Alternatywna energia przyszłości. Obiecujące źródła energii Jak widzę energię przyszłości

Nie jest tajemnicą, że zasoby wykorzystywane przez ludzkość są dziś ograniczone, ponadto ich dalsze wydobycie i wykorzystanie może doprowadzić nie tylko do katastrofy energetycznej, ale także ekologicznej. Zasoby tradycyjnie wykorzystywane przez ludzkość – węgiel, gaz i ropa – wyczerpią się za kilka dziesięcioleci i należy podjąć działania już teraz, w naszych czasach. Oczywiście można mieć nadzieję, że znów znajdziemy jakieś bogate złoże, tak jak to było w pierwszej połowie ubiegłego wieku, ale naukowcy są pewni, że tak dużych złóż już nie ma. Ale w każdym razie nawet odkrycie nowych złóż tylko opóźni to, co nieuniknione, konieczne jest znalezienie sposobów wytwarzania energii alternatywnej i przejście na zasoby odnawialne, takie jak wiatr, słońce, energia geotermalna, energia przepływu wody i inne, a wraz z tym konieczne jest dalsze rozwijanie technologii oszczędzania energii.

W tym artykule rozważymy niektóre z najbardziej obiecujących, zdaniem współczesnych naukowców, pomysłów, na których zbudowana zostanie energia przyszłości.

stacje słoneczne

Ludzie od dawna zastanawiali się, czy można podgrzać wodę pod słońcem, wysuszyć ubrania i ceramikę przed wysłaniem ich do piekarnika, ale tych metod nie można nazwać skutecznymi. Pierwszy środki techniczne, przetwarzająca energię słoneczną, pojawiła się w XVIII wieku. Francuski naukowiec J. Buffon pokazał eksperyment, w którym udało mu się zapalić suche drzewo za pomocą dużego wklęsłego lustra przy dobrej pogodzie z odległości około 70 metrów. Jego rodak, słynny naukowiec A. Lavoisier, użył soczewek do skupienia energii słonecznej, aw Anglii stworzyli dwuwypukłe szkło, które skupiając promienie słoneczne, stopiło żeliwo w ciągu zaledwie kilku minut.

Przyrodnicy przeprowadzili wiele eksperymentów, które dowiodły, że słońce na ziemi jest możliwe. Jednak bateria słoneczna, która zamieniałaby energię słoneczną na energię mechaniczną, pojawiła się stosunkowo niedawno, bo w 1953 roku. Został stworzony przez naukowców z amerykańskiej National Aerospace Agency. Już w 1959 roku po raz pierwszy zastosowano baterię słoneczną do wyposażenia satelity kosmicznego.

Być może już wtedy, zdając sobie sprawę, że takie akumulatory są znacznie wydajniejsze w kosmosie, naukowcy wpadli na pomysł stworzenia kosmicznych stacji fotowoltaicznych, bo w ciągu godziny słońce generuje tyle energii, ile cała ludzkość nie zużywa w ciągu roku, więc czemu by z tego nie skorzystać? Jaka będzie energia słoneczna przyszłości?

Z jednej strony wydaje się, że wykorzystanie energii słonecznej jest opcją idealną. Jednak koszt ogromnej kosmicznej stacji słonecznej jest bardzo wysoki, a poza tym będzie kosztowna w eksploatacji. Z czasem, gdy zostaną wprowadzone nowe technologie dostarczania ładunków w kosmos, a także nowe materiały, realizacja takiego projektu stanie się możliwa, ale na razie możemy używać tylko stosunkowo niewielkich baterii na powierzchni planety. Wielu powie, że to też jest dobre. Tak, jest to możliwe w prywatnym domu, ale do zasilania odpowiednio dużych miast potrzeba albo wielu paneli słonecznych, albo technologii, która sprawi, że będą one bardziej wydajne.

Ekonomiczna strona problemu jest tu również obecna: każdy budżet bardzo ucierpi, jeśli zostanie mu powierzone zadanie konwersji całego miasta (lub całego kraju) na panele słoneczne. Wydawałoby się, że można zobowiązać mieszkańców miast do płacenia pewnych kwot za doposażenie, ale w tym przypadku będą niezadowoleni, bo gdyby ludzie byli gotowi na takie wydatki, już dawno by to zrobili sami: każdy ma możliwość zakupu baterii słonecznej.

Istnieje jeszcze jeden paradoks związany z energią słoneczną: koszty produkcji. Bezpośrednia konwersja energii słonecznej na energię elektryczną nie jest najbardziej wydajna. Jak dotąd nie znaleziono lepszego sposobu niż wykorzystanie promieni słonecznych do podgrzania wody, która zamieniając się w parę, obraca z kolei dynamo. W tym przypadku straty energii są minimalne. Ludzkość chce używać „zielonych” paneli słonecznych i stacji słonecznych w celu oszczędzania zasobów na ziemi, ale taki projekt wymagałby ogromnej ilości tych samych zasobów i „nie-zielonej” energii. Na przykład we Francji niedawno wybudowano elektrownię słoneczną o powierzchni około dwóch kilometrów kwadratowych. Koszt budowy wyniósł około 110 mln euro, nie licząc kosztów eksploatacji. Biorąc to wszystko pod uwagę, należy pamiętać, że żywotność takich mechanizmów wynosi około 25 lat.

Wiatr

Energia wiatru była również wykorzystywana przez ludzi od starożytności, czego najprostszym przykładem są żeglarstwo i wiatraki. Wiatraki są nadal w użyciu, zwłaszcza na obszarach o stałych wiatrach, na przykład na wybrzeżu. Naukowcy nieustannie podsuwają pomysły na modernizację istniejących urządzeń do przetwarzania energii wiatru, jednym z nich są turbiny wiatrowe w postaci strzelących turbin. Dzięki ciągłej rotacji mogły „wisić” w powietrzu w odległości kilkuset metrów od ziemi, gdzie wieje silny i stały wiatr. Pomogłoby to w elektryfikacji obszarów wiejskich, gdzie zastosowanie standardowych wiatraków nie jest możliwe. Na dodatek takie strzeliste turbiny mogłyby być wyposażone w moduły internetowe, za pomocą których ludzie mieliby zapewniony dostęp do World Wide Web.

Pływy i fale

Boom na energię słoneczną i wiatrową stopniowo słabnie, a inne naturalne źródła energii przyciągają zainteresowanie badaczy. Bardziej obiecujące jest wykorzystanie przypływów i odpływów. Zagadnieniem tym zajmuje się już około stu firm na całym świecie, a istnieje kilka projektów, które udowodniły skuteczność tej metody wytwarzania energii elektrycznej. Przewaga nad energią słoneczną polega na tym, że straty przy przekazywaniu jednej energii do drugiej są minimalne: fala pływowa obraca ogromną turbinę, która wytwarza prąd.

