Потребность человечества в энергии можно разделить на два типа. Во-первых, человеку требуются свет и тепло (для приготовления пищи, а также для отопления жилых и производственных помещений). Во-вторых, энергию используют в производстве и обслуживании, в домохозяйствах и в общественном секторе при работе на станках, выполняющих механическую работу, а также в устройствах, собирающих, хранящих, обрабатывающих и передающих информацию.
Уровень потребления энергии на душу населения также является наглядным показателем общего уровня развития государства: чем более развито общество, тем больше энергии расходуется в домохозяйствах, работе транспорта и общественных местах (например, уличное освещение) и пр.
Развитие современной энергетики
Огромное влияние на развитие человечества оказывало то, насколько доступна была энергия (насколько она дорогая или дешевая). Чем больше энергии удавалось получить, тем больше использовалось потребляющих энергию машин и устройств и тем меньше приходилось заниматься тяжелым физическим трудом.
В наше время расходы на энергию включены в стоимость всех товаров и услуг, что делает ее одним из важнейших факторов, оказывающих влияние на состояние экономики как отдельных государств, так и всего мира. Чем выше цена, по которой предприятия вынуждены покупать энергию, тем меньше продукции они могут производить и тем эта продукция дороже. Это правило действует и в обратном направлении.
Получением энергии из природных источников, ее преобразованием в подходящую для использования форму и передачей потребителю занимается такая область экономической деятельности, как энергетика. Первым источником энергии, который стал использоваться человеком, была древесина. Более того, она оставалась главным источником энергии вплоть до конца XVIII века, хотя за это время человек научился использовать как энергию текущей воды (водяные мельницы), так и энергию ветра (парусные корабли, ветряные мельницы). В некоторых регионах умели использовать и ископаемое, или фоссильное, топливо (каменный и бурый уголь, нефть).
Во второй половине XVIII века в Великобритании началась промышленная революция, в ходе которой широкое применение получило именно ископаемое топливо. Освоение ископаемого топлива было столь же значительным событием в истории человечества, как и переход к оседлому образу жизни, когда появилось земледелие: оба фактора оказали на общество переломное и необратимое воздействие. Человек вступил в эпоху мнимого энергетического изобилия: энергии было столько, сколько люди успевали добыть из недр земли. Невозможно переоценить важность изобретения паровой машины в 1765 году. Изначально энергия паровой машины использовалась для выкачивания из угольных шахт воды: таким образом применение угля (как топлива для паровой машины) позволило добывать еще больше угля, затрачивая меньше усилий. В скором времени паровую машину начали использовать на фабриках, что привело к существенному росту производительности труда. Спустя некоторое время был изобретен паровоз, который можно было использовать для перевозки угля. Благодаря этому техническому новшеству отпала необходимость расположения фабрик поблизости от угольной шахты. Отныне предприятия можно было строить в городах, где хватало рабочих рук, а также имелся рынок для сбыта продукции. Зависимость от месторасположения источника энергии еще больше уменьшилась с началом применения электроэнергии.
В индустриальную эпоху паровые двигатели, работающие на угле, смогли увеличить производительность в десятки раз. Таким образом были созданы первые современные заводы и фабрики.
В середине XIX века люди приступили к добыче нефти в коммерческих целях, однако настоящий нефтяной бум начался на рубеже XIX–ХХ веков, когда был изобретен гораздо более мощный, чем паровая машина, двигатель внутреннего сгорания, работающий на жидком топливе (бензин, дизельное топливо). В сравнении с углем жидкое топливо отличается более высокой энергоемкостью и оно гораздо проще в обращении. Началась масштабная моторизация, нефть стала важнейшим стратегическим ресурсом, а также сырьем для химической промышленности ХХ века.
Жидкое топливо намного удобнее в использовании, чем твердое. Жидкость можно переливать и перекачивать, точно дозировать и легко транспортировать, а компактный двигатель внутреннего сгорания, работающий на жидком топливе, заложил основу для моторизации транспорта и до сих пор является наиболее распространенным источником энергии для транспортных средств.
Неравномерное распределение запасов нефти в мире вызывало напряженность в международных отношениях, что в некоторых случаях приводило к военным конфликтам. В середине ХХ века все более очевидным становилось разрушительное воздействие, которое ископаемые виды топлива оказывали на окружающую среду. Эти обстоятельства вынуждали использовать альтернативные источники энергии. Из невозобновляемых источников энергии начали использовать ядерное топливо и природный газ. Однако в наше время мир – и в первую очередь развитые страны, – начинают ориентироваться на возобновляемые источники энергии, все более активно используя энергию солнца, ветра, воды, приливов и отливов, геотермальную энергию, а также энергию биомассы.
Разделение источников энергии на возобновляемые и невозобновляемые основано на том, в каком объеме энергетический ресурс можно использовать в сравнении с нынешними потребностями человека. Один из важнейших энергетических ресурсов Эстонии – торф – относится к числу невозобновляемых источников энергии. Толщина слоя торфа в Эстонии растет со скоростью 1 мм в год, и этого недостаточно для того, чтобы необходимое для промышленного производства количество торфа успевало восстановиться за несколько поколений. При нынешних средних темпах добычи торфа на восстановление его залежей уйдут тысячи лет и десятки поколений. По этой причине торф считают ископаемым топливом.
