Энергия всегда играла решающую роль в жизни человечества. Процесс потребления энергии на планете Земля протекал крайне неравномерно. Первый в истории человечества энергетический кризис разразился во II тысячелетии до нашей эры. Тогда основными источниками энергии были собственная сила человека и сила животных. Выход из этого кризиса был найден в использовании мускульной силы рабов. С крахом рабовладельческого строя человечество должно было искать новые источники энергии. Этими источниками стали вода и ветер. Парусные суда, водяные колеса и мельницы, ветряные мельницы нашли применение еще в Древней Греции и в период Римской империи. Водяные двигатели в Европе использовали вплоть до второй половины XVIII века. Так как передавать механическое движение от водяного колеса на большие расстояния невозможно, все фабрики приходилось строить на берегах рек, что не всегда было удобно. Кроме того, для эффективной работы такого двигателя часто требовались дорогостоящие подготовительные работы (устройство прудов, строительство плотин и тому подобное). Были у водяных колес и другие недостатки: они имели малую мощность, работа их зависела от времени года и с трудом поддавалась регулировке. Постепенно стала остро ощущаться нужда в новом источнике энергии и новом двигателе.
Великим изобретением, предоставившим человечеству необходимую энергию и возможность дальнейшего прогресса, стало изобретение паровой машины Джеймсом Уаттом в 1784 году. Однако серьезные недостатки паровых машин (низкий коэффициент полезного действия, большие размеры машины, необходимость подвоза топлива, сложный привод станков, большое количество выделяемой сажи) опять заставили людей искать новые источники энергии, новые способы ее получения и преобразования.
В середине ХIХ века люди в полной мере осознали выдающуюся роль энергии в жизни и развитии человеческого общества, за что ей присвоили романтический титул «царицы мира». Уместно привести цитату из книги Ф. Ауэрбаха «Царица мира и ее тень»: «Над всем, что совершается в беспредельном пространстве в потоке преходящего времени, властвует энергия, как богиня, как царица, – здесь даря, там отнимая, а, в общем, не даря и не отнимая. Она властвует со строгой справедливостью, беспристрастно озаряя своим вечно ровным светом одинаково и былинку, и гениального человека».
Открытие вольтовой дуги, электрического освещения В.В. Петровым в XIX веке положило начало эпохе электричества. Последовательно сменялись источники энергии – дрова, уголь, нефть, газ и, наконец, ядерное топливо, которые создавали блага для человечества, но вместе с тем ухудшали экологическую обстановку.
Впервые понятие «энергия» появилось в работах Аристотеля и происходит от греческого enérgeia, что означает действие, деятельность, сила. В 1807 году Томас Юнг первым использовал термин «энергия» в современном смысле этого слова взамен понятия «сила». В современной науке под энергией понимается общая количественная мера движения и взаимодействия всех видов материи. Понятие энергии связывает воедино все явления природы. Энергия в природе не возникает из ничего и не исчезает, она только может переходить из одной формы в другую, что отражено в законе сохранения энергии. Природа всегда стремится к равновесию (симметрии). Отклонение от этого положения приводит к неравновесию (асимметрии), что является источником энергии и движения и дает природным процессам определенную направленность в сторону достижения равновесия.
В Международной системе единиц СИ в качестве единицы измерения энергии принят 1 Джоуль (Дж). 1 Дж эквивалентен 1 ньютон-метр (Н·м). Если расчеты связаны с тепловой и многими другими видами энергии, то в качестве единицы энергии применяется внесистемная единица – калория (кал) или килокалория (ккал), 1кал = 4,18 Дж. Для измерения электрической энергии пользуются такой единицей, как Ватт-час (Вт·ч, кВт·ч, МВт·ч), 1 Вт·ч = 3,6 МДж.
Существует около двадцати видов энергии. Механика различает потенциальную энергию (энергию взаимодействия тел или их частей между собой или с внешними полями) и кинетическую энергию (энергию движения). Энергией обладают все виды полей. По этому признаку различают электрическую, магнитную, электромагнитную, тепловую, гравитационную и ядерную энергии. Термодинамика рассматривает внутреннюю энергию и иные термодинамические потенциалы. В химии рассматривается энергия связи и др.
Энергетические ресурсы – это все источники разнообразных видов энергии, которые используются в настоящее время или могут быть полезно использованы в перспективе.
Энергетические ресурсы можно классифицировать по различным признакам.
Различают потенциальные и реальные энергетические ресурсы.
Потенциальные ресурсы – это объем запасов всех видов энергии, которыми располагает тот или иной экономический район, страна в целом.
Реальные ресурсы в широком смысле – это совокупность всех видов энергии, используемых в экономике страны.
Основу классификации энергоресурсов составляет их деление по источникам получения на первичные и вторичные.
Первичные энергоресурсы – это природные ресурсы, которые еще не перерабатывались (сырая нефть, природный газ, уголь, горючие сланцы, радиоактивные руды, вода рек и морей, гейзеры, ветер и др.).
Вторичные ресурсы – те продукты, которые являются побочными в различных технологических установках, но которые могут быть использованы в других установках для энергоснабжения других потребителей (топливные отходы, горючие и горячие газы, тепло золы и шлаков, горячей воды и пара, отработавших в технологических установках).
Первичные энергетические ресурсы подразделяют на следующие виды:
· традиционные, широко использовавшиеся человеком (торф, нефть, газ, вода, радиоактивные руды), и нетрадиционные, сравнительно мало использовавшиеся до последнего времени в силу отсутствия экономичных способов их промышленного преобразования, но особо актуальные сегодня ввиду их высокой экологичности (энергия солнца, ветра, морских волн, приливов, геотермальная энергия);
· топливные (уголь, газ, нефть, торф, сланцы, дрова) и не топливные (вода рек, горячая вода и пар геотермальных источников, радиоактивные руды);
· возобновляемые, восстановление которых постоянно осуществляется в природе (энергия солнца, ветра, тепла земли, естественного движения водных потоков), и невозобновляемые, которые ранее были накоплены в природе, но в новых геологических условиях не образуются (нефть, газ, уголь);
· ископаемые (нефть, газ, уголь) и не ископаемые (энергия солнца, ветра, морских волн, приливов и др.).