Энергетический аспект взаимодействия человека и природы

Ветряные мельницы

Первая ветряная мельница для производства электрической энергии была изобретена во второй половине 18 столетия в США Чарльзом Ф. Брашем (Charles F. Brush). К концу 18 столетия в США было 77 фабрик по производству ветряных мельниц и их экспорт в другие страны был весьма значительным.

К 1940 году сотни тысяч турбин были построены в США. Турбина ставилась недалеко от ферм

ерского хозяйства и обеспечивала одну ферму минимальным количеством электроэнергии. С начале 50х годов центральная электрификация всех хозяйств приостановила рост и развитие ветряных турбин почти на 20 лет. В Дании небольшие маломощные мельницы для одной фермы широко использовались в 80х годах. Государство субсидировало постройку таких турбин.

В 1973 году ОПЕК ввело эмбарго на добычу нефти и с тех пор из года в год регулирует количество добываемой нефти. Уменьшение добычи нефти на Ближнем Востоке, увеличение за короткий период времени стоимости на нефть в несколько раз, а также понимание того, что ископаемые источники энергии не бесконечны, заставило ряд государств вернуться к изучению, развитию и внедрению нетрадиционных источников энергии. Одним из таких источников всегда являлась и энергия ветра.

США своим законом от 1978 года обязало коммунальные предприятия скупать лишнюю добытую при помощи ветра электрическую энергию у рядовых граждан. Калифорния – наиболее привлекательный регион в США для установки ветряных ферм не только из-за погодных условий и особенностей ландшафта. Также здесь наиболее привлекательные государственные программы по скупке «ветряного» электричества.

Такие программы по поддержке развития нетрадиционных источников энергии привели к тому, что в наше время на всей планете 2% от всего электричества добывается при помощи ветра и этот процент продолжает увеличиваться из года в год, благодаря уменьшению стоимости данной технологии.

На сегодняшний день Европа стоит на первом месте по использованию энергии ветра. Особенное развитие и использование ветроэнергетика приобрела в Германии, Дании и Испании. В Дании 20% используемой энергии добывается при помощи ветра, а к 2008 году планируется увеличить этот процент до 25.

Развитие технологий использования энергии ветра приводит к тому, что многие страны перешли с одиночных установок ветряных «мельниц», до образования многогектарных «ветровых полей», на которых на близком расстоянии друг от друга устанавливаются сотни ветряков. Так создаются так называемые ветровые фермы.

Ситуация с ветроэнергетикой в нашей стране, такой богатой на ветра и поля, оставляет желать лучшего. Еще при Советском Союзе были попытки организовать «добычу» безопасной энергии. Но низкая цена на ископаемые источники энергии не стимулировала к развитию технологий по использованию возобновляемых источников энергии. И если до 60х годов были неплохие результаты эксплуатации энергии ветра, то после был сделан упор на строительство ГЭС, ТЭС и АЭС.

Водяные мельницы

Не случайно, именно в мукомольном деле возникла первая в истории машина, работавшая без использования мускульной силы человека или животного. Речь идет о водяной мельнице. Но сначала древние мастера должны были изобрести водяной двигатель. Древние водяные машины-двигатели развивались, по видимому, из поливальных машин чадуфонов, при помощи которых поднимали из реки воду для орошения берегов. Чадуфон представлял собой ряд черпаков, которые насаживались на обод большого колеса с горизонтальной осью. При повороте колеса нижние черпаки погружались в воду реки, затем поднимались к верхней точке колеса и опрокидывались в желоб. Сначала такие колеса вращались вручную, но там, где воды мало, а бежит она по крутому руслу быстро, колесо стали снабжать специальными лопатками. Под напором течения колесо вращалось и само черпало воду. Получился простейший насос-автомат, не требующий для своей работы присутствия человека.

Изобретение водяного колеса имело огромное значение для истории техники. Впервые человек получил в свое распоряжение надежный, универсальный и очень простой в своем изготовлении двигатель. Вскоре стало очевидным, что движение, создаваемое водяным колесом, можно использовать не только для качания воды, но и для других надобностей, например, для перемалывания зерна. В равнинных местностях скорость течения рек мала для того чтобы вращать колесо силой удара струи. Для создания нужного напора стали запруживать реку, искусственно поднимать уровень воды и направлять струю по желобу на лопатки колеса. Однако изобретение двигателя сразу породило другую задачу: каким образом передать движение от водяного колеса тому устройству, которое должно совершать полезную для человека работу? Для этих целей был необходим специальный передаточный механизм, который мог бы не только передавать, но и преобразовывать вращательное движение.

Создание водяной мельницы считается важной вехой в истории техники. Она стала первой машиной, получившей применение в производстве, своего рода вершиной, которую достигла античная механика, и исходной точкой для технических поисков механики Возрождения. Ее изобретение было первым робким шагом на пути к машинному производству.

Этот период характерен также переходом от ручного производ­ства к машинному. Появляются ткацкие станки, бумагоделательные машины, лесопилки. Но в качестве тягловой силы по-прежнему используется лошадь. Среднее потребление энергии одним челове­ком возрастает до 1,1 • 105 кДж/сут. Наблюдается рост числа городов и увеличение плотности населения. Увеличилась классовая диффе­ренциация общества. Большая часть энергии шла на удовлетворение потребностей малого количества людей. В это же время предприни­мались многочисленные попытки создать вечный двигатель, использующий кажущееся «самодвижение» воды и воздуха (реки, приливы и отливы, ветер). Это было своеобразным отражением энергетического кризиса, постигшего человечество.

Выход был найден с началом использования перехода химичес­кой энергии, накопленной в ископаемом топливе, в тепловую и применения силы сжатого пара.

1.3. Развитие энергетики

Переход к химичес­кой энергии, накопленной в ископаемом топливе, в тепловую и применения силы сжатого пара. Это — третий этап развития энергетики (с XVIII в. до начала XX в.). В XVII-XVIIIвв. были созданы мерные длительно работающие паровые машины, вначале пригодные лишь для откачивания воды из шахт (паровые насосы). Их КПД был не выше 0,3%.

Первая паровая машина была разработана в Англии знаменитым изобретателем Джеймсом Уаттом во второй половине XVIII в.; одновременно с этим Иван Ползунов разработал двухцилиндровый двигатель. К середине XIX в. паровые машины практически везде пришли на смену воде и ветру. Были построены паровозы и пароходы. Однако их существенными недостатками были низкий КПД, Громадный расход топлива, сложность и громоздкость.

Первым в истории человечества искусственно вызванным химическим процессом было, пожалуй, горение - разложение при помощи окисления растительной массы, имеющей сложный химический состав, на вещества более простые такие, как вода, углекислый газ и др. Огонь помог человеку использовать и другие химические процессы: именно благодаря огню человек смог сделать свои продукты питания мягче, вкуснее и удобоваримее.

 Скачать реферат