Quyosh energiyasini konversiyalashning fizik asoslari

Kirish

Resurslarni tejash insoniyatning global muammosi bo'lib, u birinchi navbatda sayyoramizning eng muhim organik va mineral resurslarining cheklangan tabiati bilan bog'liq. Olimlar ma'lum va foydalaniladigan neft va gaz zaxiralarining tugashi, shuningdek, boshqa muhim resurslar: temir va mis rudalari, nikel, alyuminiy, xrom va boshqalarning tugashi haqida ogohlantirmoqda. Neft va gaz asosiy energiya manbalariga, shu bilan birga muhim xom ashyoga aylandi. Bu holatlar neft va gaz konlarini ekspluatatsiya qilishning tobora ortib borayotganini tushuntiradi[1].

Insoniyat oldida savol tug'ildi: zarur tabiiy resurslar qancha davom etadi? Erning boyliklari bitmas-tuganmasdek tuyuladigan kunlar o'tdi. Albatta, resurslarning to'liq tugashi haqida gapirishga hali erta, ammo bu ozgina tasalli. Bugungi kunda butun dunyoda xom ashyoning unumdorligi past bo'lgan yoki qorli tabiiy sharoitlarga ega bo'lgan borish qiyin bo'lgan joylarda joylashgan konlarga o'tish kuzatilmoqda, bu esa mahsulot tannarxini sezilarli darajada oshiradi. Tabiiy resurslarning tuganmas va tugamaydiganlarga bo'linishi tobora shartli bo'lib bormoqda. Hozir biz atmosfera kislorodi zahiralarini tugatish imkoniyati haqida o'ylayapmiz va kelajakda quyosh energiyasi manbalari haqida ham xuddi shunday savol tug'ilishi mumkin, garchi hozirgacha uning oqimi bizga deyarli tugamaydigan bo'lib tuyuladi.

Yuqorida aytilganlarga asoslanib, biz, hech bo'lmaganda, keyingi o'n yillikda turli xil tabiiy resurslarga talabning yanada o'sishini kutishimiz kerak. Ularning zahiralarini baholashda resurslarning ikkita katta guruhini - qayta tiklanmaydigan va qayta tiklanadigan resurslarni farqlash kerak. Birinchisi amalda to'ldirilmaydi va ishlatilganda ularning soni doimiy ravishda kamayadi. Bunga mineral resurslar, shuningdek, yer yuzasining kattaligi bilan cheklangan yer resurslari kiradi. Qayta tiklanadigan manbalar yoki o'z-o'zini qayta ishlab chiqarishga qodir (biologik) yoki Yerga tashqaridan doimiy ravishda etkazib beriladi (quyosh energiyasi) yoki doimiy aylanishda bo'lib, qayta ishlatilishi mumkin (suv). Albatta, qayta tiklanmaydigan manbalar kabi qayta tiklanadigan resurslar cheksiz emas, lekin ularning qayta tiklanadigan qismi doimiy ravishda ishlatilishi mumkin.
Agar biz jahon tabiiy resurslarining asosiy turlariga murojaat qilsak, eng umumiy shaklda biz quyidagi rasmni olamiz. Energiya resurslarining asosiy turi hali ham mineral yoqilg'i - neft, gaz, ko'mirdir. Ushbu energiya manbalari qayta tiklanmaydigan bo'lib, ularni ishlab chiqarishning hozirgi o'sish sur'atlarida ular 80-140 yil ichida tugashi mumkin. To‘g‘ri, bu manbalarning ulushini “og‘ir” yadro yoqilg‘isi – uran va toriyning parchalanuvchi izotoplaridan foydalanishga asoslangan atom energetikasini rivojlantirish hisobiga kamaytirish kerak. Ammo bu resurslar ham qayta tiklanmaydi: ba'zi manbalarga ko'ra, uran bor-yo'g'i bir asr davom etadi[2].
Tabiiy resurslarning barcha turlari - issiqlik, suv, mineral, biologik, tuproq - tabiiy kompleksning (geotizimning) ma'lum tarkibiy qismlari bilan bog'liq bo'lib, ushbu komponentlarning sarflanadigan qismini tashkil qiladi. Foydalanish qobiliyati tabiiy resurslarning o'ziga xos xususiyati bo'lib, ularni tabiiy sharoitlardan ajratib turadi. Ikkinchisi foydali mahsulot olish uchun ishlatilmaydigan, lekin ishlab chiqarishning rivojlanishi va joylashishiga sezilarli ijobiy yoki salbiy ta'sir ko'rsatadigan tabiiy komplekslarning doimiy xususiyatlarini o'z ichiga oladi (masalan, harorat va suv sharoitlari, shamollar, topografiya, tuproq ko'taruvchanligi, abadiy muzlik, seysmiklik).