Projekt Oyster to pomysł zainstalowania zaworu na zawiasach na dnie oceanu, który będzie dostarczał wodę do brzegu, obracając w ten sposób prostą turbinę wodną. Już jedna taka instalacja mogłaby zaopatrywać w energię elektryczną niewielką dzielnicę.

Fale pływowe są już z powodzeniem wykorzystywane w Australii: w mieście Perth zainstalowano instalacje odsalania działające na tego typu energię. Ich praca pozwala zapewnić świeżą wodę około pół miliona ludzi. W tej gałęzi produkcji energii można również łączyć energię naturalną i przemysł.

Zastosowanie różni się nieco od technologii, do których jesteśmy przyzwyczajeni w rzecznych elektrowniach wodnych. Elektrownie wodne często szkodzą środowisku: sąsiednie tereny są zalane, ekosystem jest zniszczony, ale elektrownie działające na falach pływowych są pod tym względem znacznie bezpieczniejsze.

ludzka energia

Jednym z najbardziej fantastycznych projektów na naszej liście jest wykorzystanie energii żywych ludzi. Brzmi oszałamiająco, a nawet nieco przerażająco, ale nie wszystko jest takie straszne. Naukowcy pielęgnują pomysł wykorzystania mechanicznej energii ruchu. Projekty te dotyczą mikroelektroniki i nanotechnologii o niskim zużyciu energii. Chociaż brzmi to jak utopia, nie ma prawdziwych osiągnięć, ale pomysł jest bardzo interesujący i nie opuszcza umysłów naukowców. Zgadzam się, urządzenia, które podobnie jak zegarki z automatycznym naciągiem będą bardzo wygodne, będą ładowane przez przesunięcie palcem po czujniku lub po prostu zwisanie tabletu lub telefonu w torbie podczas chodzenia. Nie mówiąc już o ubraniach, które wypełnione różnymi mikrourządzeniami potrafiły zamieniać energię ruchu człowieka w energię elektryczną.

Na przykład w Berkeley, w laboratorium Lawrence'a, naukowcy próbowali wdrożyć pomysł wykorzystania wirusów do wytwarzania ciśnienia elektrycznego. Istnieją również małe mechanizmy napędzane ruchem, ale jak dotąd taka technologia nie została uruchomiona. Tak, ze światowym kryzysem energetycznym nie można sobie poradzić w ten sposób: ile osób będzie musiało „handlować”, żeby cała elektrownia działała? Ale jako jedna z miar stosowanych w połączeniu, teoria jest całkiem realna.

Takie technologie sprawdzą się szczególnie w trudno dostępnych miejscach, na stacjach polarnych, w górach i tajdze, wśród podróżników i turystów, którzy nie zawsze mają możliwość naładowania swoich gadżetów, ale bycie w kontakcie jest ważne, zwłaszcza jeśli grupa jest w krytycznej sytuacji. Ileż można by zapobiec, gdyby ludzie zawsze mieli niezawodne urządzenie komunikacyjne, które nie zależało od „wtyczki”.

Wodorowe ogniwa paliwowe

Chyba każdy właściciel samochodu, patrząc na wskaźnik ilości benzyny zbliżającej się do zera, pomyślał, jak wspaniale byłoby, gdyby samochód jeździł na wodzie. Ale teraz jego atomy zwróciły uwagę naukowców jako prawdziwe obiekty energii. Faktem jest, że cząsteczki wodoru - najpowszechniejszego gazu we wszechświecie - zawierają ogromną ilość energii. Co więcej, silnik spala ten gaz praktycznie bez produktów ubocznych, czyli otrzymujemy paliwo bardzo przyjazne dla środowiska.

Wodór jest zasilany przez niektóre moduły ISS i wahadłowce, ale na Ziemi występuje głównie w postaci związków takich jak woda. W latach osiemdziesiątych w Rosji rozwijały się samoloty wykorzystujące wodór jako paliwo, technologie te były nawet wdrażane, a modele eksperymentalne dowiodły ich skuteczności. Gdy wodór zostanie oddzielony, przemieszcza się do specjalnego ogniwa paliwowego, z którego można bezpośrednio wytwarzać energię elektryczną. To nie jest energia przyszłości, to już jest rzeczywistość. Podobne samochody są już produkowane i to w dość dużych partiach. Honda, aby podkreślić uniwersalność źródła energii i samochodu jako całości, przeprowadziła eksperyment, w wyniku którego samochód został podłączony do domowej sieci elektrycznej, ale nie w celu doładowania. Samochód może dostarczać energię do prywatnego domu przez kilka dni lub przejechać prawie pięćset kilometrów bez tankowania.

Jedyną wadą takiego źródła energii w tej chwili jest stosunkowo wysoki koszt takich przyjaznych dla środowiska samochodów i oczywiście dość mała liczba stacji wodorowych, ale ich budowa jest już planowana w wielu krajach. Na przykład Niemcy mają już plan zainstalowania 100 stacji paliw do 2017 roku.

Ciepło ziemi

Istotą energii geotermalnej jest przemiana energii cieplnej w energię elektryczną. W niektórych krajach, w których trudno jest korzystać z innych gałęzi przemysłu, jest on stosowany dość powszechnie. Na przykład na Filipinach 27% całej energii elektrycznej pochodzi z elektrowni geotermalnych, podczas gdy na Islandii liczba ta wynosi około 30%. Istota tej metody wytwarzania energii jest dość prosta, mechanizm jest podobny do prostego silnik parowy. Przed rzekomym „jeziorem” magmy należy wywiercić studnię, przez którą dostarczana jest woda. W kontakcie z gorącą magmą woda natychmiast zamienia się w parę. Wznosi się tam, gdzie obraca mechaniczną turbinę, wytwarzając w ten sposób energię elektryczną.

Przyszłością energii geotermalnej jest odnajdywanie dużych „zbiorników” magmy. Na przykład na wspomnianej Islandii im się to udało: w ułamku sekundy gorąca magma zamieniła całą pompowaną wodę w parę o temperaturze około 450 stopni Celsjusza, co jest absolutnym rekordem. Tak wysokociśnieniowa para może kilkukrotnie zwiększyć wydajność stacji geotermalnej, co może stać się impulsem do rozwoju energetyki geotermalnej na całym świecie, zwłaszcza na terenach nasyconych wulkanami i źródłami termalnymi.

