как парниковые газы, потому что они улавливают часть энергии Солнца, которая проникает в атмосферу Земли. Эта энергия, заключенная в виде тепла, поддерживает температуру Земли, благоприятную для жизни. Определенное количество парниковых газов естественным образом присутствует в атмосфере. Однако огромное количество нефти, угля и других ископаемых видов топлива, сожженных во время быстрой индустриализации мира за последние 200 лет, является источником более высоких уровней двуокиси углерода в атмосфере.За этот период эти уровни увеличились примерно на 28 процентов. Это увеличение содержания углекислого газа в атмосфере в сочетании с продолжающейся потерей мировых лесов (которые поглощают углекислый газ) побудило многих ученых предсказать повышение глобальной температуры. Это повышение глобальной температуры может нарушить погодные условия, нарушить океанские течения, привести к более сильным штормам и создать другие экологические проблемы. В 1992 году представители более 150 стран собрались в Рио-де-Жанейро, Бразилия, и пришли к согласию о необходимости сокращения мировых выбросов парниковых газов.В 1997 году всемирные делегации снова собрались, на этот раз в Киото, Япония. Во время встречи в Киото представители 160 стран подписали соглашение, известное как Протокол Киото, согласно которому 38 промышленно развитых стран должны будут ограничить выбросы парниковых газов до уровней, которые в среднем на 5 процентов ниже уровней выбросов 1990 года. выбросы ископаемого топлива для достижения этих уровней, промышленно развитые страны должны будут изменить структуру своей энергетики в сторону источников энергии, которые не производят столько углекислого газа, таких как природный газ, или на альтернативные источники энергии, такие как гидроэлектроэнергия, солнечная энергия, энергия ветра или ядерная энергия.В то время как правительства некоторых промышленно развитых стран ратифицировали Киотский протокол, другие нет, в том числе и США.

Горючие сланцы, залежи тяжелой нефти и битуминозные пески являются наиболее распространенными формами нефти в мире. Запасы этих источников во много раз превышают общие известные мировые запасы сырой нефти. Однако из-за высокой стоимости преобразования сланцевого масла и битуминозных песков в пригодные для использования нефтепродукты лишь небольшой процент доступного материала перерабатывается в промышленных масштабах.Промышленность по производству нефтепродуктов из битуминозных песков была создана в Канаде, и Венесуэла изучает перспективы разработки огромных запасов битуминозных песков в бассейне реки Ориноко. Тем не менее, количество нефтепродуктов, произведенных из этих двух видов сырья, невелико по сравнению с общим объемом добычи традиционной сырой нефти. До тех пор, пока мировые цены на нефть не вырастут, количество нефти, добываемой из горючего сланца и битуминозных песков, вероятно, останется небольшим по сравнению с добычей традиционной сырой нефти.

Уголь — это общий термин, обозначающий широкий спектр твердых материалов с высоким содержанием углерода. Большая часть угля сжигается электроэнергетическими компаниями для производства пара для работы своих генераторов. Некоторое количество угля используется на заводах для обогрева зданий и производственных процессов. Особый высококачественный уголь превращается в металлургический кокс для производства стали.

Мировые запасы угля огромны. Количество угля (измеряемое по содержанию энергии), которое технически и экономически может быть извлечено в нынешних условиях, в пять раз превышает запасы сырой нефти.Всего четыре региона содержат три четверти мировых извлекаемых запасов угля: Соединенные Штаты — 24 процента; страны бывшего Советского Союза — 24%; Китай — 11 процентов; и Западная Европа — 10 процентов.

В промышленно развитых странах большее удобство и более низкая стоимость нефти и газа в начале 20 века фактически вытеснили уголь с рынка для отопления домов и офисов, а также для движения локомотивов. Нефть и газ также сильно сказались на промышленном рынке угля.Только расширяющийся рынок коммунальных услуг позволил добыче угля в Соединенных Штатах, например, оставаться относительно постоянным в период с 1948 по 1973 год. Даже на рынке коммунальных услуг, поскольку нефть и газ захватили большую долю, доля угля в общей энергетической картине резко снизилась в США. США, например, с половины до менее чем одной пятой. Однако резкий скачок цен на нефть после 1973 года дал углю значительное преимущество в стоимости для коммунальных предприятий и крупных промышленных потребителей, и уголь начал возвращать себе некоторые из потерянных рынков.В отличие от промышленно развитых стран, развивающиеся страны, располагающие большими запасами угля (например, Китай и Индия), продолжают использовать уголь в промышленных и отопительных целях.

Средняя цена на уголь практически не изменилась с начала 1980-х годов и, согласно прогнозам, снизится в начале XXI века. Однако в промышленно развитых странах необходимость соблюдения более строгих экологических норм сделала сжигание угля более дорогостоящим.