Zamonaviy dunyoda xom ashyoni qazib olish bilan bog'liq juda ko'p muammolar mavjud. Ham iqtisodiy, ham texnik. Eng muhimi, qancha resurslar qolganligi to'g'risida haqiqiy ma'lumotlarni bilmaslikdir.
Qayta tiklanadigan resurslar
Qayta tiklanadigan resurslar alohida e'tiborga loyiqdir. Ularning yangilanishining butun mexanizmi, mohiyatan, quyoshning nurlanish energiyasini singdirish hisobiga geotizimlar faoliyatining namoyonidir. Qayta tiklanadigan resurslar kelajak resurslari sifatida ko'rib chiqilishi kerak: qayta tiklanmaydigan resurslardan farqli o'laroq, ular oqilona foydalanilsa, butunlay yo'q bo'lib ketishga mahkum emas va ularning ko'payishi ma'lum darajada tartibga solinishi mumkin (masalan, o'rmon melioratsiyasi, ularning mahsuldorligini va yog'och hosildorligini oshirish mumkin). Shuni ta'kidlash kerakki, biologik tsiklga antropogen aralashuv biologik resurslarning yangilanishining tabiiy jarayoniga katta putur etkazadi.
Erkin kislorod.
O'simlik fotosintezi jarayonida yangilanadi; tabiiy sharoitda kislorodning muvozanati uning nafas olish, parchalanish va karbonatlar hosil bo'lish jarayonlari uchun sarflanishi bilan saqlanadi. Insoniyat allaqachon atmosferadagi kislorod balansining kiruvchi qismining taxminan 10 foizini (va ba'zi hisob-kitoblarga ko'ra - undan ham ko'proq) ishlatadi. Biroq, amalda atmosfera kislorodining kamayishi hatto aniq asboblar bilan ham sezilmaydi. Ammo sanoat va energiya ehtiyojlari uchun kislorod iste'molini har yili 5% ga oshirish sharti bilan uning atmosferadagi miqdori 2/3 ga kamayadi, ya'ni u 180 yildan keyin odamlar hayoti uchun muhim bo'lib qoladi va yillik o'sish bilan. 10%, 100 yil ichida.
Chuchuk suv resurslari.
Yerda chuchuk suv har yili atmosfera yog'inlari ko'rinishida yangilanadi, uning hajmi 520 ming km3. Biroq, amalda, suv xo'jaligi hisob-kitoblari va prognozlarida, faqat yog'ingarchilikning yer yuzasiga oqib o'tadigan, suv oqimlarini tashkil etuvchi qismidan boshlash kerak. Bu 37-38 ming km3 ni tashkil qiladi. Hozirgi vaqtda dunyoda maishiy ehtiyojlar uchun 3,6 ming km3 oqim yo'naltiriladi , lekin aslida ko'proq foydalaniladi, chunki bu erda ifloslangan suvlarni suyultirishga sarflangan oqim qismini qo'shish kerak; jami 8,2 ming km3 ni tashkil qiladi, ya'ni dunyo daryolari oqimining 1/5 qismidan ko'prog'ini tashkil qiladi. Suv resurslarining qo'shimcha zahiralari - dengiz suvini tuzsizlantirish, aysberglardan foydalanish.
biologik resurslar.
Ular o'simlik va hayvon moddalaridan iborat bo'lib, ularning Yerdagi bir martalik ta'minoti 2,4 * 1012 tonna (quruq moddalar bo'yicha) tartibida o'lchanadi. Dunyoda biomassaning yillik o'sishi (ya'ni biologik mahsuldorlik) taxminan 2,3 * 1011 tonnani tashkil qiladi. Yer biomassa zahiralarining asosiy qismi (taxminan 4/5) o'rmon o'simliklariga to'g'ri keladi, bu tirik moddalarning yillik umumiy o'sishining 1/3 qismidan ko'prog'ini ta'minlaydi. Inson faoliyati Yerning umumiy biomassasi va biologik mahsuldorligini sezilarli darajada pasayishiga olib keldi. To'g'ri, sobiq o'rmon maydonlarining bir qismini haydaladigan erlar va yaylovlar bilan almashtirish orqali odamlar biologik mahsulotlarning sifat tarkibiga ega bo'ldilar va oziq-ovqat, shuningdek, muhim texnik xom ashyo (tola, teri va boshqalar) bilan ta'minlash imkoniyatiga ega bo'ldilar. Yerning o'sib borayotgan aholisiga.
