Задание 2, страница 45 - гдз по физике 11 класс учебник Закирова, Аширов

Задание 2

1. На основе представленного рейтинга производства электроэнергии в 2016 г. составьте диаграммы «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?

Горючее топливо

Гидроэлектростанции

Ядерная энергия

Солнечная энергия

Энергия ветра

Геотермальная энергия

1. На основе представленного рейтинга производства электроэнергии в 2016 г. составьте диаграммы «Преимущественные технологии производства электроэнергии в Японии, Германии и Казахстане».

Для определения преимущественных технологий производства электроэнергии в каждой стране необходимо рассчитать общую выработку электроэнергии на основе представленных данных за 2016 год и определить долю каждого источника.

Дано:

Данные по выработке электроэнергии в 2016 г. (млн кВт·ч):
Япония:
Горючее топливо (E_гт) = 765 570
Ядерная энергия (E_яэ) = 288 230
Гидроэлектростанции (E_гэс) = 71 909
Геотермальная энергия (E_гео) = 1 556
Германия:
Горючее топливо (E_гт) = 347 000
Ядерная энергия (E_яэ) = 96 968
Энергия ветра (E_вет) = 63 006
Солнечная энергия (E_сол) = 41 102
Казахстан:
Горючее топливо (E_гт) = 98 233
Гидроэлектростанции (E_гэс) = 8 795
Энергия ветра (E_вет) = 21
Ядерная, солнечная, геотермальная энергия = 0 (не производит)

Перевод в систему СИ (Джоуль):
1 кВт·ч = $3.6 \times 10^6$ Дж, следовательно 1 млн кВт·ч = $3.6 \times 10^{12}$ Дж.
Япония:
E_гт = $765570 \times 3.6 \times 10^{12} \approx 2.756 \times 10^{18}$ Дж
E_яэ = $288230 \times 3.6 \times 10^{12} \approx 1.038 \times 10^{18}$ Дж
E_гэс = $71909 \times 3.6 \times 10^{12} \approx 2.589 \times 10^{17}$ Дж
E_гео = $1556 \times 3.6 \times 10^{12} \approx 5.602 \times 10^{15}$ Дж
Германия:
E_гт = $347000 \times 3.6 \times 10^{12} \approx 1.249 \times 10^{18}$ Дж
E_яэ = $96968 \times 3.6 \times 10^{12} \approx 3.491 \times 10^{17}$ Дж
E_вет = $63006 \times 3.6 \times 10^{12} \approx 2.268 \times 10^{17}$ Дж
E_сол = $41102 \times 3.6 \times 10^{12} \approx 1.480 \times 10^{17}$ Дж
Казахстан:
E_гт = $98233 \times 3.6 \times 10^{12} \approx 3.536 \times 10^{17}$ Дж
E_гэс = $8795 \times 3.6 \times 10^{12} \approx 3.166 \times 10^{16}$ Дж
E_вет = $21 \times 3.6 \times 10^{12} \approx 7.56 \times 10^{13}$ Дж

Найти:

Доли (%) различных технологий в общей выработке электроэнергии для Японии, Германии и Казахстана, чтобы определить преимущественные.

Решение:

Доля каждой технологии рассчитывается по формуле:
Доля (%) = $(E_{технологии} / E_{общая}) \times 100\%$

Анализ для Японии:
Общая выработка: $E_{общая} = 765570 + 288230 + 71909 + 1556 = 1127265$ млн кВт·ч.
Доля горючего топлива: $(765570 / 1127265) \times 100\% \approx 67.9\%$
Доля ядерной энергии: $(288230 / 1127265) \times 100\% \approx 25.6\%$
Доля ГЭС: $(71909 / 1127265) \times 100\% \approx 6.4\%$
Доля геотермальной энергии: $(1556 / 1127265) \times 100\% \approx 0.1\%$
Вывод по Японии: Преимущественной технологией является сжигание горючего топлива (более двух третей всей выработки). Ядерная энергетика также играет значительную роль, составляя четверть производства.

Анализ для Германии:
Общая выработка: $E_{общая} = 347000 + 96968 + 63006 + 41102 = 548076$ млн кВт·ч.
Доля горючего топлива: $(347000 / 548076) \times 100\% \approx 63.3\%$
Доля ядерной энергии: $(96968 / 548076) \times 100\% \approx 17.7\%$
Доля энергии ветра: $(63006 / 548076) \times 100\% \approx 11.5\%$
Доля солнечной энергии: $(41102 / 548076) \times 100\% \approx 7.5\%$
Вывод по Германии: Основной технологией является использование горючего топлива. Однако возобновляемые источники (ветер и солнце) в сумме дают значительную долю (около 19%), что сопоставимо с долей ядерной энергетики.