Дополнительный материал. От мышечной силы до нефти
В экономическом, технологическом и социально-культурном плане общество совершило резкий скачок в развитии только на протяжении нескольких последних веков. До этого развитию препятствовал в первую очередь дефицит энергии, т. е. неумение эффективно использовать источники энергии. На протяжении долгого времени в основном использовалась мышечная сила человека. Выживание каждой отдельной личности и общества в целом зависело от способности выполнять тяжелейшую физическую работу, которая часто приводила к травмам, болезням и ранней смерти. Например, считается, что в строительстве Великой Китайской стены участвовал, по меньшей мере, один миллион человек, половина из которых умерла при строительстве. Транспорт также был медленным и требовал колоссальных усилий.
В аграрном обществе для получения механической энергии начали использовать тягловых животных, а тепловую энергию получали, сжигая навоз.
На протяжении тысячелетий для человека главным источником энергии (в первую очередь, тепла) являлась древесина, основными недостатками которой были дороговизна и сложность транспортировки (за исключением случаев, когда бревна можно было сплавлять по рекам). Еще в Древнем мире человек научился использовать энергию воды: в IV–III веке до н. э. греческие инженеры при помощи водяного колеса получали воду для орошения полей. Энергию ветра начали использовать сначала на парусных судах, а затем на ветряных мельницах. Но гидроэнергию и энергию ветра можно было использовать только в определенных местах и при определенных условиях.
Это водяное колесо находится в Хаме, Сирия (Google maps). Доподлинно неизвестно, когда оно было построено, но подобное сооружение было изображено на древней мозаике, датируемой 469 годом. Можно предположить, что водяное колесо было построено не позднее V века, но, возможно, и несколькими веками ранее.
В северо-восточном Китае каменный уголь использовали для выплавки меди еще за 1000 лет до н. э. Первую информацию об использовании каменного угля в Европе можно прочесть в трудах древнегреческого философа Теофраста (371–287 до н. э.). В 1550 году в Англии добывалось около 210 000 тонн каменного угля, в 1630 году – уже 5,1 миллиона тонн. Освоение каменного угля стало чем-то бόльшим, чем просто появлением очередного источника энергии. Во все предыдущие эпохи общество в той или иной степени зависело от возобновляемых источников энергии: от биомассы (дрова), воды и ветра, а также от мышечной силы человека и животных. Только после того как массовая вырубка леса (для кораблестроения, выплавки железа) привела к дефициту древесины (см. параграф 2.4), люди начали добывать каменный уголь. Каменный уголь, изначально использовавшийся исключительно в качестве топлива для паровой машины, послужил ключом к промышленной революции, ставшей переломным моментом в истории развития человечества.
До XIX века людям приходилось работать в основном при дневном свете. Все изменилось, когда начали добывать и перерабатывать каменный уголь. Побочными продуктами его переработки были масло и газ, которые начали использовать в светильниках. Газовое уличное освещение впервые появилось в Англии в 1807 году. Спустя шесть лет газовое освещение начали использовать в производственных зданиях, первым из которых стала хлопкопрядильная фабрика в штате Род-Айленд, США. Искусственное освещение позволило удлинить рабочий день.
Считается, что шумеры использовали нефть еще 3000–4000 лет назад, а в Китае, вероятно, еще раньше научились делать из нефти керосин. С середины XVIII века технология переработки нефти постоянно развивалась. Увеличивались и объемы добычи нефти, поскольку индустриализация вступила в период, когда жидкое топливо требовалось во все больших объемах. В 1855 году канадский физик Абрахам Геснер запатентовал метод, позволяющий производить керосин из каменного угля и нефти. Керосин был значительно дешевле китового жира, поэтому его было выгоднее использовать в лампах.
В 1859 году в Пенсильвании (США) начала свою работу первая коммерческая буровая нефтяная вышка. Поначалу «черное золото» использовалось исключительно в качестве топлива для ламп. Однако спрос на нефть начал быстро расти после изобретения двигателя внутреннего сгорания, который применяли в автомобилях. В модели автомобиля Ford 1892 года в качестве топлива уже использовался бензин. Нефть является также важным сырьем химической промышленности – из нее производятся различные виды пластика, смазка, пестициды и пр.
ХХ век можно заслуженно назвать нефтяным. С начала прошлого столетия объемы производства т. н. черного золота увеличивались быстрее, чем население планеты.
Определения
- энергетика – отрасль экономики занимающаяся получением, преобразованием и распределением энергетических ресурсов (производство топлива, тепловой энергии и электроэнергии, а также передача энергии потребителям)
- ископаемое топливо – содержащие органическую материю горючие смеси веществ (нефть, бурый и каменный уголь, природный газ, горючий сланец, торф), образовавшиеся из останков населявших Землю миллионы лет назад организмов; после захоронения под слоем осадков органические остатки преобразовались под воздействием высокого давления; добыть энергию из этих веществ возможно только посредством их сжигания
- невозобновляемые источники энергии – источники энергии, которые не восстанавливаются либо восстанавливаются на протяжении чрезвычайно продолжительного по меркам человека периода (ископаемое и ядерное топливо)
- возобновляемые источники энергии – источник энергии, запас которого либо является практически неисчерпаемым (солнечная радиация, ветер, вода, приливы и отливы, внутреннее тепло Земли), либо восстанавливается в ходе естественных процессов за короткий промежуток времени (биомасса)
