Климатические и космические ресурсы мира. Использование космических ресурсов
В настоящее время достаточно большое внимание уделяется использованию альтернативных источников всевозможных ресурсов. К примеру, человечество уже давно занимается разработками получения энергии из возобновляемых веществ и материалов, таких как тепло ядра планеты, приливы, солнечный свет и так далее. В нижеприведенной статье будут рассмотрены климатические и космические ресурсы мира. Их основное достоинство заключается в том, что они являются возобновляемыми. Следовательно, их многократное использование в достаточной степени эффективно, а запасы можно считать безграничными.
Первая категория
Под климатическими ресурсами традиционно понимается энергия солнца, ветра и так далее. Данный термин определяет различные неисчерпаемые природные источники. А свое название подобная категория получила в результате того, что ресурсы, входящие в ее состав, характеризуются теми или иными особенностями климата региона. Помимо этого в данной группе выделяют также подкатегорию. Она носит название агроклиматических ресурсов. Основными определяющими факторами, влияющими на возможность развития подобных источников, являются воздух, тепло, влага, свет и прочие питательные вещества.
Космические ресурсы
В свою очередь, вторая из представленных ранее категорий объединяет неисчерпаемые источники, которые находятся вне пределов нашей планеты. К числу подобных можно отнести всем известую энергию Солнца. Ее и рассмотрим подробнее.
Способы использования
Для начала охарактеризуем основные направления развития солнечной энергетики как составляющую группы «Космические ресурсы мира». В настоящее время выделяют две основополагающие идеи. Первая заключается в запуске на околоземную орбиту специального спутника, оснащенного значительным количеством солнечных батарей. Посредством фотоэлементов попадающий на их поверхность свет будет преобразовываться в электрическую энергию, а после передаваться на специальные станции-приемники на Земле. Вторая идея основана на схожем принципе. Отличие заключается в том, что космические ресурсы будут собираться посредством солнечных батарей, которые будут установлены на экваторе естественного спутника Земли. В таком случае система будет образовывать так называемый «лунный пояс».
Передача энергии
Конечно, космические природные ресурсы, как и любые другие, считаются малоэффективными без соответствующего развития данной отрасли. А для этого необходима эффективная выработка, которая невозможна без высококачественной транспортировки. Следовательно, значительное внимание необходимо уделить способам передачи энергии от солнечных батарей на Землю. В настоящее время разработано два основных способа: посредством радиоволн и светового луча. Однако на данном этапе возникла проблема. Беспроводная передача энергии на Землю должна безопасно доставлять ресурс космический. Аппарат, который в свою очередь будет осуществлять подобные действия, не должен оказывать разрушающего воздействия на окружающую среду и организмы, живущие в ней. К сожалению, передача преобразованной электрической энергии в некотором диапазоне частот способна ионизировать атомы веществ. Таким образом, недостаток системы заключается в том, что космические ресурсы можно будет передать только на достаточно ограниченном количестве частот.
Плюсы и минусы
Как и у любой другой технологии, у представленной ранее существуют свои особенности, преимущества и недостатки. К числу достоинств можно отнести то, что космические ресурсы за пределами околоземного пространства будут в значительно большем доступе для использования. К примеру, солнечная энергия. На поверхность планеты попадает лишь 20-30% от всего света, испускаемого нашей звездой. В то же время фотоэлемент, который будет расположен на орбите, получит более 90%. Помимо этого, среди достоинств, которыми обладают космические ресурсы мира, можно выделить долговечность используемых конструкций. Подобное обстоятельство возможно в связи с тем, что за пределами планеты нет ни атмосферы, ни воздействия разрушающего действия кислорода и других ее элементов. Тем не менее космические ресурсы Земли обладают значительным количеством недостатков. Одним из первых стоит высокая стоимость установок по добыче и транспортировке. Вторым можно считать труднодоступность и сложность эксплуатации. Помимо этого потребуется еще и значительное количество специально обученного персонала. Третьим недостатком подобных систем можно считать значительные потери при передаче энергии от космической станции на Землю. По подсчетам специалистов вышеописанная транспортировка будет отнимать до 50 процентов от всего выработанного электричества.