Несмотря на относительную дешевизну и огромные запасы угля, рост его использования с 1973 года был намного меньше, чем ожидалось, потому что уголь связан с гораздо большим количеством экологических проблем, чем нефть.Подземная добыча полезных ископаемых может привести к заболеванию черных легких у горняков, опусканию земли из-за шахт и утечке кислоты в грунтовые воды. Открытые горные работы требуют тщательной рекультивации, иначе невосстановленные земли останутся покрытыми шрамами и непродуктивными. Кроме того, сжигание угля вызывает выбросы частиц диоксида серы, оксида азота и других примесей. Кислотные дожди и другие формы осадков с относительно высокой кислотностью, наносящие ущерб озерам и некоторым лесам во многих регионах, как полагают, частично вызваны такими выбросами ( см. Загрязнение воздуха).Закон США о чистом воздухе 1970 г. (пересмотренный в 1970 и 1990 гг.) Обеспечивает федеральную правовую основу для контроля за загрязнением воздуха. Это законодательство значительно сократило выбросы оксидов серы, известных как кислые газы. Например, Закон о чистом воздухе требует, чтобы такие объекты, как угольные электростанции, сжигали уголь с низким содержанием серы. В 1990-х годах озабоченность по поводу возможного потепления на планете в результате парникового эффекта заставила многие правительства задуматься над политикой сокращения выбросов углекислого газа, образующихся при сжигании угля, нефти и природного газа.Во время быстрой индустриализации мира в XIX и XX веках уровни углекислого газа в атмосфере увеличились примерно на 28 процентов по сравнению с доиндустриальными уровнями.

Решение этих проблем стоит дорого, и вопрос о том, кто должен платить, остается спорным. В результате потребление угля может продолжать расти медленнее, чем можно было бы ожидать. Однако огромные запасы угля, усовершенствованные технологии для снижения загрязнения и дальнейшее развитие газификации угля ( см. Газы, топливо) по-прежнему указывают на то, что рынок угля в ближайшие годы увеличится.

Синтетическое топливо не встречается в природе, но производится из природных материалов. Бензохол, например, представляет собой смесь бензина и спирта, изготовленную из сахаров, производимых живыми растениями. Хотя производство различных видов топлива из угля возможно, крупномасштабное производство топлива из угля, вероятно, будет ограничено высокими затратами и проблемами загрязнения, некоторые из которых еще не известны. Производство спиртового топлива в больших количествах, скорее всего, будет ограничено регионами, такими как части Бразилии, где сочетание дешевой рабочей силы и земли, а также продолжительный вегетационный период делают его экономичным.Таким образом, синтетическое топливо вряд ли в ближайшее время внесет важный вклад в мировое энергоснабжение.

Ядерная энергия образуется при расщеплении или делении атомов урана или более тяжелых элементов. В процессе деления выделяется тепло, которое используется для производства пара для привода турбины для выработки электроэнергии. Эксплуатация ядерного реактора и связанного с ним оборудования для выработки электроэнергии — это лишь часть взаимосвязанного комплекса работ. Для обеспечения надежного электроснабжения от ядерного деления требуется добыча, переработка и транспортировка урана; обогащение урана (увеличение процентного содержания изотопа урана U-235) и упаковка его в соответствующую форму; строительство и обслуживание реактора и связанного с ним генерирующего оборудования; и обработка и захоронение отработавшего топлива.Эти действия требуют чрезвычайно сложных и интерактивных производственных процессов и множества специализированных навыков.

Великобритания стала одной из первых в развитии ядерной энергетики. К середине 1950-х годов в этой стране производили электричество несколько ядерных реакторов. Первый ядерный реактор, подключенный к электрической распределительной сети в Соединенных Штатах, начал работу в 1957 году в Шиппорте, штат Пенсильвания. Шесть лет спустя был размещен первый заказ на строительство коммерческой атомной электростанции без прямой субсидии федерального правительства.Этот приказ ознаменовал начало попытки быстро преобразовать мировые системы выработки электроэнергии от зависимости от ископаемого топлива к использованию ядерной энергии. К 1970 году в 15 странах мира действовало 90 атомных электростанций. В 1980 году в 22 странах действовали 253 атомные электростанции. Однако попытка перейти от ископаемого топлива к ядерной энергии не удалась из-за быстрого роста затрат, задержек с соблюдением нормативных требований, снижения спроса на электроэнергию и повышенного внимания к безопасности.