Wykorzystanie odpadów jądrowych

Kiedyś energia jądrowa zrobiła furorę. Tak było, dopóki ludzie nie zdali sobie sprawy z niebezpieczeństwa związanego z tym sektorem energetycznym. Wypadki są możliwe, nikt nie jest odporny na takie przypadki, ale są one bardzo rzadkie, ale odpady radioaktywne pojawiają się systematycznie i do niedawna naukowcom nie udało się rozwiązać tego problemu. Faktem jest, że pręty uranowe, tradycyjne „paliwo” elektrowni jądrowych, można wykorzystać tylko w 5%. Po opracowaniu tej małej części cała wędka trafia na „wysypisko”.

Wcześniej stosowano technologię, w której pręty zanurzano w wodzie, co spowalniało neutrony, utrzymując stałą reakcję. Teraz zamiast wody zastosowano płynny sód. Ta wymiana umożliwia nie tylko wykorzystanie całej objętości uranu, ale także przetworzenie dziesiątek tysięcy ton odpadów promieniotwórczych.

Oczyszczenie planety z odpadów nuklearnych jest ważne, ale jest jedno „ale” w samej technologii. Uran jest zasobem, a jego zasoby na Ziemi są ograniczone. Jeśli cała planeta zostanie przeniesiona wyłącznie na energię otrzymywaną z elektrowni jądrowych (na przykład w Stanach Zjednoczonych elektrownie jądrowe wytwarzają tylko 20% całej zużywanej energii elektrycznej), rezerwy uranu dość szybko się wyczerpią, a to ponownie doprowadzi ludzkość na próg kryzysu energetycznego, więc energia jądrowa, choć zmodernizowana, jest tylko środkiem tymczasowym.

paliwo roślinne

Nawet Henry Ford, który stworzył swój „Model T”, spodziewał się, że będzie on już zasilany biopaliwami. Jednak w tym czasie odkryto nowe pola naftowe, a potrzeba alternatywnych źródeł energii zniknęła na kilkadziesiąt lat, ale teraz znów powraca.

W ciągu ostatnich piętnastu lat zużycie paliw roślinnych, takich jak etanol i biodiesel, wzrosło kilkukrotnie. Stosowane są jako niezależne źródła energii oraz jako dodatki do benzyn. Jakiś czas temu nadzieje wiązano ze specjalną kulturą prosa, zwaną „canola”. Całkowicie nie nadaje się do żywności dla ludzi i zwierząt gospodarskich, ale ma wysoką zawartość oleju. Z tego oleju zaczęto produkować „biodiesel”. Ale ta uprawa zajmie zbyt dużo miejsca, jeśli spróbujesz ją wyhodować na tyle, aby zapewnić paliwo przynajmniej części planety.

Teraz naukowcy mówią o wykorzystaniu alg. Ich zawartość oleju wynosi około 50%, co sprawi, że równie łatwo będzie wydobywać olej, a odpady można zamienić na nawozy, na bazie których wyhodowane zostaną nowe algi. Pomysł jest uważany za interesujący, ale jego wykonalność nie została jeszcze udowodniona: publikacja udanych eksperymentów w tej dziedzinie nie została jeszcze opublikowana.

Fuzja termojądrowa

Przyszłość energetyczna świata, według współczesnych naukowców, jest niemożliwa bez technologii.To w tej chwili najbardziej obiecujący rozwój, w który już inwestuje się miliardy dolarów.

W energii rozszczepienia jest wykorzystywana. Jest to niebezpieczne, ponieważ istnieje zagrożenie niekontrolowanej reakcji, która zniszczy reaktor i doprowadzi do uwolnienia ogromnej ilości substancji radioaktywnych: chyba wszyscy pamiętają wypadek w elektrowni atomowej w Czarnobylu.

Reakcje syntezy jądrowej, jak sama nazwa wskazuje, wykorzystują energię uwalnianą podczas fuzji atomów. W rezultacie, w przeciwieństwie do rozszczepienia atomowego, nie powstają żadne odpady radioaktywne.

Główny problem polega na tym, że w wyniku syntezy termojądrowej powstaje substancja, która ma tak wysoką temperaturę, że może zniszczyć cały reaktor.

Przyszłość to rzeczywistość. A fantazje są tu nie na miejscu, w tej chwili we Francji budowa reaktora już się rozpoczęła. Kilka miliardów dolarów zostało zainwestowanych w projekt pilotażowy finansowany przez wiele krajów, do których oprócz UE należą Chiny i Japonia, USA, Rosja i inne. Początkowo pierwsze eksperymenty miały rozpocząć się już w 2016 roku, ale obliczenia wykazały, że budżet był zbyt mały (zamiast 5 miliardów zajęło 19), a start odłożono o kolejne 9 lat. Być może za kilka lat zobaczymy, do czego zdolna jest energia termojądrowa.

Problemy teraźniejszości i szanse na przyszłość

Nie tylko naukowcy, ale także pisarze science fiction podsuwają wiele pomysłów na wdrożenie technologii przyszłości w energetyce, ale wszyscy są zgodni co do tego, że jak dotąd żadna z proponowanych opcji nie jest w stanie w pełni zaspokoić wszystkich potrzeb naszej cywilizacji. Na przykład, gdyby wszystkie samochody w Stanach Zjednoczonych były napędzane biopaliwem, pola rzepaku musiałyby zajmować powierzchnię równą połowie całego kraju, nie biorąc pod uwagę faktu, że w Stanach nie ma tak wielu gruntów nadających się pod rolnictwo. Co więcej, jak dotąd wszystkie metody wytwarzania energii alternatywnej są drogie. Być może każdy zwykły mieszkaniec miasta zgodzi się, że ważne jest korzystanie z przyjaznych dla środowiska, odnawialnych zasobów, ale nie wtedy, gdy mówi się mu o kosztach takiej transformacji w tej chwili. Naukowcy mają jeszcze wiele do zrobienia w tej dziedzinie. Nowe odkrycia, nowe materiały, nowe idee - wszystko to pomoże ludzkości skutecznie poradzić sobie z nadciągającym kryzysem surowcowym. Planety można rozwiązać tylko za pomocą skomplikowanych środków. Na niektórych obszarach wygodniej jest korzystać z energii wiatrowej, gdzieś - z paneli słonecznych i tak dalej. Ale być może głównym czynnikiem będzie ogólne zmniejszenie zużycia energii i stworzenie energooszczędnych technologii. Każdy człowiek musi zrozumieć, że jest odpowiedzialny za planetę i każdy musi zadać sobie pytanie: „Jaką energię wybieram na przyszłość?” Zanim przejdziemy do innych zasobów, każdy powinien zdać sobie sprawę, że jest to naprawdę konieczne. Tylko dzięki zintegrowanemu podejściu możliwe będzie rozwiązanie problemu zużycia energii.