Boshqa biologik resurslardan yog'och muhim ahamiyatga ega. Hozirgi vaqtda quruqlikdagi butun o'rmon maydonining 1/3 qismini tashkil etuvchi ekspluatatsiya qilinadigan o'rmon maydonlarida yillik yog'och yig'ish (2,2 milliard m3) yillik o'sishga yaqinlashmoqda. Shu bilan birga, yog'ochga bo'lgan talab oshadi. O'rmonlardan keyingi foydalanish faqat ularning qayta tiklanadigan qismi doirasida, "asosiy kapital"ga ta'sir qilmasdan amalga oshirilishi kerak, ya'ni o'rmonlar maydoni kamaymasligi kerak, o'rmonlarni kesish o'rmonlarni qayta tiklash bilan birga bo'lishi kerak. Bundan tashqari, melioratsiya hisobiga o‘rmonlarning mahsuldorligini oshirish, yog‘och xomashyosidan oqilona foydalanish va imkon qadar ularni boshqa materiallar bilan almashtirish zarur.
Hududiy resurslar.
Nihoyat, er, aniqrog'i, hududiy resurslar haqida bir necha so'z aytish kerak. Yer yuzasining maydoni cheklangan va qayta tiklanmaydi. Rivojlanish uchun qulay erlarning deyarli barchasi u yoki bu tarzda foydalanilmoqda. Asosan oʻzlashtirilmagan, oʻzlashtirilishi katta xarajatlar va texnik vositalarni (choʻllar, botqoqlar va h.k.) talab qiladigan yoki foydalanishga deyarli yaroqsiz (muzliklar, baland togʻlar, qutb choʻllari) hududlari boʻlib qoldi. Shu bilan birga, aholi sonining ko'payishi va ilmiy-texnik taraqqiyotning keyingi rivojlanishi bilan shaharlar, elektr stantsiyalari, aerodromlar, suv omborlari qurilishi uchun tobora ko'proq maydonlar talab qilinadi, qishloq xo'jaligiga bo'lgan ehtiyoj ortib bormoqda, ko'plab hududlar qo'riqxonalar sifatida saqlanib qolishi kerak va hokazo. . Kommunikatsiyalar va yirik muhandislik inshootlari tomonidan tobora ko'proq erlar "yeb ketmoqda".
Resurslarning tuganmas turlari.
Tuganmas resurslarga Quyosh energiyasi va Yerning ichki chuqurliklari, tortishish kuchlari (quyosh nurlarining energiyasi, shamol, suv toshqini, iqlim resurslari), shuningdek, okeanlar suvlari bilan bog'liq bo'lgan resurslar kiradi.
Bu turdagi energiya resurslari muqobil energiya manbalari deb ataladi.
Birlashgan Millatlar Tashkiloti Bosh Assambleyasining 33/148-sonli rezolyutsiyasiga muvofiq (1978) muqobil energiya manbalariga quyidagilar kiradi: quyosh, shamol, geotermal, dengiz toʻlqinlari energiyasi, suv toshqini va okean energiyasi, biomassa energiyasi, katta va kichik suv oqimlarining gidroenergetikasi[3 ].
To'lqin energiyasidan foydalanish.
Oy va Quyoshning tortishish kuchi ta'sirida okeanlar va dengizlarda to'lqinlar hayajonlanadi. Ular suv sathining davriy tebranishlarida va uning gorizontal harakatida (to'lqin oqimlari) namoyon bo'ladi.
Jahon okeanining energiya resurslarini aniq maqsadlarda foydalanish uchun, masalan, elektr energiyasini ishlab chiqarish uchun hisoblashda, suv oqimining butun energiyasi 1 milliard kVtga baholanadi, yer sharidagi barcha daryolarning umumiy energiyasi. 850 million kVt . Okeanlar va dengizlarning ulkan energiya sig'imlari inson uchun katta tabiiy ahamiyatga ega. To'lqinlar energiyasini rivojlantirish boshlandi, to'lqinlar, sörf va oqimlar energiyasidan foydalanish bo'yicha loyihalar ishlab chiqildi.