Вопросы о безопасности и экономии ядерной энергии вызвали, пожалуй, самую эмоциональную битву за энергию.По мере того, как в конце 1970-х годов разгорелась борьба, сторонники ядерной энергетики утверждали, что не существует реальной альтернативы усилению зависимости от ядерной энергетики. Они признали, что некоторые проблемы остаются, но заявили, что решения будут найдены. Ядерные противники, с другой стороны, подчеркнули ряд оставшихся без ответа вопросов об окружающей среде: каковы эффекты низкого уровня радиации в течение длительных периодов? Какова вероятность крупной аварии на атомной электростанции? Каковы были бы последствия такой аварии? Каким образом отходы ядерной энергетики, которые будут оставаться опасными на протяжении веков, могут быть навсегда изолированы от окружающей среды? Эти вопросы безопасности способствовали изменению спецификаций и задержкам строительства атомных электростанций, что еще больше увеличивало расходы.Они также способствовали возникновению второго противоречия: является ли электроэнергия атомных электростанций менее затратной, такой же дорогой или более дорогой, чем электроэнергия, производимая угольными электростанциями? Несмотря на стремительный рост цен на нефть и газ в конце 1970-х — начале 1980-х годов, эти политические и экономические проблемы вызвали в США эффективный мораторий на новые заказы на атомные электростанции. Этот мораторий вступил в силу еще до аварии 1979 г. (расплавление ядерных топливных стержней) на атомной электростанции Три-Майл-Айленд недалеко от Гаррисберга, штат Пенсильвания, и частичной аварии 1986 г. на Чернобыльской АЭС к северу от Киева на Украине Авария).Последняя авария привела к гибели людей и случаев лучевой болезни, а также выпустила облако радиоактивности, которое широко распространилось по северному полушарию.

В 1998 году в мире работало 437 атомных станций. Еще 35 реакторов находились в стадии строительства. Восемнадцать стран вырабатывают не менее 20 процентов своей электроэнергии за счет ядерной энергетики. Крупнейшие отрасли атомной энергетики расположены в США (107 реакторов), Франции (59), Японии (54), Великобритании (35), России (29) и Германии (20).В США больше 20 лет не заказывали новые реакторы. Противодействие общественности, высокие затраты на строительство, строгие строительные и эксплуатационные правила, а также высокие затраты на удаление отходов делают строительство и эксплуатацию атомных электростанций намного более дорогостоящими, чем электростанции, сжигающие ископаемое топливо.

В некоторых промышленно развитых странах в электроэнергетике проводится реструктуризация с целью разделения монополий (предоставление товара или услуги одним продавцом или производителем) на уровне генерации.Поскольку эта тенденция заставляет владельцев атомных станций сократить операционные расходы и стать более конкурентоспособными, в атомной энергетической отрасли США и других западных стран может продолжаться спад, если существующие атомные электростанции не смогут адаптироваться к меняющимся рыночным условиям.

Азия широко рассматривается как единственная область роста ядерной энергетики в ближайшем будущем. В Японии, Южной Корее, Тайване и Китае в конце 20 века строились заводы.И наоборот, ряд европейских стран пересмотрели свои обязательства в отношении ядерной энергетики.

Политические партии Швеции взяли на себя обязательство прекратить использование ядерной энергетики к 2010 году, после того как в 1980 году шведские граждане проголосовали против дальнейшего развития этого источника энергии. Однако промышленность оспаривает эту политику в суде. Кроме того, критики утверждают, что Швеция не может выполнить свои обязательства по сокращению выбросов парниковых газов, не полагаясь на ядерную энергию.

Франция вырабатывает 80 процентов электроэнергии за счет ядерной энергетики.Однако он отменил несколько запланированных реакторов и может заменить стареющие атомные станции на станции, работающие на ископаемом топливе, по экологическим причинам. В результате государственная электроэнергетическая компания Electricité de France планирует диверсифицировать источники производства электроэнергии в стране.

В 1998 году правительство Германии объявило о плане отказа от ядерной энергетики. Однако, как и в Швеции, владельцы атомных станций могут подать в суд на правительство с требованием компенсации за остановку станций до истечения срока их эксплуатации.

В Японии несколько аварий на ядерных установках в середине 1990-х годов подорвали общественную поддержку ядерной энергетики. Растущие запасы плутония в Японии и поставки отработанного ядерного топлива в Европу вызвали международную критику.

Китай, где в настоящее время эксплуатируются только три атомные электростанции, планирует расширить свои ядерные возможности. Однако неясно, сможет ли Китай получить достаточное финансирование или он сможет создать необходимую квалифицированную рабочую силу для расширения.

Ряд восточноевропейских стран, включая Россию, Украину, Болгарию, Чешскую Республику, Венгрию, Литву и Словаки, вырабатывают электроэнергию с помощью ядерных реакторов советской конструкции, которые имеют различные недостатки безопасности. Некоторые из этих реакторов имеют ту же конструкцию, что и чернобыльский реактор, взорвавшийся в 1986 году. Соединенные Штаты и другие западные страны работают над решением этих проектных проблем и улучшением эксплуатации, технического обслуживания и обучения на этих станциях.