Важные особенности
Как уже говорилось ранее, рассматриваемая технология обладает некоторыми отличительными характеристиками. Однако именно они определяют легкодоступность космической энергетики. Перечислим наиболее важные из них. В первую очередь следует отметить проблематику нахождения станции-спутника на одном месте. Как и во всех прочих законах природы, здесь будет работать правило действия и противодействия. Следовательно, с одной стороны будет сказываться давление потоков солнечной радиации, а с другой — электромагнитное излучение планеты. Заданное изначально положение спутника должны будут поддерживать климатические и космические ресурсы. Сообщение между станцией и приемниками на поверхности планеты надлежит поддерживать на высоком уровне и обеспечивать требуемой степенью безопасности и точности. Это вторая особенность, которой характеризуется использование космических ресурсов. К третьему традиционно относят эффективную работоспособность фотоэлементов и электронных компонентов даже в сложных условиях, например, при высоких значениях температур. Четвертая особенность, которая в настоящее время не позволяет обеспечить общедоступность вышеописанных технологий, заключается в достаточно высокой стоимости как ракет-носителей, так и непосредственно самих космических электростанций.
Прочие возможности
В связи с тем что ресурсы, которые в настоящее время имеются на Земле, в большинстве своем являются невозобновляемыми, а их потребление человечеством с течением времени, наоборот, увеличивается, с приближением момента полнейшего исчезновения важнейших ресурсов люди все больше задумываются об использовании альтернативных источников энергии. В том числе к ним относят и космические запасы веществ и материалов. Однако помимо возможности эффективной добычи из энергии Солнца человечество рассматривает и прочие не менее интересные возможности. К примеру, разработка месторождений ценных для землян веществ может проводиться на космических телах, расположенных в нашей Солнечной системе. Рассмотрим некоторые из них подробнее.
Полеты на нее уже довольно давно перестали быть аспектами научной фантастики. В настоящее время спутник нашей планеты бороздят исследовательские зонды. Именно благодаря им человечество узнало, что лунная поверхность имеет состав, схожий с земной корой. Следовательно, там возможна разработка месторождений таких ценных веществ, как титан и гелий.
На так называемой «красной» планете также много всего интересного. Согласно исследованиям, кора Марса в гораздо большей степени богата чистыми металлическими рудами. Таким образом, на нем в будущем может начаться разработка месторождений меди, олова, никеля, свинца, железа, кобальта и прочих ценных веществ. Кроме того, возможно, именно Марс будет считаться главным поставщиком редких металлических руд. К примеру, таких как рутений, скандий или торий.
Планеты-гиганты
Даже дальние соседи нашей планеты могут снабжать нас многими необходимыми для нормального существования и дальнейшего развития человечества веществами. Таким образом, колонии на дальних рубежах нашей Солнечной системы будут поставлять на Землю ценное химическое сырье.
Астероиды
В настоящее время ученые постановили, что именно вышеописанные космические тела, бороздящие пространства Вселенной, могут стать наиболее важными станциями по обеспечению множеством необходимых ресурсов. Например, на некоторых астероидах при помощи специализированной техники и тщательного анализа полученных данных были обнаружены такие ценные металлы, как рубидий и иридий, а также железо. Помимо прочего, вышеописанные космические тела являются отличными поставщиками сложного соединения, которое носит название дейтерий. В дальнейшем планируется использование именно этого вещества в качестве основного топливного сырья для электрических станций будущего. Отдельно следует отметить еще один жизненно важный вопрос. В настоящее время определенный процент населения Земли страдает от постоянной нехватки воды. В будущем подобная проблема может распространиться на большей части территории планеты. В таком случае именно астероиды могут стать поставщиками подобного жизненно необходимого ресурса. Поскольку на многих из них содержится пресная вода в виде льда.
Источник
Климатические и космические ресурсы Земли
Климатические и космические ресурсы являются неисчерпаемыми природными ресурсами, которые присутствуют в неограниченном количестве на Земле и не могут быть истощены или исчерпаны в связи с деятельностью человечества. Примерами таких ресурсов являются солнечная, ветровая энергия и т.д.
