Задание 2, страница 61 - гдз по физике 11 класс учебник Закирова, Аширов

Задание 2

1. На основе представленного рейтинга производства электроэнергии в 2016 г. (таблица 4) составьте диаграмму «Преимущественные технологии производства электроэнергии в Японии, Германии и Казахстане».

2. В сети Интернет найдите статистические данные прошлого года. Сравните со статистикой 2016 г. Какие изменения произошли по объему и технологиям производства электроэнергии в этих странах?

Таблица 4. Рейтинг производства электроэнергии 2016 г.

Горючее топливо

№ страна млн $кВт \cdot час$

1 Китай 3942347

2 Индия 1110531

3 Япония 765570

4 Россия 640390

5 Германия 347000

6 Южная Корея 334942

7 Иран 262934

8 Мексика 193012

9 Австралия 190406

10 Египет 164662

17 Казахстан 98233

Гидроэлектростанции

№ страна млн $кВт \cdot час$

1 Китай 1208383

2 Канада 342427

3 Бразилия 333763

4 Россия 169984

5 Норвегия 140698

6 Индия 116980

7 Япония 71909

8 Италия 64991

9 Франция 60528

10 Парагвай 50175

35 Казахстан 8795

Ядерная энергия

№ страна млн $кВт \cdot час$

1 Франция 449263

2 Япония 288230

3 Россия 189006

4 Южная Корея 174030

5 Китай 153463

6 Канада 11917

7 Германия 96968

8 Индия 37976

9 Чехия 29905

10 Бельгия 24762

Казахстан Не производит

Солнечная энергия

№ страна млн $кВт \cdot час$

1 Германия 41102

2 Китай 24814

3 Италия 23023

4 Индия 6491

5 Греция 3936

6 Франция 3291

7 Южная Корея 2960

8 Чехия 2213

9 Румыния 2181

10 Канада 2013

Казахстан Не производит

Энергия ветра

№ страна млн $кВт \cdot час$

1 Китай 170959

2 Германия 63006

3 Канада 26875

4 Индия 18911

5 Бразилия 17840

6 Франция 17064

7 Италия 15459

8 Дания 15035

9 Австралия 12544

10 Португалия 12208

54 Казахстан 21

Геотермальная энергия

№ страна млн $кВт \cdot час$

1 Филиппины 11012

2 Индонезия 9357

3 Новая Зеландия 8043

4 Италия 5231

5 Мексика 4054

6 Исландия 2402

7 Кения 1559

8 Япония 1556

9 Коста-Рика 645

10 Сальвадор 466

Казахстан Не производит

1. На основе данных из таблицы 4 за 2016 год, ниже представлен расчет и анализ для определения преимущественных технологий производства электроэнергии в Японии, Германии и Казахстане.

Дано:

Выработка электроэнергии в 2016 г. (млн кВт·ч) согласно таблице 4:
Япония:
- Горючее топливо: 765 570
- Гидроэлектростанции (ГЭС): 71 909
- Ядерная энергия (АЭС): 288 230
- Геотермальная энергия: 1 556

Германия:
- Горючее топливо: 347 000
- Ядерная энергия (АЭС): 96 968
- Солнечная энергия: 41 102
- Энергия ветра: 63 006

Казахстан:
- Горючее топливо: 98 233
- Гидроэлектростанции (ГЭС): 8 795
- Энергия ветра: 21

Найти:

Общую выработку электроэнергии и долю (в %) каждого вида генерации для Японии, Германии и Казахстана для определения преимущественных технологий.

Решение:

Для каждой страны рассчитаем суммарную выработку электроэнергии на основе представленных данных и определим процентную долю каждого источника.

1. Япония
- Общая выработка: $E_{общ} = 765570 + 71909 + 288230 + 1556 = 1127265$ млн кВт·ч.
- Доли источников:
- Горючее топливо: $ \frac{765570}{1127265} \times 100\% \approx 67.9\% $
- Ядерная энергия: $ \frac{288230}{1127265} \times 100\% \approx 25.6\% $
- Гидроэлектростанции: $ \frac{71909}{1127265} \times 100\% \approx 6.4\% $
- Геотермальная энергия: $ \frac{1556}{1127265} \times 100\% \approx 0.1\% $

2. Германия
- Общая выработка: $E_{общ} = 347000 + 96968 + 41102 + 63006 = 548076$ млн кВт·ч.
- Доли источников:
- Горючее топливо: $ \frac{347000}{548076} \times 100\% \approx 63.3\% $
- Ядерная энергия: $ \frac{96968}{548076} \times 100\% \approx 17.7\% $
- Энергия ветра: $ \frac{63006}{548076} \times 100\% \approx 11.5\% $
- Солнечная энергия: $ \frac{41102}{548076} \times 100\% \approx 7.5\% $