Солнечная энергия не относится к какой-то отдельной энергетической технологии, а скорее охватывает разнообразный набор технологий возобновляемой энергии, которые питаются от солнечного тепла.Некоторые технологии солнечной энергии, такие как отопление с помощью солнечных батарей, напрямую используют солнечный свет. Другие виды солнечной энергии, такие как гидроэлектроэнергия и топливо из биомассы (древесина, растительные остатки и навоз), зависят от способности Солнца испарять воду и выращивать растительный материал соответственно. Общей чертой технологий солнечной энергии является то, что, в отличие от нефти, газа, угля и нынешних форм ядерной энергетики, солнечная энергия неисчерпаема. Солнечную энергию можно разделить на три основные группы: отопление и охлаждение, производство электроэнергии и топливо из биомассы.

Солнце веками использовалось для обогрева. Жилища на утесе Меса-Верде в Колорадо были построены с выступами скал, которые обеспечивают тень от высокого (и горячего) летнего Солнца, но позволяют проникать лучам нижнего зимнего Солнца. Сегодня конструкция с небольшим количеством движущихся частей или без них, использующая преимущества Солнца, называется пассивным солнечным нагревом. Начиная с конца 1970-х годов архитекторы все больше знакомились с пассивными солнечными технологиями. В будущем все больше и больше новых зданий будут спроектированы так, чтобы улавливать зимние лучи солнца и не пропускать летние лучи.

Активное солнечное отопление и солнечное водяное отопление — это вариации на одну тему, различающиеся принципиально стоимостью и масштабом. Типичный активный солнечный нагревательный элемент состоит из труб, установленных в панелях, установленных на крыше. Вода (или иногда другая жидкость), протекающая по трубам, нагревается Солнцем и затем используется в качестве источника горячей воды и тепла для здания. Несмотря на то, что с 1970-х годов количество активных установок для солнечного отопления быстро росло, промышленность столкнулась с простыми проблемами установки и обслуживания, включая такие обычные явления, как утечка воды и засорение трубопровода воздухом.Солнечное охлаждение требует установки более высокой технологии, в которой жидкость охлаждается путем нагрева до промежуточной температуры, чтобы ее можно было использовать для управления холодильным циклом. На сегодняшний день выполнено относительно немного коммерческих установок.

Электроэнергия может вырабатываться с помощью различных технологий, которые в конечном итоге зависят от воздействия солнечного излучения.Ветряные мельницы и водопады (сами по себе очень старые источники механической энергии) могут использоваться для вращения турбин для выработки электроэнергии. Энергии ветра и падающей воды считаются формами солнечной энергии, потому что энергия нагрева Солнца создает ветер и пополняет воду в реках и ручьях. Большинство существующих ветряных мельниц относительно невелики и содержат десять или более ветряных мельниц в конфигурации сети, которая использует ветровые сдвиги. Напротив, большая часть электроэнергии от гидроэлектростанций поступает из гигантских плотин.Многие участки, подходящие для больших плотин, уже освоены, особенно в промышленно развитых странах. Однако в 1970-х годах небольшие плотины, использовавшиеся годами ранее для получения механической энергии, были модернизированы для выработки электроэнергии.

Крупномасштабные гидроэлектрические проекты все еще реализуются во многих развивающихся странах. Самая простая форма производства электроэнергии на солнечной энергии — это использование массива коллекторов, которые нагревают воду для производства пара для вращения турбины. Некоторые из этих объектов уже существуют.

Другие источники солнечной электроэнергии включают высокотехнологичные варианты, которые в больших масштабах коммерчески не проверены. Фотоэлектрические элементы ( см. Фотоэлектрический эффект; солнечная энергия), которые преобразуют солнечный свет непосредственно в электричество, в настоящее время используются в удаленных местах для питания орбитальных космических спутников, ворот на необслуживаемых железнодорожных переездах и ирригационных насосов. Прежде чем станет возможным широкое использование фотоэлектрических элементов, необходим прогресс в снижении затрат.Коммерческое развитие и других методов кажется далеким будущим. Тепловая конверсия океана (OTC) вырабатывает электричество на морских платформах; турбина вращается за счет энергии, генерируемой, когда холодная морская вода перемещается с большой глубины на теплую поверхность. Также весьма спекулятивным остается идея использования космических спутников для передачи электроэнергии через микроволны на Землю.