Energia jest najważniejszym zasobem potrzebnym społeczeństwu do pełnego rozwoju i obejmuje różne dziedziny życia człowieka, takie jak ekonomia i nauka. Energię zużywamy m.in Życie codzienne kiedy zapalamy światło, ładujemy telefon itp. A teraz wykorzystujemy wyczerpujące się źródła do produkcji tak ważnego zasobu. Ale czy zastanawiałeś się kiedyś, co zrobić, gdy się skończą

Jeśli ta praca Ci nie odpowiada, na dole strony znajduje się lista podobnych prac. Możesz także użyć przycisku wyszukiwania

Praca pisemna

Energia przyszłości. Możliwe problemy

Wołogdin Nikita

Nauczanie: Wozovik

Krasnojarsk

2012

Wstęp ..................................................................................................... 3

Rozdział 1 Analiza istniejących elektrowni…………………………………………………………. 4-9

1. Energetyka Cieplna.................................................................................... 4-5
   1. elektrownie wodne………………………………………………… 5-6

1.3 Elektrownia jądrowa……………………………………………… 6-8

Rozdział 2 Alternatywne źródła energii i perspektywy ich rozwoju………… 9-14

2.1 Wykorzystanie energii wiatrowej…………………………………………………………………… 9

2.2 Wykorzystanie energii geotermalnej………………………………………………………………… 10

2.3 Energia fal morskich……………………………………………………………………. 11

2.4 Elektrownie pływowe…………………………………………... 11-12

2.5 Energia słoneczna w energetyce…………………………………………………………….. 12-14

Rozdział 3 Problemy współczesnej energetyki……………………………………………………………. 15-17

Wniosek ……………………………………………………………… 18

Literatura ………………………………………………………………. 19

Wstęp.

Niniejszy esej poświęcony jest zagadnieniu rozwoju energetyki w przyszłości.

Przedmiotem moich badań są różne typy najbardziej obiecujących elektrowni.

Energia jest najważniejszym zasobem potrzebnym społeczeństwu do pełnego rozwoju i obejmuje różne dziedziny życia człowieka, takie jak ekonomia i nauka. Energię zużywamy w życiu codziennym, gdy zapalamy światło, ładujemy telefon itp. A teraz wykorzystujemy wyczerpujące się źródła do produkcji tak ważnego zasobu. Ale czy zastanawiałeś się kiedyś, co zrobić, gdy się skończą? Według najnowszych doniesień paliwo organiczne (ropa, węgiel) pozostaje tylko przez 300, a najlepiej 400 lat.

I żeby energetyka się nie odważyła, trzeba szukać źródeł alternatywnych i modernizować istniejące.

W swojej pracy, po przeanalizowaniu literatury popularnonaukowej, postaram się w przystępny sposób wyjaśnić zasadę działania różnych elektrowni, wskazać problemy do rozwiązania oraz zasugerować, z jakich elektrowni ludzkość będzie korzystać w najbliższej przyszłości.

Logicznie rzecz biorąc, moją pracę można podzielić na trzy części.

W pierwszej spróbuję opowiedzieć o urządzeniu, zaletach i wadach istniejących elektrowni. W drugiej części przejdziemy do omówienia alternatywnych źródeł energii. Na koniec rozważymy problemy współczesnej energetyki, takie jak transport energii itp.

Rozdział 1.

Budowa i analiza już istniejących elektrowni.

W tym rozdziale rozważymy strukturę już istniejących elektrowni, ich główne elementy, które odróżniają jedną elektrownię od drugiej, a także perspektywy ich rozwoju.

1. Energetyka Cieplna

Energetyka cieplna jest najbardziej powszechna we współczesnym świecie, jednak oprócz zalet, które sprawiają, że elektrownie cieplne (TPP) są najbardziej powszechne na świecie, istnieją również zauważalne wady, z którymi trzeba pracować. Rozważmy urządzenie TPP.

Każdy TPP składa się z pięciu głównych elementów:

1. nagrzewnica parowa
2. turbina parowa
3. kondensator
4. pompa
5. bojler

Rysunek 1 przedstawia schemat urządzenia TPP.

Paliwo kopalne jest dostarczane do górnej części kotła (5 na schemacie), gdzie jest spalane. Dzięki wytwarzanemu ciepłu i wodzie dostarczanej do kotła przez pompę 4 powstaje para nasycona.

W podgrzewaczu pary 1 temperatura pary wzrasta do wymaganej wartości. Ponadto para wchodzi do turbiny parowej 2, gdzie jej energia cieplna jest przekształcana w energię mechaniczną: para obraca turbinę, która jest połączona z wałem generatora elektrycznego (pokazanym na prawo od turbiny parowej 2 na schemacie), który przekształca energię mechaniczną w energię elektryczną. Para opuszczająca turbinę wchodzi do skraplacza 3, przez którego rury pompowana jest woda chłodząca, dzięki czemu para wodna przechodzi w stan ciekły, to znaczy do wody. Woda ze skraplacza jest doprowadzana do kotła. Cykl się zamyka.

Rys. 1.

Schemat urządzenia TPP

Teraz warto zastanowić się, dlaczego elektrownie cieplne są jednym z najczęstszych rodzajów elektrowni.

Po pierwsze, terminy budowy TPP są dość krótkie w porównaniu do innych typów elektrowni.

Po drugie, nakłady inwestycyjne na budowę elektrowni cieplnych są znacznie niższe niż w przypadku elektrowni jądrowych i wodnych.

Po trzecie, elektrownie cieplne można budować wszędzie. Na przykład, aby zbudować elektrownię wodną, ​​trzeba budować na rzece, a ze względów bezpieczeństwa elektrownie jądrowe buduje się daleko od osad. TPP są mniej zależne od lokalizacji, jednak należy zauważyć, że TPP potrzebują „paliwa”, czyli węgla, ropy itp., dlatego bardziej opłaca się budować TPP w pobliżu miejsca wydobywania tych zasobów, w przeciwnym razie koszty transportu paliwa będą zbyt wysokie.

Tym samym TPP wyglądają dość konkurencyjnie na tle innych typów elektrowni.

Warto jednak zwrócić uwagę na pewne mankamenty TPP. Jednym z nich jest zanieczyszczenie środowiska.