3. Казахстан
- Общая выработка: $E_{общ} = 98233 + 8795 + 21 = 107049$ млн кВт·ч.
- Доли источников:
- Горючее топливо: $ \frac{98233}{107049} \times 100\% \approx 91.8\% $
- Гидроэлектростанции: $ \frac{8795}{107049} \times 100\% \approx 8.2\% $
- Энергия ветра: $ \frac{21}{107049} \times 100\% \approx 0.02\% $

Ответ:
На основе данных за 2016 год, структура производства электроэнергии в разрезе стран следующая:
- Япония: Преимущественной технологией является сжигание горючего топлива (67.9%), со значительной долей атомной энергетики (25.6%) и гидроэнергетики (6.4%).
- Германия: Преобладает генерация на горючем топливе (63.3%). Существенную роль играют атомная энергетика (17.7%), а также возобновляемые источники — энергия ветра (11.5%) и солнца (7.5%).
- Казахстан: Производство электроэнергии почти полностью зависит от горючего топлива (91.8%), с небольшой долей гидроэнергетики (8.2%).

2. Сравнение статистических данных за 2016 год с данными за более поздний период (использованы данные за 2022-2023 гг. от Международного энергетического агентства (МЭА) и аналитического центра Ember) выявляет следующие изменения в объеме и технологиях производства электроэнергии.

Важное примечание: Данные по выработке на АЭС в Японии за 2016 год, указанные в исходной таблице (288,230 млн кВт·ч), выглядят аномально высокими для периода после аварии на Фукусиме (2011 г.), когда большинство АЭС были остановлены. По данным МЭА, выработка на АЭС в Японии в 2016 г. составляла около 17,5 ТВт·ч (17 500 млн кВт·ч). Для корректного сравнения динамики будут использованы верифицированные данные из отчетов МЭА и Ember для обоих периодов.

Германия
Изменения по объему и технологиям: Общая выработка электроэнергии в Германии сократилась (с ~607 ТВт·ч в 2016 г. до ~508 ТВт·ч в 2023 г.). Произошел кардинальный сдвиг в структуре генерации. Доля возобновляемых источников энергии (ВИЭ) — ветер, солнце, биомасса, ГЭС — впервые превысила 50% в 2023 году, став доминирующей. Доля ископаемого топлива (уголь и газ) значительно снизилась, хотя и остается важной (~37% в 2023 г.). Атомная энергетика, составлявшая почти 18% в 2016 г. (по данным задачи), была полностью свернута к апрелю 2023 года. Таким образом, Германия совершила переход от ископаемо-атомной к преимущественно возобновляемой генерации.

Япония
Изменения по объему и технологиям: Общий объем производства незначительно снизился (с ~1017 ТВт·ч в 2016 г. до ~991 ТВт·ч в 2022 г.). Доля ископаемого топлива (угля, газа, нефти) сократилась с ~83% до ~70%, но оно по-прежнему является основой энергосистемы. Наблюдается медленное восстановление атомной энергетики: ее доля выросла с ~1.7% в 2016 г. до ~5.5% в 2022 г. за счет перезапуска нескольких реакторов. Наиболее значительный рост показала солнечная энергетика, чья доля в общей выработке увеличилась более чем вдвое — с 4.4% до 9.3%. Технологический сдвиг идет в сторону сокращения зависимости от импортного ископаемого топлива за счет развития ВИЭ (в первую очередь, солнечной) и частичного возврата к атомной энергии.

Казахстан
Изменения по объему и технологиям: Общий объем производства вырос (с ~107 ТВт·ч в 2016 г. до ~115 ТВт·ч в 2022 г.), что отражает рост экономики. Структура генерации изменилась незначительно, но наметились важные тенденции. Ископаемое топливо (в основном уголь) по-прежнему доминирует с огромным отрывом, хотя его доля немного снизилась (с ~92% до ~86%). Доля ГЭС осталась стабильной (~8%). Ключевое изменение — это заметный рост ВИЭ (солнце и ветер) с почти нулевых значений в 2016 г. до ~4.3% от общей выработки в 2022 г. Атомная энергетика в стране по-прежнему отсутствует, но ведутся дискуссии о ее строительстве.

Ответ:
За период с 2016 года по 2022-2023 гг. в рассматриваемых странах произошли следующие изменения:
- Германия: Резкое сокращение доли атомной энергетики (до нуля) и ископаемого топлива, и рост доли ВИЭ, которые стали доминирующим источником энергии.
- Япония: Снижение зависимости от ископаемого топлива при сохранении его доминирующей роли, значительный рост солнечной генерации и медленное восстановление атомной энергетики.
- Казахстан: Рост общего объема производства при сохранении доминирующей роли ископаемого топлива, но с заметным и быстрым ростом сектора ВИЭ с низкой базы.