Топливо из биомассы включает несколько различных форм, включая спиртовое топливо (упомянутое ранее), навоз и древесину.Древесина и навоз по-прежнему являются основными видами топлива в некоторых развивающихся странах, а высокие цены на нефть вызвали возрождение интереса к древесине в промышленно развитых странах. Исследователи уделяют все больше внимания развитию так называемых энергетических культур (многолетние травы и деревья, выращиваемые на сельскохозяйственных землях). Однако есть некоторая озабоченность тем, что сильная зависимость от сельского хозяйства в качестве источника энергии может привести к росту цен как на продукты питания, так и на землю.

Общее количество используемой в настоящее время солнечной энергии невозможно точно оценить, поскольку некоторые источники не зарегистрированы.Однако в начале 1980-х годов два основных источника солнечной энергии, гидроэлектрическая энергия и биомасса, внесли более чем в два раза больше ядерной энергии в мировое энергоснабжение. Тем не менее, эти два источника ограничены наличием участков плотин и наличием земли для выращивания деревьев и других растительных материалов, поэтому будущее развитие солнечной энергии будет зависеть от широкого спектра технологических достижений.

Потенциал солнечной энергии, за исключением гидроэлектроэнергии, останется недоиспользованным и после 2000 года, поскольку солнечная энергия по-прежнему намного дороже, чем энергия, полученная из ископаемых видов топлива.Долгосрочные перспективы солнечной энергии во многом зависят от того, вырастут ли цены на ископаемое топливо и станут ли экологические нормы более строгими. Например, более строгий экологический контроль при сжигании ископаемого топлива может привести к увеличению цен на уголь и нефть, в результате чего солнечная энергия станет менее дорогим источником энергии по сравнению с этим.

Геотермальная энергия, один из аспектов науки, известной как геотермия, основана на том факте, что земля тем горячее, чем глубже бурятся скважины под поверхностью.Вода и пар, циркулирующие в глубоких раскаленных породах, если их поднять на поверхность, могут использоваться для приведения в действие турбины для производства электроэнергии или могут передаваться по трубам через здания в качестве тепла. Некоторые геотермальные энергетические системы используют природные источники геотермальной воды и пара, тогда как другие системы перекачивают воду в глубокие горячие породы. Хотя теоретически он безграничен, в большинстве обитаемых районов мира этот подземный источник энергии расположен настолько глубоко, что бурение скважин для его вскрытия обходится очень дорого.

Помимо развития альтернативных источников энергии, поставки энергии могут быть расширены за счет сохранения (планового управления) имеющихся в настоящее время ресурсов.Можно описать три типа возможных практик энергосбережения. Первый тип — это сокращение, то есть, например, отказ от закрытия заводов для уменьшения количества потребляемой энергии или сокращение поездок для уменьшения количества сжигаемого бензина. Второй тип — это капитальный ремонт, то есть изменение образа жизни людей и способов производства товаров и услуг, например, замедление дальнейшей субурбанизации общества, использование менее энергоемких материалов в производственных процессах и уменьшение количества энергии, потребляемой некоторыми продуктами. (например, автомобили).Третий тип включает более эффективное использование энергии, то есть приспособление к более высоким затратам на энергию, например, инвестирование в автомобили, которые едут дальше на единицу топлива, улавливание отработанного тепла на заводах и его повторное использование, а также изоляция домов. Этот третий вариант требует менее радикальных изменений в образе жизни, поэтому правительства и общества чаще всего выбирают его вместо двух других вариантов.

К 1980 году многие люди пришли к пониманию того, что повышение энергоэффективности может помочь мировому энергетическому балансу в краткосрочной и среднесрочной перспективе и что продуктивное энергосбережение следует рассматривать как не меньшую альтернативу энергии, чем сами источники энергии.Существенная экономия энергии начала происходить в Соединенных Штатах в 1970-х годах, когда, например, федеральное правительство ввело общенациональный стандарт эффективности автомобилей и предложило налоговые вычеты за утепление домов и установку солнечных батарей. Существенная дополнительная экономия энергии за счет мер по энергосбережению представляется возможной без существенного влияния на образ жизни людей.

Однако на пути стоит ряд препятствий. Одним из основных препятствий на пути к продуктивному сохранению является его крайне фрагментированный и неприглядный характер; это требует от сотен миллионов людей повседневных дел, таких как выключение света и поддержание надлежащего накачивания шин.Еще одним препятствием стала цена на энергию. С поправкой на инфляцию стоимость бензина в США в 1998 году была ниже, чем в 1972 году. Низкие цены на энергию затрудняют убеждение людей вкладывать средства в энергоэффективность. С 1973 до середины 1980-х годов, когда в Соединенных Штатах выросли цены на нефть, потребление энергии на человека упало примерно на 14 процентов, в значительной степени из-за мер по сбережению. Однако, поскольку в 1990-е годы нефть подешевела, министерство энергетики США прогнозирует, что к 2000 году потребление энергии в Соединенных Штатах вырастет до 2 процентов от уровня 1973 года.Со временем повышение энергоэффективности окупается с лихвой. Однако они требуют больших капитальных вложений, что не очень привлекательно при низких ценах на энергию. Основные области таких улучшений описаны ниже.

