Виды энергии и энергоресурсы

В настоящее время имеется научно обоснованная классификация видов энергии. Их много — около 20. Рассмотрим только те виды энергии, которые сейчас наиболее часто используются как в повседневной жизни, так и в научных исследованиях.

1. Ядерная энергия — энергия связи нейтронов и протонов в ядре, освобождающаяся в различных видах при делении тяжелых и синтезе легких ядер; в последнем случае ее называют термоядерной.

2. Химическая (логичнее — атомная) энергия — энергия системы из двух или более реагирующих между собой веществ. Эта энергия высвобождается в результате перестройки электронных оболочек атомов и молекул при химических реакциях. Когда мы говорим — АЭС (атомная электростанция), это не совсем точно. Точнее было бы — ЯЭС (ядерная электростанция).

3. Электростатическая энергия — потенциальная энергия взаимодействия электрических зарядов, то есть запас энергии электрически заряженного тела, накапливаемый в процессе преодоления им сил электрического поля.

4. Магнитостатическая энергия - потенциальная энергия взаимодействия “магнитных зарядов”, или запас энергии, накапливаемый телом, способным преодолеть силы магнитного поля в процессе перемещения против направления действия этих сил. Источником магнитного поля может быть постоянный магнит, электрический ток.

5. Упругостная энергия — потенциальная энергия механически упруго измененного тела (сжатая пружина, газ), освобождающаяся при снятии нагрузки чаще всего в виде механической энергии.

6. Тепловая энергия — часть энергии теплового движения частиц тел, которая освобождается при наличии разности температур между данным телом и телами окружающей среды.

7. Механическая энергия — кинетическая энергия свободно движущихся тел и отдельных частиц.

8. Электрическая (электродинамическая) энергия — энергия электрического тока во всех его формах.

9. Электромагнитная (фотонная) энергия — энергия движения фотонов электромагнитного поля.

Часто в особый вид энергии выделяют биологическую. Биологические процессы — это особая группа физико-химических процессов, но в которых участвуют те же виды энергии, что и в других.

Из всех известных видов энергии, а также и перечисленных выше, в практике непосредственно используются всего четыре вида: тепловая (около 70-75 %), механическая (около 20-22 %), электрическая (около 3-5 %) и электромагнитная — световая (менее 1 %).

Главным источником непосредственно используемых видов энергии служит пока химическая энергия минеральных органических горючих (уголь, нефть, природный газ и др.), запасы которой, составляющие доли процента всех запасов энергии на Земле, вряд ли могут быть бесконечными (т.е. возобновляемыми).

В настоящее время в ряде стран все шире используются возобновляемые источники энергии (ветровая, речной воды и др.)

Практически в любом технологическом процессе используется несколько видов энергии. Топливно-энергетические балансы при этом составляются обычно по видам используемых топлив, видов энергии для каждого технологического цикла отдельно. Это не позволяет провести объективное сравнение различных технологических процессов для производства одного и того же вида продукции. Для энергоемкости какого-либо технологического продукта было предложено все виды энергии классифицировать на три группы:

1. Первичная энергия Э1 — химическая энергия ископаемого первичного топлива, с учетом энергетических затрат на добычу, подготовку (обогащение), транспортировку и т.д.

2. Производная энергия Э2 — энергия преобразованных энергоносителей, например, пара, горячей воды, электроэнергии, сжатого воздуха, кислорода, воды и др., с четом затрат на их преобразование.

Скрытая энергия Э3 — энергия, израсходованная в предшествующих технологиях и овеществленная в сырьевых исходных материалах процесса, технологическом, энергетическом и т.п. оборудовании, капитальных сооружениях, инструменте и т.д.; к этой же форме энергии относятся энергозатраты по поддержанию оборудования в работоспособном состоянии (ремонты), энергозатраты внутри- и межзаводских перевозок и других вспомогательных операций.

Для многих массовых видов продукции величина энергетических затрат в виде скрытой энергии, то есть вносимой оборудованием и капитальными сооружениями, является относительно незначительной по сравнению с другими двумя видами энергии, ипоэтому в первом приближении может включаться в расчет по примерной оценке.

Полные сквозные энергозатраты (1) на производство единицы какой-либо продукции в этом случае можно записать в виде:

Эсум = Э1 + Э2 + Э3 - Э4 (1)

где Э4 — энергия вторичных энергоресурсов, которая вырабатывается в процессе производства данной продукции, но передается для использования в другой технологический процесс.

Суммарные энергозатраты называют также технологическим топливным числом (ТТЧ) конкретного вида продукции (бензина, кирпича и др.).