Контрольная работа № 2.

Вариант № 1.

1. Почему избыток энергии опаснее, чем ее недостаток?

В настоящее время энергопотребление распределено по странам земного шара крайне неравномерно (рис. 15.2). Согласно статистическим данным годовое энергопотребление на душу населения для 72% населения мира составляет менее 2 кВт (тепл.) год, для 22% – от 2 до 7 кВт (тепл.) год и только для 6% – около 10 кВт (тепл.) год. Минимум и максимум энергопотребления на душу населения в сегодняшнем мире различаются в 50 раз. Кроме того, сильно варьируются и темпы роста этого показателя по странам.

2. В каких единицах измеряется количество энергии?

Кало́рия (кал, cal) — внесистемная единица количества работы и энергии, равная количеству тепла, необходимого для нагревания 1 грамма воды на 1 кельвин при стандартном атмосферном давлении 101 325 Па. В зависимости от принимаемой эталонной температуры воды, существует несколько слегка различных определений калории:

1 кал_м = 4,1868 Дж (1 Дж ≈ 0,2388459 кал_м) — международная калория, 1956 г.;

1 кал_т = 4,184 Дж (1 Дж = 0,23901 кал_т) — термохимическая калория;

1 кал₁₅ = 4,18580 Дж (1 Дж = 0,23890 кал₁₅) — калория при 15 °C.

1 ккал = 1000 кал.

1 ккал = 1,163 ватт час

Производная от калории единица измерения количества тепловой энергии — гигакалория (Гкал) (10⁹ калорий) используется для оценки в теплоэнергетике, системах отопления, коммунальном хозяйстве. Также для этих целей используется производная единица Гкал/ч (гигакалория в час), характеризующая количество теплоты произведённой или использованной тем или иным оборудованием за единицу времени. Данная величина эквивалентна тепловой мощности

3. Какова роль энергетики в экономике?

4. Каковы физиологические потребности человека в энергии (порядок величины)? А воды?

Физиологические потребности в энергии для  взрослых- от 2100 до 4200 ккал/сутки для мужчин и от 1800 до 3050 ккал/сутки для женщин. Физиологические потребности в энергии для детей- 110-115 ккал/кг массы тела для детей до 1 года и от 1200 до 2900 ккал/сутки для детей старше 1 года.

Суточная физиологическая потребность – около 2 литров воды.

Контрольная работа № 2.

Вариант № 2.

1. Какая страна потребляет наибольшее количество энергии на человека?

В развитых странах, например, в США, потребление энергии составляет примерно 25 триллионов (2.5 x 10¹³) кВт·ч в год, что соответствует более чем 260 кВт·ч на человека в день. Данный показатель является эквивалентом ежедневной работы более чем ста лампочек накаливания мощностью 100 Вт в течение целого дня. Среднестатистический гражданин США потребляет в 33 раза больше энергии, чем житель Индии, в 13 раз больше, чем китаец, в два с половиной раза больше, чем японец и вдвое больше, чем швед.

Страна	Душевое энерго-потребление, т условного топлива/чел. в год
Франция Израиль Финляндия США Индия Болгария Россия	6,4 4,4 8,9 12,4 0,25 3,9 6,2

2. Какова природа солнечной энергии?

Следует различать три существующих пути использования солнечной энергии:

• преобразование солнечной энергии в электрическую;

• получение тепловой энергии;

• производство биомассы, концентрирование солнечной энергии автотрофными организмами и последующее использование их химической энергии.

Работы по трансформации солнечной энергии в электрическую ведутся по двум направлениям:

• создание солнечных электростанций (СЭС), в которых теплоэлектропаровой котел, характерный для ТЭС, заменён на солнечный паровой котёл;

• разработка полупроводниковых фотоэлектропреобразователей – фотоэлементов, способных превращать солнечную энергию непосредственно в электрическую.

3. Чем отличается структура потребления энергии России от мира в целом?

В связи со спадом производства в России в 90-е годы ХХ века, объём которого в 1998 г. составил менее половины от уровня 1990 г. и до сих пор не восстановился, добыча энергоресурсов и выработка электроэнергии снизилась до 70 % от уровня 1990 г.

Потребление электроэнергии в коммунально-бытовом секторе не только не сократилось, но и несколько возросло. В то же время энергоёмкость экономики в России возросла на 22 % и стала в 2,5–3 раза выше, чем в индустриально развитых странах. На единицу промышленной продукции в России затрачивается в 3 раза больше энергии, чем в странах Западной Европы и в 2 раза больше, чем в США.