В то время как транспорт использует 25 процентов всей энергии, потребляемой в Соединенных Штатах, на его долю приходится 66 процентов нефти, используемой в Соединенных Штатах. Автомобили, построенные в других странах, долгое время имели тенденцию быть более эффективными, чем американские, отчасти из-за давления высоких налогов на бензин.В 1975 году Конгресс США принял закон, обязывающий к 1985 году удвоить топливную экономичность новых автомобилей. Этот закон в сочетании с нехваткой бензина в 1974 и 1979 годах и значительно более высокими ценами на бензин (особенно с 1979 года) привел к средней эффективности всех американских автомобилей. улучшиться примерно на 40 процентов в период с 1975 по 1990 год. Однако большая часть этого улучшения была компенсирована резким увеличением количества автомобилей на дорогах и ростом продаж внедорожников и легких грузовиков (которые не покрываются федеральные стандарты эффективности).К 1996 году количество автомобилей, используемых во всем мире, выросло до 652 миллионов единиц. Ожидается, что к 2018 году это число увеличится почти до 1 миллиарда. Эксперты прогнозируют, что, если не будут разработаны более эффективные технологии, этот рост приведет к увеличению спроса на бензин более чем на 20 миллионов баррелей в день. Сегодня производители автомобилей обладают техническими возможностями для создания автомобилей с гораздо более высокой топливной экономичностью, чем предписано Конгрессом. Однако массовое производство автомобилей с такой эффективностью потребует огромных капитальных вложений.Новые технологии двигателей, использующие электрические батареи или высокоэффективные топливные элементы, а также двигатели, работающие на природном газе, могут сыграть гораздо более важную роль в начале 21 века. Повышение цен на бензин и парковку стимулировало использование двух других видов транспорта: совместного использования пассажиров (фургон или автомобильный пул) и общественного транспорта. Эти методы могут быть очень эффективными, но разрастающийся характер многих городов США может затруднить их использование.

Управляющие бизнесом, ориентированные на прибыль, все чаще обращают внимание на модификацию продукции и производственных процессов с целью экономии энергии.Фактически, промышленный сектор продемонстрировал более значительное повышение эффективности, чем жилищный или транспортный сектор. Усовершенствования в производстве можно разделить на три широкие, в некоторой степени перекрывающиеся, категории: улучшение домашнего хозяйства, текущее обслуживание печей и использование только необходимого освещения; рекуперация отходов рекуперация тепла и переработка побочных продуктов отходов; и технологические инновации, модернизирующие продукты и процессы для воплощения более эффективных технологий.

В 1950-х и 1960-х годах эффективному использованию энергии часто пренебрегали при строительстве зданий и домов, но высокие цены на энергию 1970-х годов изменили это. Некоторые офисные здания, построенные с 1980 года, используют только пятую часть энергии, потребляемой зданиями, построенными всего десятью годами ранее. Методы экономии энергии включают проектирование и размещение зданий для использования пассивного солнечного тепла, использование компьютеров для мониторинга и регулирования использования электроэнергии, а также инвестиции в более эффективное освещение и улучшенные системы отопления и охлаждения.Подход на основе жизненного цикла, который учитывает общие затраты за весь срок службы здания, а не только начальную стоимость строительства или продажную цену, способствует большей эффективности. Кроме того, успешной была реконструкция старых зданий, в которой новые компоненты и оборудование используются в существующих конструкциях.

Химия, история

Химия, история, история изучения состава, структуры и свойств материальных веществ, взаимодействий между веществами и воздействия на вещества добавления или удаления энергии в любой из ее различных форм.С самых ранних зарегистрированных времен люди наблюдали химические изменения и предполагали их причины. Проследив историю этих наблюдений и предположений, можно проследить постепенную эволюцию идей и концепций, которые привели к современной химии.

Первые известные химические процессы были выполнены мастерами Месопотамии, Египта и Китая.Сначала кузнецы этих земель работали с самородными металлами, такими как золото или медь, которые иногда встречаются в природе в чистом виде, но они быстро научились плавить металлические руды (в основном оксиды и сульфиды металлов), нагревая их деревом или древесным углем. для получения металлов. Постепенное использование меди, бронзы и железа породило названия, которые археологи применяли к соответствующим эпохам. Примитивная химическая технология также возникла в этих культурах, когда красильщики открыли методы нанесения красок на различные типы тканей, и когда гончары научились готовить глазури, а позже и стекло.