To'lqin energiyasidan foydalanish.
Shamol okeanlar va dengizlar yuzasining to'lqin harakatini qo'zg'atadi. To'lqinlar va sörf juda katta energiya manbaiga ega. Balandligi 3 m boʻlgan toʻlqin choʻqqisining har bir metri 100 kVt, har bir kilometri esa 1 million kVt energiya olib yuradi. AQSh tadqiqotchilarining ma'lumotlariga ko'ra, okean to'lqinlarining umumiy quvvati 90 mlrd.
Hozirgacha dengiz to'lqinlari energiyasidan kam quvvatli qurilmalarni oziqlanadigan elektr energiyasini ishlab chiqarish uchun foydalanish sohasida ma'lum muvaffaqiyatlarga erishildi. To'lqinli elektr stantsiyalari dengiz chiroqlarini, dengiz chiroqlarini, qirg'oqdan uzoqda joylashgan statsionar okeanografik asboblarni va boshqalarni quvvatlantirish uchun ishlatiladi. Oddiy elektr akkumulyatorlar, batareyalar va boshqa quvvat manbalari bilan taqqoslaganda, ular arzonroq, ishonchliroq va kamroq texnik xizmat ko'rsatishni talab qiladi. Hindistonning Madras portidagi yorug'lik kemasida to'lqinli elektr generatori muvaffaqiyatli ishlamoqda. Bunday energiya qurilmalarini yaratish va takomillashtirish ishlari turli mamlakatlarda olib borilmoqda.
Quyosh nurlanishining energiyasidan foydalanish.
Milliardlab yillar davomida Quyosh har soniyada ulkan energiya chiqaradi. Yerga tushadigan quyosh radiatsiyasi energiyasining uchdan bir qismi u orqali aks etadi va sayyoralararo fazoda tarqaladi. Quyosh energiyasining qolgan qismi yer atmosferasi, okeanlar va quruqlikni isitish uchun sarflanadi.[4]
Hozirgi vaqtda quyosh energiyasidan xalq xo'jaligida juda tez-tez foydalaniladi - quyosh qurilmalari (har xil turdagi quyosh issiqxonalari, issiqxonalar, tuzsizlantirish zavodlari, suv isitgichlari, quritgichlar) . Konkav oynaning diqqat markazida to'plangan quyosh nurlari metallarni eritadi. Quyosh elektr stansiyalarini yaratish, uylarni isitish uchun quyosh energiyasidan foydalanish va hokazolar bo‘yicha ishlar olib borilmoqda. Amaliy qo'llanilishi quyosh energiyasini to'g'ridan-to'g'ri elektr energiyasiga aylantirish imkonini beruvchi yarimo'tkazgichli quyosh batareyalari tomonidan topilgan.
Resurslar mavjudligi muammosini hal qilish yo'llari.
Ushbu vaziyatdan chiqish yo'li chiqindilarni qayta ishlash, suvdan tejamkor foydalanish (dengiz suvini tuzsizlantirish, aysberglardan foydalanish), bardoshli va engilroq materiallarga (uglerod tolali plastmassalar) o'tish bo'lishi mumkin. Ekologlar sanoati rivojlangan mamlakatlarni bir marta ishlatiladigan, ko‘p chiqindili uy xo‘jaliklaridan kam chiqindili uy xo‘jaliklariga o‘tishga chaqirmoqda. Bu iqtisodiy rag'batlarni, hukumatlar va odamlarning muayyan xatti-harakatlarini, shuningdek, Yer aholisining xatti-harakati va turmush tarzini o'zgartirishni talab qiladi[5].
Yer resurslarining tugashi bilan bog‘liq muammolarni hal etishning real yo‘li, eng avvalo, mavjud yerdan foydalanishni ilmiy asosda qayta qurish, ya’ni hududni oqilona tashkil etishni nazarda tutadi. Albatta, hududni oqilona tashkil etish avvalroq xo‘jalikdan foydalanish natijasida buzilgan yerlarni meliorativ holatiga keltirish va qishloq xo‘jaligini intensivlashtirish, suv havzalarini yaratishga puxta o‘ylangan yondashuvni va boshqa ko‘p narsalarni ham nazarda tutadi.
1-bob "Quyosh energiyasini konversiyalashning fizik asoslari"