Вопросы, страница 119 - гдз по физике 8 класс учебник Кабардин

Вопросы

1. Почему ведётся поиск альтернативных источников энергии?

2. Каким требованиям должны удовлетворять альтернативные источники энергии?

3. Какие примеры использования альтернативных источников энергии вы знаете?

4. Какие виды альтернативных источников энергии вы считаете наиболее перспективными?

5. Какие ещё варианты решения глобальной проблемы «энергетического голода» в ближайшем будущем вам представляются возможными?

1. Поиск альтернативных источников энергии ведётся по нескольким ключевым причинам, связанным с недостатками традиционных, в первую очередь ископаемых, источников (угля, нефти, газа).

Во-первых, ископаемые виды топлива являются невозобновляемыми ресурсами. Их запасы на планете ограничены, и по мере их истощения добыча становится всё сложнее и дороже. Это создаёт угрозу для долгосрочной энергетической безопасности человечества.

Во-вторых, сжигание ископаемого топлива наносит значительный вред окружающей среде. Выбросы парниковых газов, в основном углекислого газа ($CO_2$), являются главной причиной глобального потепления и изменения климата. Кроме того, в атмосферу попадают загрязняющие вещества (оксиды серы и азота, твёрдые частицы), которые вызывают кислотные дожди, смог и респираторные заболевания.

В-третьих, мировая экономика и политика сильно зависят от рынков ископаемого топлива. Неравномерное распределение этих ресурсов по планете приводит к геополитической напряжённости, ценовой нестабильности и зависимости стран-импортёров от стран-экспортёров.

В-четвёртых, мировое потребление энергии постоянно растёт из-за увеличения численности населения и экономического развития. Традиционные источники не смогут устойчиво удовлетворять этот растущий спрос без усугубления перечисленных проблем.

Ответ: Поиск альтернативных источников энергии обусловлен необходимостью преодолеть проблемы, связанные с традиционной энергетикой: исчерпаемостью ископаемых ресурсов, негативным влиянием на окружающую среду и климат, геополитической нестабильностью, а также необходимостью удовлетворить растущий мировой спрос на энергию.

2. Альтернативные источники энергии должны соответствовать ряду строгих требований, чтобы стать эффективной и безопасной заменой традиционным.

Экологическая безопасность. Главное требование — минимальное воздействие на окружающую среду. Это означает отсутствие или крайне низкий уровень выбросов парниковых газов и других загрязняющих веществ, а также минимальное вмешательство в экосистемы при строительстве и эксплуатации энергетических объектов.

Возобновляемость. Источник должен быть практически неисчерпаемым в масштабах человеческой цивилизации. К таким относятся солнечный свет, ветер, вода, геотермальное тепло Земли.

Экономическая целесообразность. Стоимость производимой энергии (включая затраты на строительство, эксплуатацию и утилизацию) должна быть конкурентоспособной по сравнению со стоимостью энергии из традиционных источников. С развитием технологий стоимость «зелёной» энергии постоянно снижается.

Надёжность и стабильность. Источник должен обеспечивать бесперебойное снабжение энергией. Это является сложной задачей для таких источников, как солнце и ветер, чья доступность зависит от погоды и времени суток. Проблема решается с помощью систем накопления энергии (аккумуляторы, гидроаккумулирующие станции) и создания умных энергосетей (Smart Grid).

Безопасность. Технологии должны быть безопасны для персонала, населения и окружающей среды на всех этапах жизненного цикла — от производства оборудования до его утилизации.

Масштабируемость. Технология должна позволять создавать как малые установки для частных домов, так и крупные электростанции, способные обеспечивать энергией целые города и промышленные регионы.

Ответ: Альтернативные источники энергии должны быть экологически безопасными, возобновляемыми, экономически выгодными, надёжными, безопасными в эксплуатации и масштабируемыми для широкого применения.

3. Примеры использования альтернативных источников энергии сегодня можно встретить по всему миру в различных масштабах.

Солнечная энергетика:

– Фотоэлектрические панели (солнечные батареи) на крышах частных домов и общественных зданий для выработки электричества.

– Крупные солнечные электростанции (СЭС) в пустынных и солнечных регионах, занимающие сотни гектаров и снабжающие энергией города.

– Солнечные коллекторы для нагрева воды в быту и промышленности.

– Автономное питание уличных фонарей, дорожных знаков и удалённых устройств.

Ветроэнергетика:

– Ветроэнергетические установки (ВЭУ) или «ветряки», объединённые в ветропарки на суше (onshore) и в море (offshore) для промышленной генерации электроэнергии.

– Небольшие ветрогенераторы для энергоснабжения ферм или отдельных домов.

Гидроэнергетика:

– Традиционные гидроэлектростанции (ГЭС) на реках, использующие энергию падающей воды.