Большинство этих мастеров работали в храмах и дворцах, производя предметы роскоши для священников и знати. В храмах у жрецов особенно было время порассуждать о происхождении изменений, которые они видели в окружающем их мире. Их теории часто включали магию, но они также развивали астрономические, математические и космологические идеи, которые они использовали в попытках объяснить некоторые изменения, которые теперь считаются химическими.

Первой культурой, которая рассмотрела эти идеи с научной точки зрения, была культура греков.Со времен Фалеса, около 600 г. до н. Э., Греческие философы делали логические рассуждения о физическом мире, а не полагались на мифы для объяснения явлений. Сам Фалес предполагал, что вся материя произошла из воды, которая могла затвердеть до земли или испариться в воздух. Его преемники расширили эту теорию до идеи, что мир состоит из четырех элементов: земли, воды, воздуха и огня. Демокрит думал, что эти элементы состоят из атомов, мельчайших частиц, движущихся в вакууме. Другие, особенно Аристотель, полагали, что элементы образуют континуум массы, и поэтому вакуум существовать не может.Идея атома быстро утратила популярность среди греков, но никогда не была забыта полностью. Когда он был возрожден в эпоху Возрождения, он лег в основу современной атомной теории ( см. Атом).

Аристотель стал самым влиятельным из греческих философов, и его идеи доминировали в науке почти два тысячелетия после его смерти в 323 г. до н. Э. Он считал, что в природе есть четыре качества: тепло, холод, влажность и сухость. Каждый из четырех элементов состоит из пар этих качеств; например, огонь был горячим и сухим, вода была холодной и влажной, воздух был горячим и влажным, а земля была холодной и сухой.Эти элементы со своими качествами в различных пропорциях объединяются, чтобы сформировать компоненты планеты Земля. Поскольку количество каждого качества в элементе могло быть изменено, элементы могли быть заменены друг на друга; таким образом, считалось возможным также преобразовать материальные вещества, которые были образованы из элементов свинца, например, в золото.

Теория Аристотеля была принята мастерами-практиками, особенно в Александрии, Египет, которая после 300 г. до н. Э. Стала интеллектуальным центром древнего мира.Они думали, что металлы на земле стремятся становиться все более и более совершенными и постепенно превращаются в золото. Им казалось, что они должны иметь возможность быстрее выполнять тот же процесс в своих собственных мастерских и так искусственно превращать обычные металлы в золото. Начиная примерно с 100 г. н.э. эта идея доминировала в умах философов, а также мастеров-металлистов, и было написано большое количество трактатов об искусстве трансмутации, которое стало известно как алхимия. Хотя никому и никогда не удавалось создать золото, в поисках совершенства металлов был открыт ряд химических процессов.

Почти в то же время и, вероятно, независимо, подобная алхимия возникла в Китае. Здесь также целью было получить золото, хотя и не из-за его денежной стоимости. Китайцы верили, что золото — это лекарство, которое может даровать долгую жизнь или даже бессмертие любому, кто его употребляет. Как и египтяне, китайцы получили практические химические знания из неверных теорий.

После упадка Римской империи греческие письма стали менее открыто изучаться в Западной Европе, и даже в Восточном Средиземноморье им в значительной степени пренебрегали.Однако в VI веке секта христиан, известная как несториане, чьим языком был сирийский, распространила свое влияние по всей Малой Азии. Они основали университет в Эдессе в Месопотамии и перевели большое количество греческих философских и медицинских сочинений на сирийский язык для использования среди ученых.

В VII и VIII веках арабские завоеватели распространили исламскую культуру на большей части Малой Азии, Северной Африки и Испании. Багдадские халифы стали активными покровителями науки и образования.Сирийский перевод греческих текстов был снова переведен, на этот раз на арабский, и вместе с остальным греческим изучением идей и практики алхимии снова процветали.

Арабские алхимики также контактировали с Китаем на Востоке, таким образом получив представление о золоте как лекарстве, а также греческое представление о золоте как о совершенном металле. Считалось, что особый агент, философский камень, стимулирует трансмутацию, и это стало предметом поиска алхимиков.У алхимиков появился дополнительный стимул к изучению химических процессов, поскольку они могут привести не только к богатству, но и к здоровью. Неуклонно продвигалось изучение химикатов и химических аппаратов. Были открыты такие важные реагенты, как едкие щелочи ( см. щелочные металлы) и соли аммония ( см. аммиак), и аппарат для перегонки постоянно совершенствовался. Раннее осознание потребности в более количественных методах также появилось в некоторых арабских рецептах, где были даны конкретные инструкции относительно количества используемых реагентов.