Энергоёмкость социальных расходов в различных странах, включая Россию, представлена в табл. 15.4.

Всё это свидетельствует о нашем крайнем энергорасточительстве. По имеющимся оценкам затраты на энергосберегающие мероприятия в России в 1,5–3 раза ниже, чем на развитие, например, газодобывающих и транспортных мощностей, не считая экологического эффекта. Потенциал только газосбережения оценивается примерно в ¼ часть от всего объёма расходуемого в России газа

4. Как можно аккумулировать энергию Солнца?

Следует различать три существующих пути в технике использования солнечной энергии:

• преобразование солнечной энергии в электрическую;

• получение тепловой энергии;

• производство биомассы, концентрирование солнечной энергии автотрофными организмами и последующее использование их химической энергии.

Работы по трансформации солнечной энергии в электрическую ведутся по двум направлениям:

• создание солнечных электростанций (СЭС), в которых теплоэлектропаровой котел, характерный для ТЭС, заменён на солнечный паровой котёл;

• разработка полупроводниковых фотоэлектропреобразова-телей – фотоэлементов, способных превращать солнечную энергию непосредственно в электрическую.

Контрольная работа № 2.

Вариант № 3.

1. Чем использование газа в энергетике лучше угля или нефти с точки зрения загрязнения окружающей среды?

Природный газ выделяет большее количество тепла и в меньшей  степени загрязняет воздух, чем любой другой  вид ископаемого топлива. При сжигании он почти не образует диоксида серы и выделяет в 6 раз меньше оксидов азота на единицу энергии, чем нефть, бензин или уголь. Метан, один из основных компонентов природного газа, вызывает парниковый эффект, но большая часть метана,  содержащаяся в атмосфере, не является следствием добычи или использования газа.

При сжигании нефти образуются диоксид углерода, что может изменить глобальный климат на планете, и другие загрязнители атмосферы, наносящие ущерб людям, животным, растениям. Нефтяные пятна и утечка буровых шламов из скважин приводят к загрязнению воды, а соляной раствор, закачиваемый в скважины для увеличения нефтеотдачи, вызывает загрязнение грунтовых вод. К крупным недостаткам нефти можно отнести и то, что ее доступные запасы могут закончиться уже через несколько десятков лет.

Уголь обладает высоким значением чистого выхода полезной энергии, его сжигание позволяет получить высокотемпературное тепло и электроэнергию самым дешевым способом. Однако уголь как топливо не универсален и является самым загрязняющим энергоресурсом. Загрязнение атмосферы продуктами его горения приводит к кислотным дождям, коррозии металлов, гибели флоры и фауны, заболеваниям людей. Открытая добыча угля вызывает разрушение почвенного покрова, эрозию. Добыча угля шахтным способом опасна

2. Что такое геотермальная энергия; это первичный или вторичный источник энергии?

Геотермальная энергия – это энергия, получаемая из природного тепла Земли. Глубинные слои земли, как известно, имеют более высокую температуру, чем поверхность планеты. В ядре Земли продолжается распад радиоактивных элементов, и его температура достигает примерно 5000°С.

Средняя температура верхнего слоя земли равна 15^оС. Поэтому тепловой поток постоянно направлен от центра земли к её поверхности. Верхняя часть земной коры имеет температурный градиент, равный 20–30°С в расчёте на 1 км глубины. Общая мощность теплового потока земного ядра примерно в 4000 раз меньше мощности солнечной радиации. В РФ, например, геотермальная энергия используется в сельскохозяйственном производстве для обогрева теплиц. Более 30 лет вырабатывает электроэнергию Паужетская геотермальная электростанция на Камчатке.

Первичные источники энергии созданы природными процессами. К ним относятся ископаемое горючее (органич. и неорганич.), расщепляющееся топливо, терм. воды, энергия Солнца, рек, морей и океанов.

3. Каковы первичные источники энергии?

К первичным (возобновляемым) относятся: реки (гидроэнергетика), морские приливы и отливы, тепло Земли (геотермальная энергия) и Солнца (непосредственно энергия солнечной радиа­ции или энергия ветра, морских волн, тепла морей и океанов).

4. В природе 90% энергии тратится на разложение, в экономике – наоборот. С чем это связано?