Климатические и космические ресурсы прямо или косвенно влияют на жизнь на Земле. К тому, же в последнее время они набирают популярность в качестве альтернативных источников энергии. Альтернативная энергетика предусматривает использование безопасных для окружающей среды источников тепловой, механической или электрической энергии.
Энергия Солнца
Солнечная энергия в той или иной форме является источником почти всей энергии на Земле, который можно считать неисчерпаемым природным ресурсом.
Роль солнечной энергии
Солнечный свет помогает растениям производить питательные вещества, а также вырабатывать кислород, которым мы дышим. Благодаря солнечной энергии, вода в реках, озерах, морях и океанах испаряется, затем формируются облака и выпадают атмосферные осадки.
Люди, как и все другие живые организмы зависят от Солнца, для получения тепла и пищи. Тем не менее, человечество также использует солнечную энергию и во многих других формах. Например, из ископаемых видов топлива получают тепло и/или электроэнергию и, по существу, эти минеральные ресурсы накапливали солнечную энергию на протяжении миллионов лет.
Получение и преимущества солнечной энергии
Фотоэлементы представляют собой простой способ получения солнечной энергии. Они являются неотъемлемой частью солнечных батарей. Их уникальность заключается в том, что они преобразовывают солнечное излучение в электричество, без шума, загрязнения окружающей среды или движущихся частей, что делает их надежными, безопасными и долговечными.
Ветровая энергия
Ветер используется на протяжении сотен лет, для получения механической, тепловой и электрической энергии. Ветровая энергия, на сегодняшний день является устойчивым и неисчерпаемым источником.
Ветром называется движение воздуха из области с высоким давлением в область с низким давлением. На самом деле, ветер существует потому, что солнечная энергия неравномерно распределена по поверхности Земли. Горячий воздух стремится вверх, а холодный заполняет пустоту, поэтому до тех пор пока будет солнечный свет, будет существовать и ветер.
За последнее десятилетие, использование энергии ветра увеличилось более чем на 25 %. Тем не менее, ветряная энергия занимает лишь небольшую долю энергетического рынка мира.
Преимущества ветровой энергии
Энергия ветра является безопасной для атмосферы и воды. И поскольку ветер доступен повсеместно, эксплуатационные расходы после установки оборудования близки к нулю. Массовое производство и технологические достижения делают необходимые агрегаты гораздо доступнее, а многие страны поощряют развитие ветряной энергии, и предлагают населению ряд льгот.
Недостатки ветровой энергии
Недостатками использования ветровая энергии являются: жалобы от местных жителей, что оборудование не имеет эстетической привлекательности и шумит. Медленно вращающиеся лопасти также могут убивать птиц и летучих мышей, но не так часто, как это делают автомобили, линии электропередач и высотные здания. Ветер — переменное явление, если он отсутствует, то нет и энергии.
Тем не менее, наблюдается значительный рост ветровой энергетики. С 2000 по 2015 год, совокупная мощность энергии ветра во всем мире увеличилась с 17000 МВт до более чем 430000 МВт. В 2015 году Китай обогнал ЕС по количеству установленного оборудования.
Эксперты дают прогнозы, что при сохранении таких темпов использования данного ресурса, к 2050 году, потребности мира в электрической энергии будут удовлетворены за счет ветровой энергии.
Гидроэнергия
Даже гидроэнергетика является производной от солнечной энергии. Это практически неисчерпаемый ресурс, который сосредоточен в водных потоках. Солнце испаряет воду, которая в дальнейшем, в виде осадков, выпадает на возвышенности, в следствии чего, наполняются реки, образовывая движение воды.
Гидроэнергетика, как отрасль преобразования энергии водных потоков в электрическую энергию, является современным и конкурентным источником получения энергии. Она производит 16% электричества мира и реализовывает его по конкурентным ценам. Гидроэнергетика доминирует в ряде как развитых, так и развивающихся стран.
Энергия приливов и отливов
Приливная энергия является одной из форм гидроэнергии, которая преобразовывает энергию приливов и отливов в электричество или другие полезные формы. Прилив создается благодаря гравитационному воздействию Солнца и Луны на Землю, вызывая движение морей. Поэтому приливная энергия является формой получения энергии из неисчерпаемых источников и может использоваться в двух формах:
Величина прилива
Величина прилива характеризуется разницей вертикального колебания между уровнем воды во время прилива и последующего отлива.