Na przykład bardzo trudno jest poradzić sobie z tlenkami azotu, zwłaszcza siarką. Istnieją jednak rozwiązania takich problemów, na przykład gaz ziemny jest najbardziej przyjaznym dla środowiska paliwem dla elektrowni cieplnych, ale jest droższy niż węgiel.

Innym problemem jest fakt, że nauka i liczne eksperymenty pokazują, że nie jest możliwe przekształcenie całej dostępnej energii cieplnej w energię mechaniczną, co wpływa na sprawność elektrowni cieplnych. „Wynika to z faktu, że energia cieplna znacznie różni się od innych rodzajów energii, ponieważ opiera się na nieuporządkowanym ruchu najmniejszych cząstek materii. Porządek łatwo zamienić w chaos, natomiast uporządkowanie chaosu jest o wiele trudniejsze.” 1

Rozważmy teraz urządzenie elektrowni wodnych, czyli elektrowni wodnych. Kolejny typ elektrowni, który znalazł już zastosowanie w nowoczesnej energetyce.

1. Elektrownie wodne (HPP).

Wskaźniki ekonomiczne HPP są całkiem odpowiednie: koszt energii elektrycznej wytwarzanej przez HPP jest znacznie niższy niż w przypadku TPP i EJ, a inwestycje kapitałowe, choć wyższe niż w przypadku TPP, są niższe niż w przypadku EJ.

Spójrzmy na urządzenie elektrowni wodnej (ryc. 2). Elektrownie tego typu składają się z: zbiorników umieszczonych na różnych poziomach oraz pompy turbinowej, która może pracować jako pompa do przelewania wody ze zbiornika dolnego do górnego i odwrotnie, jako turbina hydrauliczna połączona z generatorem elektrycznym.

Elektrownia wodna pobiera „nadmiar” energii z sieci elektrycznej (w okresie zmniejszonego na nią zapotrzebowania) i przy jej pomocy pompuje część wody ze zbiornika dolnego do górnego, tworząc w ten sposób rezerwę energii potencjalnej.

Wręcz przeciwnie, w godzinach wzmożonego zapotrzebowania na energię elektryczną (w godzinach szczytu) woda zmagazynowana w górnym zbiorniku jest przepuszczana przez pracujący w tym czasie w trybie generatora silnik-prądnica do zbiornika dolnego.

Ryż. 2 Schemat urządzenia GSE

Pomimo faktu, że energia wodna wynosi obecnie około 49% 2 całej elektroenergetyki nie można zapomnieć o niedociągnięciach.

Po pierwsze, HPP ma stosunkowo niską wydajność, około 70%. Innymi słowy, elektrownia wodna może dostarczyć konsumentowi tylko 70% energii elektrycznej, która została pobrana w godzinach szczytu w godzinach szczytu.

Po drugie, stosunkowo wysoki koszt budowy.

Nie należy jednak zapominać o pozytywnych aspektach tego typu elektrowni.

Mając do czynienia z elektrowniami wodnymi, rozważymy inny rodzaj elektrowni, a mianowicie elektrownię jądrową.

1.3 Elektrownia jądrowa (EJ)

Nowoczesna energia jądrowa opiera się na eksperymentalnie ustalonym fakcie rozszczepienia ciężkich jąder pierwiastków (uranu, plutonu, toru) w wyniku wejścia neutronu do jądra, rozwija się reakcja łańcuchowa z uwolnieniem ogromnej ilości energii, czyli ciepła.

Warto zauważyć, że jeden z tych pierwiastków, pluton, występuje na Ziemi w bardzo małych ilościach w rudach uranu.

Nie przeszkodziło to jednak, aby pluton, 239Pu wydobywany w reaktorach jądrowych, stał się obok uranu najważniejszym paliwem jądrowym.

Należy zauważyć, że masa jądra ciężkiego (uranu, plutonu czy toru) przed reakcją jądrową jest nieco większa niż suma mas uzyskanych w wyniku reakcji produktów reakcji. Czyli mamy tu do czynienia z tzw. defektem masy – zjawiskiem związanym z ogromnym uwolnieniem energii.

W energetyce jądrowej mają do czynienia z dwoma rodzajami neutronów: tzw. neutronami prędkimi, które mają większą energię, powstałą w wyniku reakcji jądrowej, np. podczas rozszczepienia jądra uranu, oraz neutronami, zwanymi neutronami wolnymi. Jednak ich energia jest około 100 razy mniejsza niż energia szybkich neutronów. Termiczne (spowolnione) neutrony można otrzymać za pomocą moderatora, którym może być zwykły lub ciężki (woda. Ciężka woda to izotopowa odmiana wody, której cząsteczka zawiera ciężkie izotopy wodoru, z których najbardziej znany to ciężka woda D2O, gdzie D to deuter, izotop wodoru.) oraz grafit.

Elektrownia jądrowa wykorzystująca neutrony termiczne powinna składać się z:

1. moderator;
2. płyn chłodzący;
3. rdzeń reaktora;
4. ochrona biologiczna.

W rdzeniu znajdują się pręty paliwowe i kontrolne, których zadaniem jest sterowanie jądrową reakcją łańcuchową. Wykonane są z substancji dobrze absorbujących neutrony, takich jak grafit, ale nie ma skutecznych absorberów dla reaktora na neutrony szybkie, dlatego stosuje się rozpraszacze, takie jak nikiel. I w przeciwieństwie do absorbera, taki pręt na początku pracy reaktora znajduje się na zewnątrz rdzenia, a następnie jest wprowadzany do rdzenia.

Paliwo w rdzeniu reaktora umieszczane jest w elementach paliwowych (TVEL), z których każdy składa się z rdzenia i płaszcza. Rdzeniem jest paliwo jądrowe.

Okładzina elementu paliwowego jest często wykonywana ze stopów aluminium i cyrkonu lub grafitu o dużej wytrzymałości, w zależności od warunków, w szczególności temperatury. Skorupa TVEL musi być hermetyczna, bardzo wytrzymała i wysoce stabilna w intensywnym przepływie neuronów. To właśnie te materiały spełniają wymagania.

Ochrona biologiczna to rodzaj ochrony, która chroni przed promieniowaniem. Ochrona biologiczna jest często wykonana z betonu Wysoka jakość i zwykle zawiera około 10% wody, która jest dobrym pochłaniaczem neutronów. Do betonu często dodaje się węglik boru, który również dobrze pochłania neutrony. Cząsteczki tworzące promieniowanie radioaktywne są najpierw spowalniane w wyniku zderzeń z jądrami atomów substancji tworzącej ochronę, a następnie absorbowane.