Управление рациональным природопользованием в рамках отраслевой структуры, влияющей на окружающую среду, начинается с оценки прямых и косвенных затрат ОС. Это выражено при наличии экологического контроля и мониторингов ПТГ, возможности проведения ЭЭЭ проектов, паспортизации производственных и соответствующих проектов обезвреживания и утилизации отходов при достижении эффективности природоохранных и ресурсосберегающих технологий.

С этой целью мы остановимся на ряде проблем, необходимых к срочному разрешению. В природных экосистемах производство и разложение сбалансированы, в них нет отходов: отходы одних организмов служат средой обитания для других и таким образом осуществляется практически замкнутый кругооборот веществ в природе.

В природных экосистемах около 90% энергии расходуется на разложение и возвращение веществ в биогеохимический кругооборот. В социально-экономических системах около 90% материальных ресурсов переходит в отходы, а основное количество энергии используется в производстве и потреблении. Поэтому главной задачей промышленной экологии является нахождение путей для рационального использования природных ресурсов, предотвращения их исчерпания, деградации и загрязнения окружающей среды, а в конечном итоге - совмещение техногенного и биогеохимического кругооборотов веществ.

Контрольная работа № 2.

Вариант № 4.

1. Каковы вторичные источники энергии?

Вторичные возобновляемые источники энергии (твердые бытовые отходы - ТБО, тепло промышленных и бытовых стоков, тепло и газ вентиляции).

2. Во многих новых домах газовые плиты заменены электрическими. Каковы плюсы и минусы этого?

горелка газовой плиты мгновенно загорается, что экономит и время, и электроэнергию при использовании электрической плиты. Электрическая плита мгновенно не охладится, а это и угар, и неприятный запах, потеря драгоценного времени. Еще одно преимущество в газовых плитах, это решетка, которая легко снимается. Значительно меньше усилий надо затратить для чистки такой плиты. Поскольку горелки расположены достаточно высоко от дна плиты, пригорания значительно меньше, чем у электрической плиты.

Плюс в газовых плитах - отсутствие инерции. То есть как только вы выключите конфорку, она сразу перестанет греть и можно не волноваться дальше о судьбе блюда. То же самое при убавлении/прибавлении огня: как только вы повернете ручку, мощность сразу же изменится. В электрических плитах изменения температуры придется некоторое время подождать.

Ну и конечно дешевизна. При нынешнем размере коммунальных услуг готовить на газу на порядок дешевле, чем на электричестве. Кроме того, в случае поломки за ремонт придется заплатить тоже гораздо меньше.

Минус газовых плит - Меньшая, по сравнению с электрическим аналогом, функциональность. Особенно это касается духовки – такие дополнения, как функция СВЧ, электронный таймер, память и так далее, в традиционных плитах невозможны. Газовая плита – достаточно пожаро- и взрывоопасный прибор. При сгорании газа выделяются вредные вещества, которые могут скапливаться и в прямом смысле отравлять вам жизнь. Поэтому на такой кухне просто необходима очень хорошая вытяжка.

3. Почему атомная энергетика загрязняет окружающую среду меньше, чем традиционная на органическом топливе?

АЭС не требует кислорода для сжигания топлива и не выбрасывает оксидов углерода, не загрязняет воздушный бассейн оксидами серы, азота, тяжёлыми металлами, фенолами и канцерогенными веществами, летучей золой и другими вредными компонентами.

Выбросы радиоактивных веществ от АЭС в расчёте на единицу электрической мощности на порядок ниже выбросов естественных радиопродуктов, содержащихся в органическом топливе (например, в угле) ТЭС.

4. Почему в нашей стране энергоемкость выпускаемой продукции в разы превышает ее в развитых странах?

За годы реформ в России в связи со спадом производства, объём которого в 1998 г. составил менее половины от уровня 1990 г. и до сих пор не восстановился, добыча энергоресурсов и выработка электроэнергии снизилась до 70% от уровня 1990 г.

Потребление электроэнергии в коммунально-бытовом секторе не только не сократилось, но и несколько возросло. В тоже время энергоёмкость экономики в России возросла на 22% и стала в 2,5-3 раза выше, чем в индустриально развитых странах. На единицу промышленной продукции в России затрачивается в 3 раза больше энергии, чем в странах западной Европы и в 2 раза больше, чем в США.

Энергоёмкость социальных расходов в различных странах (включая Россию) представлена в табл. 15.4.