Анализ для Казахстана:
Общая выработка: $E_{общая} = 98233 + 8795 + 21 = 107049$ млн кВт·ч.
Доля горючего топлива: $(98233 / 107049) \times 100\% \approx 91.8\%$
Доля ГЭС: $(8795 / 107049) \times 100\% \approx 8.2\%$
Доля энергии ветра: $(21 / 107049) \times 100\% \approx 0.02\%$
Вывод по Казахстану: Производство электроэнергии почти полностью зависит от сжигания горючего топлива (в основном угля). Гидроэнергетика является вторым по значимости, но значительно уступает основному источнику.

Ответ:
В 2016 году преимущественные технологии производства электроэнергии были следующими:

• Япония: Горючее топливо (67.9%), на втором месте – ядерная энергия (25.6%).
• Германия: Горючее топливо (63.3%), со значительными долями ядерной энергии (17.7%) и возобновляемых источников (ветер и солнце суммарно около 19%).
• Казахстан: Подавляющее доминирование горючего топлива (91.8%).

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?

Для сравнения используются данные за 2022-2023 годы, так как это самые свежие полные статистические данные, доступные из открытых источников (например, отчеты IEA, Ember).

Сравнение для Японии:
Объем: В 2016 году суммарная выработка по указанным технологиям составила ~1 127 ТВт·ч. В 2022 году общая выработка электроэнергии в Японии составила около 990 ТВт·ч. Произошло общее снижение объема производства.
Технологии:
- Горючее топливо: Остается доминирующим источником, его доля сохранилась на уровне около 70-73%. Основу составляют сжиженный природный газ (СПГ) и уголь.
- Ядерная энергия: Доля резко сократилась по сравнению с 2016 годом. После аварии на Фукусиме большинство реакторов были остановлены. В 2022 году доля атомной генерации составила всего около 5-6% от общей выработки, что значительно ниже 25.6% в 2016 году.
- Возобновляемые источники (ВИЭ): Произошел значительный рост. Доля солнечной энергетики выросла до ~10%. Суммарно ВИЭ (включая ГЭС, солнце, ветер, биомассу) обеспечивают более 20% электроэнергии. Рост доли ВИЭ частично компенсировал падение атомной генерации.

Сравнение для Германии:
Объем: В 2016 году выработка по указанным технологиям составила ~548 ТВт·ч. В 2022 году общая выработка была около 509 ТВт·ч. Объем незначительно снизился.
Технологии:
- Возобновляемые источники (ВИЭ): Произошел качественный скачок. В 2022-2023 годах ВИЭ (ветер, солнце, биомасса, ГЭС) впервые стали главным источником электроэнергии, их суммарная доля превысила 50%. Особенно выросла доля ветровой и солнечной генерации.
- Горючее топливо: Доля снизилась, но в 2022 году наблюдался временный рост выработки на угле из-за энергетического кризиса и сокращения поставок газа из России. Тем не менее, общая тенденция направлена на отказ от угля.
- Ядерная энергия: В соответствии с политикой поэтапного отказа, доля атомной энергетики неуклонно снижалась. В 2022 году она составила около 6% (по сравнению с 17.7% в 2016), а в апреле 2023 года были остановлены последние три АЭС.

Сравнение для Казахстана:
Объем: В 2016 году выработка составила ~107 ТВт·ч. В 2022 году объем производства вырос и составил около 115 ТВт·ч. Наблюдается рост энергопотребления и производства.
Технологии:
- Горючее топливо: Структура генерации изменилась незначительно. Сжигание ископаемого топлива (преимущественно угля) по-прежнему является основой энергетики, составляя около 85-90% всей выработки.
- Гидроэлектростанции: Доля ГЭС остается стабильной, около 8-10%.
- Возобновляемые источники (ВИЭ): Наблюдается заметный рост с очень низкой базы. В 2016 году их доля была ничтожно мала (~0.02%). К 2022 году доля ВИЭ (в основном ветровые и солнечные станции) выросла до 4.5-5%. Несмотря на быстрый относительный рост, их абсолютный вклад в энергобаланс пока невелик.

Ответ:
За период с 2016 года по настоящее время произошли следующие ключевые изменения:

• Япония: Произошло снижение общего объема производства. Ключевое изменение в технологиях — резкое падение доли ядерной генерации и значительный рост доли солнечной энергии при сохранении доминирования ископаемого топлива.
• Германия: Произошел фундаментальный сдвиг в структуре производства: возобновляемые источники стали доминирующими (более 50% выработки), а ядерная энергетика была полностью свернута.
• Казахстан: Объем производства вырос. Технологическая структура осталась в целом прежней, с подавляющим доминированием угольной генерации. Однако наблюдается активный, хотя и с низкой базы, рост доли возобновляемых источников энергии.