Rys.3 Schemat reaktora chłodzonego wodą

Przejdźmy teraz do omówienia zasady działania elektrowni jądrowych.

Przed uruchomieniem reaktora pręty są całkowicie wprowadzane do jego strefy aktywnej (dla neutronów termicznych). W tym przypadku większość neutronów jest absorbowana, dlatego reakcja rozszczepienia jądrowego nie zachodzi, a następnie, gdy jest usuwana z rdzenia reaktora, proces przyspiesza. Dzięki automatyzacji wysokość prętów jest regulowana tak, aby liczba neutronów była stała, w przeciwnym razie nastąpi wybuch (niekontrolowana reakcja jądrowa). Płyn chłodzący (najczęściej woda) krążący w rdzeniu reaktora podgrzewa i zamienia wodę w parę. Para obraca turbinę, która jest połączona z wirnikiem generatora prądu elektrycznego. Para wylotowa wchodzi do skraplacza. Cykl się zamyka (ryc. 4).

Okazuje się zatem, że elektrownia jądrowa różni się od elektrowni cieplnej głównie reaktorem. I ogólnie ich zasada działania jest bardzo podobna.

Rys.4 Schemat urządzeniaciśnieniowy reaktor wodny i wymiennik ciepła - wytwornica pary

„Podczas eksploatacji innego typu reaktora, na neutronach prędkich, zwanego też reaktorem powielającym, otrzymuje on nie tylko energię elektryczną przy użyciu 239Pu i 233U jako początkowego paliwa jądrowego, ale także nową porcję 239Pu i 233U jako produkt uboczny.

Jeszcze jeden piętno Ten typ reaktora polega na tym, że w wymienniku ciepła i generatorze pary stosuje się ciekły metal, najczęściej sód. Ponieważ woda może absorbować neutrony, co nie jest konieczne w tego typu elektrowniach jądrowych.

Okazuje się zatem, że elektrownie jądrowe mają prawo być jednym z najpowszechniejszych typów elektrowni, ale główną kwestią pozostaje kwestia bezpieczeństwa. Jedną z proponowanych opcji jest budowa pod ziemią elektrowni jądrowej”. 3

Rys. 6 Schemat urządzenia reaktora chłodzonego wodą i wymiennika ciepła - generatora pary

W tym rozdziale przeanalizowaliśmy podstawowe zasady projektowania już istniejących elektrowni. A teraz przechodzimy bezpośrednio do alternatywnych źródeł energii.

Rozdział 2

Alternatywne źródła energii i perspektywy ich rozwoju.

W tym rozdziale rozważymy sposoby wytwarzania energii elektrycznej, które nie są jeszcze rozpowszechnione, ale mogą pomóc poprawić nasze życie, ponieważ już powiedziano, że energia odgrywa ważną rolę w życiu współczesnego człowieka.

A zacznijmy od metody związanej z wykorzystaniem energii wiatru.

2.1 Wykorzystanie energii wiatrowej.

Przede wszystkim musisz zrozumieć, czym jest wiatr. Wiatr to ruch mas powietrza względem powierzchni ziemi na skutek różnicy ciśnień, która powstaje w wyniku nierównomiernego nagrzewania się powierzchni ziemi.

Ten rodzaj energii jest używany od bardzo dawna, przykładem jest wiatrak. Energetyka wiatrowa należy do szeregu źródeł odnawialnych, jednak warto zaznaczyć, że dużym utrudnieniem jest zmienność prędkości i kierunku wiatru, dlatego ten rodzaj energii może być wykorzystany do mechanizmów niewymagających stałej energii, lub do przesyłu energii elektrycznej do wystarczająco mocnego systemu, dla którego małe zmiany w ilości dopływającej energii nie są znaczące. Tą energią można również ładować akumulatory lub zamieniać ją na energię mechaniczną i wykorzystywać jako pompę, bez dodatkowego naczynia. W tej chwili dostępne są turbiny wiatrowe o mocy od 10 do 100 kW.

Rys.7 Turbina wiatrowa

Przyjrzyjmy się teraz metodzie związanej z energią, która „leży pod naszymi stopami”, a mianowicie energią geotermalną.

2.2 Wykorzystanie energii geotermalnej.

Energia geotermalna to ciepło uwalniane w wyniku rozpadu pierwiastków promieniotwórczych w głębokich warstwach Ziemi i ruchu płyt tektonicznych.

Przede wszystkim wyróżnia się trzy warstwy Ziemi:

1. Powierzchnia ziemi, czyli „twarda ziemia”, której grubość pod hydrosferą (powłoka wodna Ziemi) wynosi zaledwie 7 kilometrów, a pod atmosferą (powłoka powietrzna Ziemi) wynosi 130 kilometrów.
2. Płaszcz. Płaszcz zajmuje około 85% objętości całej planety i około 2/3 jej masy.
3. Rdzeń. Można go podzielić na warstwę zewnętrzną i podrdzeń. Zewnętrzna warstwa to podgrzewana, półpłynna parodia.

Ryc.8 Budowa Ziemi

„Wraz ze wzrostem głębokości warstw ziemi rośnie temperatura. Na głębokości 50 km wynosi około 700 - 800 ° С, na głębokości 500 km - około 1500 - 2000 ° С, na głębokości 1000 km - około 1700 - 2500 ° С, na głębokości 2900 km (granica między płaszczem a rdzeniem) - około 2000 - 4700 ° С, w centrum Ziemi, tj. na głębokości 6371 km, - 2200 - 2500 ° C. " 4 Wyjaśnia to, jak już wspomniano, fakt, że rozpad pierwiastków promieniotwórczych w głębokich warstwach trwa. Następuje zatem „przepływ ciepła” do skorupy ziemskiej, ciepło zgromadzone w jądrze jest ogromne, dlatego energia geotermalna zaliczana jest do odnawialnych źródeł energii.

Moc energii geotermalnej jest 4000 razy mniejsza niż energia promieniowania słonecznego, ale 30 razy większa niż moc wszystkich elektrowni na świecie.

Istnieją dwa źródła energii geotermalnej: hydrotermalna, czyli podgrzana para wodna i woda, której temperatura wynosi około 100 ° C, oraz petrotermalna, czyli podgrzewane skały stałe.

Energia hydrotermalna znalazła już zastosowanie we współczesnym świecie, w regionach geochemicznych, w których jest wykorzystywana System grzewczy i wodociągowej, ale woda z gejzerów nie może być doprowadzona do sieci wodociągowej ze względu na dużą zawartość składników mineralnych, dlatego wykorzystywana jest tylko do celów grzewczych.