4. Таблица 15.4

Энергоёмкость социальных расходов

Страна	Социальные расходы (капитал) на душу населения, тыс. долл./чел. в год	ВВП на душу населения, тыс. долл./чел. в год	Душевое энерго-потребление, т условного топлива/чел. в год	Энергоёмкость социальных расходов, т условного топлива/1 тыс. долл.
Франция Израиль Финляндия США Индия Болгария Россия	7,6 3,0 5,0 3,0 0,06 0,5 0,3	21,6 12,7 23,7 22,6 0,6 2,0 4,0	6,4 4,4 8,9 12,4 0,25 3,9 6,2	0,84 1,46 1,78 4,13 4,17 7,80 20,70

Всё это свидетельствует о нашем крайнем энергорасточительстве. А по имеющимся оценкам затраты на энергосберегающие мероприятия в 1,5-3 раза ниже, чем на развитие, например, газодобывающих и транспортных мощностей, не считая экологического эффекта. Потенциал только газосбережения оценивается примерно в ¼ часть от всего объёма расходуемого в России газа.

Повышение эффективности использования энергии, наряду с использованием альтернативных источников энергии, получило бурное развитие в индустриально развитых странах. Повышение эффективности использования энергии означает производство тех же самых энергетических услуг, включая освещение, обогрев и охлаждение помещений, пассажирские и грузовые перевозки, водоснабжение, работу различных двигателей, но с гораздо меньшими затратами. Оно обеспечивает такой же или более высокий уровень жизни с меньшими издержками. Одновременно снижается уровень загрязнения окружающей среды. Повышение эффективности использования энергии невозможно без анализа процессов трансформации энергии.

Контрольная работа № 2.

Вариант № 5.

1. Почему непрерывно растет доля электроэнергии в общем балансе использования энергии?

электричество – единственный вид энергии, который удаётся производить в больших количествах, передавать на большие расстояния и сравнительно просто распределять между различными потребителями;

технологии, использующие электроэнергию, обладают меньшей трудоёмкостью по сравнению с технологиями на основе других энергоносителей, что особенно важно в свете растущего дефицита трудовых ресурсов;

широкая электрификация производственных процессов способствует эффективному росту производительности труда, без электрификации невозможна и компьютеризация производства;

электроэнергия является универсальным энергоносителем. Универсальность электричества проявляется как в сравнительной лёгкости преобразования в другие формы энергии, так и в возможности использования для получения электроэнергии практически любого первичного источника энергии, рентабельного на данном этапе;

в сфере энергопотребления электричество выступает как эколо­гически чистый энергоноситель (не учитывая тепловое загрязнение).

2. Каким образом происходит преобразование солнечной энергии в электрическую?

Фотоэлектронное преобразование

Перспективный метод преобразования солнечной энергии состоит в использование листа стекла или пластмассы, покрытого люминесцирующими красителями, которые поглощают солнечный свет в узких спектральных диапазонах, а затем испускают фотоны разных энергий во многих направлениях (рис. 15.5). Свет, отражаемый от границ, оказывается «захваченным» внутри листа, поскольку красители уже не могут поглощать его, и он в конце концов попадает к краю листа, где расположен солнечный элемент. Для такой системы не нужно устройство слежения за Солнцем, поскольку красители поглощают свет, падающий под любым углом. Теоретическое значение КПД здесь превышает 50%.

Рис 15.5. Накопитель солнечного излучения,

в котором используется люминесцентные красители, поглощающие узкие спектральные полосы солнечного света, а затем испускающие фотоны с различными длинами волн.

Фотоэлектрическое преобразование имеет ряд серьёзных преимуществ по сравнению с получением электрической энергии в парогенераторах: солнечные элементы не имеют движущихся частей, продолжительность их работы может (в принципе) достигать 100 и более лет; уход за ними не требует от обслуживающего персонала высокой квалификации; они эффективно используют как прямое, так и рассеянное излучение; систему можно легко составлять из различных модулей, и она пригодна для создания установок практически любой мощности.

Газотурбинный метод преобразования

Первая солнечная газотурбинная установка (СГТУ) для Международной космической станции разработана РКК «Энергия» совместно с Исследовательским центром им. М.В. Келдыша. КПД установки может достигать 30% и выше (рис. 15.6). Основные характеристики солнечной газотурбинной установки приведены в табл. 15.1.

Рис. 15.6. Принципиальная схема солнечной газотурбинной установки

3. Каков максимально возможный КПД современной тепловой машины и почему?