Большое интеллектуальное пробуждение началось в Западной Европе в 11 веке. Частично это стимулировалось культурным обменом между арабами и западными учеными на Сицилии и в Испании. Были созданы школы переводчиков, и их переводы передавали арабские философские и научные идеи европейским ученым. Таким образом, знание греческой науки, переданное через промежуточные языки сирийский и арабский, распространилось на научном языке латыни и, в конечном итоге, распространилось по всей Европе.Многие из рукописей, наиболее охотно читаемых, касались алхимии.

Эти рукописи были двух типов: некоторые были почти чисто практическими, а некоторые пытались применить теории природы материи к алхимическим проблемам. Среди обсуждаемых практических вопросов была дистилляция. Производство стекла было значительно улучшено, особенно в Венеции, и теперь стало возможным построить даже лучший дистилляционный аппарат, чем арабы, и конденсировать более летучие продукты дистилляции.Среди важных продуктов, полученных таким образом, были спирт и минеральные кислоты: азотная, царская водка (смесь азотной и соляной), серная и соляная. С помощью этих мощных реагентов можно провести множество новых реакций. Слухи об открытии Китаем нитратов и производстве пороха также дошли до Запада через арабов. Сначала китайцы использовали порох для фейерверков, но на Западе он быстро стал важной частью войны. К концу 13 века в Европе существовала эффективная химическая технология.

Второй тип алхимических рукописей, переданных арабами, касался теории. Многие из этих писаний раскрывают мистический характер, который мало способствовал развитию химии, но другие пытались объяснить трансмутацию в физических терминах. Арабы основывали свои теории материи на идеях Аристотеля, но их мышление было более конкретным, чем его. Особенно это касалось их представлений о составе металлов. Они считали, что металлы состоят из серы и ртути, но не из знакомых им веществ, с которыми они были прекрасно знакомы, а из принципа ртути, придающего металлам свойство текучести, и принципа серы, который делает вещества горючими и заставляет металлы становиться горючими. ржаветь.Химические реакции были объяснены с точки зрения изменения количества этих принципов в материальных веществах.

В течение 13 и 14 веков влияние Аристотеля на все отрасли научной мысли начало ослабевать. Фактическое наблюдение за поведением материи поставило под сомнение относительно простые объяснения, данные Аристотелем; такие сомнения быстро распространились после изобретения около 1450 года печати с подвижным шрифтом. После 1500 печатных работ по алхимии появилось все больше, равно как и работ, посвященных технике.Результат этого возрастающего знания стал очевиден в 16 веке.

Среди влиятельных книг, появившихся в это время, были практические труды по горному делу и металлургии. В этих трактатах много места уделялось анализу руд на содержание ценных металлов, работе, которая требовала использования лабораторных весов или весов, а также разработке количественных методов ( см. Химический анализ).Работники других областей, особенно медицины, начали осознавать необходимость большей точности. Врачам, некоторые из которых были алхимиками, необходимо было знать точный вес или объем вводимых ими доз. Таким образом, они использовали химические методы приготовления лекарств.

Эти методы были объединены и активно продвигались эксцентричным швейцарским врачом Теофрастом фон Гогенхаймом, которого обычно звали Парацельс. Он вырос в горнодобывающем районе и познакомился со свойствами металлов и их соединений, которые, по его мнению, превосходили лечебные травы, используемые ортодоксальными врачами.Он провел большую часть своей жизни в ожесточенных спорах с медицинским учреждением того времени, и в процессе он основал науку ятрохимию (использование химических лекарств), предшественницу фармакологии. Он и его последователи открыли много новых соединений и химических реакций. Он модифицировал старую серно-ртутную теорию состава металлов, добавив третий компонент, соль, земную часть всех веществ. Он заявил, что при горении дерева горит сера, испаряется ртуть, а превращается в пепел соль.Как и в случае теории серы и ртути, это были принципы, а не материальные вещества. Его акцент на горючей сере был важен для более позднего развития химии. Ятрохимики, последовавшие за Парацельсом, изменили некоторые из его более диких идей и собрали его и свои собственные рецепты приготовления химических лекарств. Наконец, в конце XVI века Андреас Либавиус опубликовал свою книгу «Алхимия , », в которой систематизировались знания ятрохимиков и которую часто называют первым учебником химии.

В первой половине 17 века некоторые люди начали изучать химические реакции экспериментально не потому, что они были полезны в других дисциплинах, а скорее ради них самих. Ян Баптиста ван Гельмонт, врач, оставивший медицинскую практику, чтобы посвятить себя изучению химии, использовал весы в важном эксперименте, чтобы показать, что определенное количество песка может быть сплавлено с избытком щелочи с образованием жидкого стекла, и что при этом продукт обработали кислотой, регенерировали исходное количество песка (кремнезема).