Jeśli chodzi o wytwarzanie energii elektrycznej w oparciu o hydrotermię, ogólnie przyjmuje się, że granicą, poniżej której nieopłacalne jest tworzenie elektrowni geotermalnej jest temperatura pary wodnej lub wody bliska 130°C. Być może w przyszłości, dzięki rozwojowi technologii, uda się ten limit obniżyć. Należy jednak zauważyć, że w 1967 roku na Kamczatce powstała elektrownia geotermalna Pauzhetskaya o mocy 2,5 MW.

Obecnie drugi rodzaj energii geotermalnej, petrotermalna, w ogóle nie jest wykorzystywany, ponieważ wiąże się z nim wiele trudności. Jednym z nich jest słaba zdolność do zachowania korpusu podziemnych skał, dlatego projekty te są uważane za nieopłacalne.

Teraz myślę, że możemy zakończyć dyskusję na temat energii geotermalnej i przejść do wykorzystania fal morskich.

2.3 Energia fal morskich.

Obecnie wielu naukowców uważa, że ​​​​takie instalacje można stosować na pełnym morzu, jak najdalej od fal, ale moc takich instalacji jest dość niska.

Teraz spójrzmy na urządzenie takich stacji.

Rys. 9 Schemat instalacji do przetwarzania energii fal morskich

Platforma podzielona jest na sekcje otwierane od dołu, wypełnione powietrzem, pełniące rolę cylindrów tłokowych. samolot. Fale, przechodząc pod platformą, sprężają powietrze w sekcjach jedna po drugiej. W ten sposób woda pełni rolę tłoka. W konsekwencji w sekcjach z kolei, gdy fale przechodzą pod nimi, ciśnienie będzie większe lub mniejsze. Kiedy ta sekcja znajduje się powyżej grzbietu fali, objętość powietrza w niej maleje, powietrze jest sprężane, jego ciśnienie wzrasta. Gdy odcinek znajduje się między dwoma grzbietami fal, ciśnienie powietrza spada. Na górze platformy zainstalowane są turbiny, dzięki którym energia fal zamieniana jest na energię elektryczną.

Najważniejszą kwestią jest wilgoć. Dlatego należy stosować sprzęt odporny na wilgoć. Kolejny problem związany jest z małą mocą tego mechanizmu, ale znalazły one zastosowanie. Na przykład Japonia wykorzystuje dane z pływającej elektrowni bojowej.

Z wodą wiąże się również inny sposób pozyskiwania energii.

2.4 Elektrownie pływowe.

Przyczyną przypływów pływów jest wpływ na powłokę wodną Ziemi Księżyca i Słońca, a także siły odśrodkowe. Maksymalne podniesienie poziomu wody, zwane wysoką wodą, powyżej minimalnego obniżenia poziomu wody - niskiej wody, wynosi na otwartym oceanie około 1 m. Ale w zależności od kształtu linii brzegowej, a także szerokości geograficznej, głębokości morza w pobliżu lądu i kilku innych czynników, przypływ może być znacznie większy.

„Obecnie uważa się, że aby powstała elektrownia pływowa, różnica poziomów podczas przypływu i odpływu musi wynosić co najmniej 10 m. Ale takich miejsc na świecie jest nie więcej niż 30”. 5 W niektórych miejscach występuje maksymalna wartość różnicy poziomów mórz podczas przypływu i odpływu

„Atlantyckie wybrzeże Kanady, gdzie sięga 18 m.

wyraźny wysokie poziomy przypływ w niektórych miejscach kanału La Manche (do 15 m),

Morze Ochockie (do 13 m), Morze Białe (do 10 m), Morze Barentsa (do 10 m).

Działanie tej elektrowni opiera się na jej właściwościach naczyń połączonych, a mianowicie pod wpływem ciśnienia wyrównają się poziomy cieczy.

W celu utworzenia niezbędnego basenu budowana jest tama. W korpusie zapory zainstalowany jest turbogenerator hydrauliczny, który (w celu zwiększenia wydajności elektrowni) musi być „odwracalny”, tj. działać zgodnie z przeznaczeniem, gdy woda przepływa przez niego w obu kierunkach: zarówno z prawej do lewej, jak iz lewej do prawej.

Ryc.10 Schemat elektrowni pływowej

Jednak wydajność elektrowni pływowej jest niska. Jednak wskaźniki techniczne i ekonomiczne elektrowni pływowej nie są wysokie. Świadczy o tym praca elektrowni pływowej zbudowanej w 1966 r. we Francji nad Rodanem, nad brzegiem kanału La Manche, o mocy 240 tys. Koszt jej budowy jest znacznie wyższy niż w przypadku konwencjonalnej elektrowni wodnej o tej samej mocy, a liczba godzin pracy w ciągu roku przy mocy znamionowej jest, co zrozumiałe, znacznie niższa.

A na koniec rozdziału chciałbym porozmawiać o najbardziej obiecującym projekcie, a mianowicie o wykorzystaniu energii słonecznej.

2.5 Energia słoneczna w energetyce.

Słońce jest najpotężniejszym dostępnym obecnie źródłem energii. Pozorna moc jest wyrażona jako 4 x 10 14 kW. Ale niestety większość energii jest odbijana przez ziemską atmosferę, a wtedy na każdy metr kwadratowy ziemi przypada średnio 0,35 kW, wtedy cała powierzchnia Ziemi to 105 miliardów kW.

Energię słoneczną można wykorzystać do podgrzania płynu roboczego, takiego jak woda w systemie zaopatrzenia w wodę, lub do przekształcenia go w energię elektryczną. Przyjrzyjmy się bliżej temu drugiemu.

Obecnie stosuje się do tego dwie metody:

1. za pomocą półprzewodnikowych konwerterów fotoelektrycznych (PVC)
2. tworzenie elektrowni parowych

Ale warto zauważyć, że pierwsza metoda jest bardziej obiecująca. Dlatego zaczniemy od niego.

FEP to urządzenie, którego działanie opiera się na zjawisku efektu fotoelektrycznego. „Zjawisko wyciągania elektronów z substancji pod wpływem światła nazywamy efektem fotoelektrycznym”. 6 Początkowo wykorzystywali fakt, że elektrony katody trafiają do próżni FEP, ale wydajność tego procesu była niska.

Potem zaczęto stosować FEP z warstwą barierową. Zasada jego działania polega na tym, że są dwa półprzewodniki, jeden z nadmiarem elektronów, a drugi z „dziurą”, czyli elektron wyszedł, a jego miejsce stało się puste. ka”, więc powstaje dodatkowa różnica potencjałów, a więc prąd elektryczny.