– Приливные (ПЭС) и волновые электростанции, использующие энергию морских приливов и волн.

Геотермальная энергетика:

– Геотермальные электростанции (ГеоЭС), использующие тепло земных недр для производства пара, вращающего турбины (например, в Исландии, США, на Камчатке).

– Геотермальные тепловые насосы для отопления и кондиционирования зданий.

Биоэнергетика:

– Сжигание биомассы (древесных отходов, соломы, торфа) на ТЭЦ для получения тепла и электричества.

– Производство биотоплива (биоэтанола, биодизеля) из растительного сырья для заправки транспорта.

– Получение биогаза из органических отходов на свалках и животноводческих фермах.

Ответ: Примеры использования альтернативной энергетики включают солнечные панели на крышах, крупные ветропарки, гидроэлектростанции, геотермальные станции для отопления и выработки электричества, а также сжигание биомассы и производство биотоплива.

4. Наиболее перспективными видами альтернативных источников энергии на сегодняшний день можно считать комплексное использование нескольких технологий, но с особым акцентом на солнечную и ветровую энергетику в краткосрочной и среднесрочной перспективе, а также термоядерный синтез в долгосрочной.

Солнечная и ветровая энергетика уже сегодня являются лидерами по темпам роста. Стоимость их технологий за последнее десятилетие резко упала, сделав их экономически конкурентоспособными во многих регионах мира. Главный их недостаток — прерывистость (зависимость от погоды и времени суток) — активно решается за счёт развития систем накопления энергии (в первую очередь, аккумуляторных батарей) и строительства «умных сетей». Их потенциал огромен и может покрыть значительную часть мировых энергопотребностей.

Термоядерная энергетика (управляемый термоядерный синтез) — это источник энергии будущего, который считается «святым Граалем» энергетики. В теории он способен обеспечить человечество практически неисчерпаемым, экологически чистым и безопасным источником энергии. Топливом для него служат изотопы водорода (дейтерий и тритий), которые можно получать из воды. Однако, несмотря на активные исследования (например, проект ITER), до коммерческого использования этой технологии ещё несколько десятилетий.

Зелёный водород, получаемый методом электролиза воды с использованием возобновляемой энергии, также является крайне перспективным направлением. Он может служить не только для выработки электричества, но и как топливо для транспорта, сырьё для химической промышленности и, что особенно важно, как способ долгосрочного хранения энергии.

Ответ: Наиболее перспективными в ближайшие десятилетия являются солнечная и ветровая энергетика в связке с системами накопления энергии. В долгосрочной перспективе главным кандидатом на решение энергетических проблем является управляемый термоядерный синтез, а важным связующим звеном — зелёный водород.

5. Решение проблемы «энергетического голода» заключается не только в поиске новых источников энергии (на стороне предложения), но и в оптимизации её потребления (на стороне спроса). В ближайшем будущем возможны следующие варианты решения:

Энергоэффективность и энергосбережение. Это самый дешёвый и быстрый способ снизить нагрузку на энергосистему. Он включает в себя утепление зданий, использование энергосберегающих приборов (например, светодиодных ламп), модернизацию промышленных процессов для снижения энергозатрат, развитие общественного транспорта и велоинфраструктуры для уменьшения использования личных автомобилей. Часто говорят, что «сэкономленный киловатт — самый чистый киловатт».

Развитие систем накопления энергии. Аккумуляторы большой ёмкости, гидроаккумулирующие электростанции (ГАЭС), хранение энергии в виде сжатого воздуха или водорода — всё это ключевые технологии, которые позволяют сгладить прерывистость генерации от солнца и ветра и сделать энергосистему более гибкой и надёжной.

Создание «умных сетей» (Smart Grids). Это модернизированные электросети, которые с помощью цифровых технологий могут в реальном времени отслеживать и управлять потоками энергии. Они позволяют эффективно интегрировать множество распределённых источников (солнечные панели на крышах, ветряки), снижать потери при передаче и стимулировать потребителей к снижению нагрузки в пиковые часы.

Развитие атомной энергетики нового поколения. Речь идёт о более безопасных и эффективных реакторах, таких как малые модульные реакторы (ММР). Они могут строиться быстрее, имеют улучшенные системы безопасности и могут быть размещены ближе к потребителям, обеспечивая стабильную, безуглеродную энергию.

Переход к циркулярной экономике. Концепция, направленная на максимальное повторное использование ресурсов и минимизацию отходов. Продление срока службы товаров, их ремонт, переработка и повторное использование значительно снижают потребность в энергии, которая тратится на добычу сырья и производство новой продукции.

Ответ: Помимо развития возобновляемых источников, ключевыми вариантами решения проблемы «энергетического голода» являются повышение энергоэффективности во всех секторах, развитие систем накопления энергии и умных сетей, внедрение безопасных атомных технологий нового поколения и переход к модели циркулярной экономики.