Для захвата прилива могут быть сконструированы специальные плотины или отстойники. Гидроагрегаты вырабатывают электроэнергию в плотинах, а также с помощью насосов перекачивают воду в водохранилища, чтобы снова вырабатывать энергию, когда приливы и отливы будут отсутствовать.
Приливное течение
Приливное течение представляет собой поток воды во время приливов и отливов. Устройства приливного течения стремятся извлекать энергию из этого кинетического движения воды.
Морские течения, создаваемые движением приливов часто усиливаются, когда вода вынуждена проходить через узкие каналы или вокруг мысов. Есть ряд мест, где приливное течение является высоким, и именно в этих областях можно получать наибольшее количество приливной энергии.
Энергия морских и океанических волн
Энергия морских и океанических волн отличается от энергии приливов и отливов, поскольку зависит от солнечной и ветровой энергии.
Когда ветер проходит над поверхностью воды, то часть энергии передает волнам. Выходная энергия зависит от скорости, высоты и длины волны, а также плотности воды.
Длинные и устойчивые волны, вероятно, образуются от штормов и экстремальных погодных условий далеко от берега. Сила бурь и их влияние на поверхности воды настолько сильна, что может вызвать волны на берегу другого полушария. Например, когда Япония была поражена массивным цунами в 2011 году, мощные волны достигли побережья Гавайских островов и даже пляжей штата Вашингтон.
Для того, чтобы преобразовать волны в необходимую энергию для человечества, необходимо отправиться туда, где волны самые большие. Успешное использование энергии волн в больших масштабах происходит лишь в нескольких регионах планеты, включая штаты Вашингтон, Орегон и Калифорния и других районы, расположенные вдоль западного побережья Северной Америки, а также берега Шотландии, Африки и Австралии. В этих местах волны достаточно сильные и энергию можно получать регулярно.
Полученная энергия волн может обеспечить потребности регионов, а в некоторых случаях и целых стран. Постоянная мощность волн означает, что выходная энергия никогда не прекращается. Оборудование, которое перерабатывает энергию волн также может хранить избыточную энергию, когда это необходимо. Эта накопленная энергия используется при перебоях в подаче электроэнергии и ее отключении.
Проблемы климатических и космических ресурсов
Не смотря на то, что климатические и космические ресурсы являются неисчерпаемыми, их качество может ухудшиться. Главной проблемой этих ресурсов считается глобальное потепление, которое вызывает ряд негативных последствий.
Исследования доказывают, что средняя глобальная температура поверхности Земли увеличилась примерно на 0,3-0,6 ° С в течение последнего столетия. Это наибольшее увеличение температуры поверхности в течение последних 1000 лет, и ученые предсказывают еще больший рост на протяжении этого века. Глобальное потепление, во многом связано с увеличением выбросов парниковых газов (прежде всего диоксида углерода и метана) в верхние слои атмосферы. В большей степени эта проблема является результатом антропогенной деятельности человечества — сжигание ископаемого топлива, промышленность, сельское хозяйство, а также обезлесение лесных ресурсов планеты.
Средняя глобальная температура может увеличиться на 1.4-5.8º C к концу 21-го века. Хотя цифры кажутся небольшими, они могут вызвать значительные изменения климата. (Разница между глобальными температурами во время ледникового периода и периода отсутствия льдов составляет лишь около 5 ° С.) К тому же, повышение температуры может привести к изменению количества осадков и погодных условий. Потепление воды в океанах станет причиной более интенсивных и частых тропических штормов и ураганов. Также ожидается, что в следующем столетии уровень моря увеличится на 0,09 — 0,88 м, главным образом, в результате таяния ледников и расширение морской воды.
И, наконец, здоровье человека также поставлено на карту, поскольку глобальное изменение климата может привести к распространению некоторых заболеваний (таких, как малярия), затоплению крупных городов, высокому риску теплового удара, а также плохому качеству воздуха.
Источник