Из определения термического КПД следует, что чем он выше, чем большая доля подведенной к рабочему телу теплоты превращается в работу. Полное превращение теплоты в работу невозможно в соответствие со 2 законом термодинамики: ”Невозможно всю теплоту превратить в работу. Часть теплоты должна быть отдана окружающей среди”. 100% не достижим.

Цикл Карно КПД=67%, на самом деле 36-40%.

4. Как вы лично занимайтесь энергосбережением?

Способы энергосбережения:

1)Экономия электрической энергии.

Освещение. Наиболее распространенный способ экономии электроэнергии – оптимизация потребления электроэнергии на освещение. Ключевые мероприятия: максимальное использование дневного света, оптимальное размещение световых источников, использование осветительных приборов только по необходимости, замена ламп накаливание на энергосберегающие.

2)Электрообогрев и электроплиты. Основные мероприятия: подбор оптимальной мощности электрообогревательных устройств, использование устройств регулировки температуры( в том числе автоматического включения и выключения), использование тепловых аккумуляторов, замена электорообгрева на обогрев газом или подключение к централизованному отоплению.

3)Потребление бытовых и прочих устройств. При выборе новой аппаратуры отдавайте предпочтение, при прочих равных характеристиках устройству с меньшим энергопотреблением.

4)Экономия тепла. Снижение теплопотерь при помощи использования теплосберегающих материалов при строительстве и модернизации зданий.

5)Экономия воды. Установка счетчиков

6)Экономия газа. Подбор оптимальной мощности газового потока и насоса.

Контрольная работа № 2.

Вариант № 6.

1. Энергия воды и ветра – первичный или вторичный источник энергии?

Первичные источники энергии созданы природными процессами. К ним относятся ископаемое горючее (органич. и неор- ганич.), расщепляющееся топливо, терм. воды, энергия Солнца, ветра, рек, морей и океанов. Как известно, около 2 % энергии солнечного излучения, достигающей поверхности Земли, пре­вращается в энергию ветра, часть из которой может быть использована в качестве ещё одного возобновляемого источника энергии. К возобновляемым источникам энергии относится также энергия морских приливов и волн. Морские приливы и отливы вызываются, как известно, силами притяжения Луны и, в некоторой степени, Солнца. При вращении Земли вокруг своей оси дважды за сутки происходит прилив и отлив.

2. Почему? непрерывный рост энергопотребления катастрофичен для Земли

Каждое поколение должно ответить на вопрос, как обеспечить себе стабильное и экономически оправданное снабжение энергией как основу устойчивого развития цивилизации.

На сегодня основные проблемы энергетики связаны с возрастающим ростом народонаселения Земли, дефицитом энергии и ограниченностью топливных ресурсов, увеличивающимся загрязнением окружающей среды.

Современное энергоснабжение более чем на 80 % базируется на невозобновляемых источниках энергии.

В течение следующих десятилетий ожидается значительное увеличение энергопотребления, связанное с развитием экономики и приростом населения. Это приведет к росту давления на систему энергоснабжения и потребует повышенного внимания к эффективности использования энергии. Это проблемы современной энергетики, которые надо решать прямо сейчас. Доступность энергоресурсов является ключевым фактором для развития экономики и способствует улучшению качества жизни.

Сейчас на планете живет приблизительно 6 миллиардов 558 миллионов людей. Население мира каждый год возрастает на 80 миллионов человек. По прогнозам специалистов, если такая тенденция сохранится, то количество жителей Земли в 2013 г. достигнет 9 миллиардов 200 миллионов человек. Причем основной рост населения будет в наименее развитых регионах.

При среднедушевом потреблении в 2001 г. ~ 1600 кг нефтяного эквивалента, в развитых странах оно составляет 5400 кг, в то время как в странах с низкими доходами (в них проживает 40 % населения Земли) этот показатель равен 500 кг.

такие факторы, как рост мировых экономик и увеличение численности населения, выступают в качестве основной движущей силы непрерывного роста энергопотребления. Эти достижения обеспечили возможность роста экономической активности опережающими темпами по отношению к росту энергопотребления.

Таким образом, энергопотребление в странах с низким уровнем развития будет расти опережающими темпами.

При нерациональном использовании и неправильном отношении к электроэнергии, последствия для нашей планеты могут быть фатальными.

Главная проблема современной энергетики – не истощение минеральных ресурсов, а угрожающая экологическая обстановка: еще задолго до того, как будут использованы все мыслимые ресурсы, разразиться экологическая катастрофа, которая превратит Землю в планету, совершенно не приспособленную для жизни человека.