Rys.11 schemat zasady działania baterii słonecznej

Krzem i german z zanieczyszczeniami są stosowane jako półprzewodniki, ponieważ substancje te w czystej postaci są dielektrykami. Warto jednak zauważyć, że sprawność ogniw fotowoltaicznych wynosi zaledwie około 25%, a koszt takich instalacji jest nadal wysoki, jednak ogniwa fotowoltaiczne znalazły zastosowanie w statkach kosmicznych.

Zatrzymajmy się teraz nad drugim sposobem przetwarzania energii słonecznej - nad tworzeniem elektrowni parowych, w których konwencjonalny kocioł parowy pracujący np. na węglu zastępowany jest solarnym kotłem parowym. Na rysunku 12 przedstawiono schemat urządzenia tego typu elektrowni.

Schemat parowej instalacji solarnej jest na tyle przejrzysty, że nie wymaga dalszych wyjaśnień.

Rys.12 schemat elektrowni parowej.

Zapoznawszy się z alternatywnymi źródłami energii rozumiemy, że korzystanie z tych źródeł wymaga pewnej wiedzy i technologii, aby były naprawdę przydatne, więc wszystko zależy od nas

Rozdział 3

Problemy współczesnej energetyki.

W tym rozdziale przyjrzymy się kwestiom, które wciąż wymagają rozwiązania w celu rozwoju energetyki. Zagadnienia te obejmują zanieczyszczenie środowiska, problemy związane z transportem energii elektrycznej.

Na początek przyjrzyjmy się problemowi przesyłu energii elektrycznej, ponieważ znajdując rozwiązanie tego problemu, możemy znaleźć sposób na zmniejszenie strat energii podczas transportu. Faktem jest, że większość rodzajów elektrowni zależy od ich położenia geograficznego, na przykład elektrownia cieplna powinna być zlokalizowana w pobliżu miejsc wydobycia paliwa, elektrownia wodna powinna być zlokalizowana w pełnych rzekach. Brak swobody w wyborze lokalizacji elektrowni oraz wzrost zużycia energii elektrycznej sprawiają, że transport energii jest jednym z najważniejszych zagadnień współczesnego rozwoju energetyki.

Istnieją dwa wyjścia z tego problemu:

transport surowców, paliwa (dla elektrociepłowni);

transport samej energii elektrycznej;

Obecnie rurociąg służy do pompowania ropy i produktów naftowych.

Ropa jest cieczą nieściśliwą, więc zużycie energii na jej pompowanie zależy jedynie od konieczności pokonania sił tarcia w rurociągu, czyli jest stosunkowo niewielkie. Zbliżony pod względem wydajności jest również transport ropy w dużych tankowcach. Sytuacja jest trudniejsza w przypadku transportu gazu ziemnego. Łatwo się kompresuje, więc trzeba użyć kompresora i rurociągu o dużej średnicy. Bardziej ekonomicznie byłoby transportować skroplony gaz, ale jest jedno: do utrzymania tego stanu wymagana jest temperatura -150°C.

Jeśli chodzi o transport węgla na duże odległości, obecnie tylko kolej i transport wodny. Obliczono, że podczas transportu towarów kolej żelazna przy prędkości 100 km/h zużycie energii jest 4 razy mniejsze w porównaniu do samochodem i ponad 60 razy mniej w porównaniu z lotnictwem.

Z drugiej strony zawsze możemy transportować samą energię elektryczną. Linie elektroenergetyczne lub, jak je w skrócie nazywamy, linie elektroenergetyczne, są uniwersalnym środkiem transportu energii. Zadaniem elektroenergetycznych linii przesyłowych jest nie tylko jednokierunkowy przesył energii, jak ma to miejsce np. za pomocą ropociągów i gazociągów, ale także komunikacja pomiędzy poszczególnymi elektrowniami i całymi systemami energetycznymi. Taka komunikacja przyczynia się do zwiększenia niezawodności systemu elektroenergetycznego, zmniejszenia wymaganej rezerwy mocy oraz ułatwienia pracy systemu w okresach maksymalnego i minimalnego zapotrzebowania na energię elektryczną. Według głównych wskaźników ekonomicznych linie elektroenergetyczne są gorsze nie tylko od rurociągów naftowych, ale także od gazociągów. Jeśli chodzi o transport węgla na duże odległości koleją, jego wydajność jest zbliżona do wydajności linii elektroenergetycznych.

Powszechnie stosowane są dwa rodzaje linii elektroenergetycznych: prąd stały i prąd przemienny. Każdy typ ma swoje zalety i wady. Ze względu na wyższe dopuszczalne napięcie robocze w linii (1,5-2 razy wyższe niż dla linii prądu przemiennego), linie prądu stałego mogą być budowane na większych odległościach. Po drugie, wykorzystanie linii przesyłowych prądu stałego do łączenia systemów elektroenergetycznych eliminuje potrzebę synchronizacji systemów i ścisłego wyrównywania ich częstotliwości. W konsekwencji linie prądu stałego sprawiają, że systemy zasilania są bardziej zrównoważone.

Istnieją jednak wady, a mianowicie konieczność posiadania dwóch konwerterów, jednego na nadawczym końcu linii do konwersji AC na DC, a drugiego na odbiorczym końcu linii do konwersji DC na AC. To dość drogi sprzęt, a poza tym warto wziąć pod uwagę ich liczbę w ewentualnej sieci elektroenergetycznej. Ponadto, jeśli używasz linii prądu stałego do przesyłania energii elektrycznej na krótkie odległości, straty energii w samych konwerterach będą większe niż straty w liniach elektroenergetycznych prądu przemiennego.

Jednak linie przesyłowe prądu stałego mogą znaleźć zastosowanie do przesyłu energii na duże odległości ze względu na swoją stabilność.

Perspektywa dalszego rozwoju przewodowego przesyłu energii elektrycznej wiąże się obecnie nie tylko z liniami napowietrznymi, ale również kablowymi. Przez kablową linię elektroenergetyczną rozumie się sposób przesyłania energii elektrycznej, w którym przewody przewodzące wraz z izolacją elektryczną są zamknięte w hermetycznej osłonie. Kable zasilające są zwykle zlokalizowane pod ziemią. Co też ma swoje zalety, np. aby zbudować linię napowietrzną, trzeba wziąć pod uwagę czynniki środowiskowe, takie jak zmiany temperatury, wiatry, wilgotność powietrza w danym miejscu, a błędne obliczenia mogą prowadzić do dużych strat energii.

Linie energetyczne na prąd przemienny znajdują również zastosowanie we współczesnym świecie. Najnowocześniejszy urządzenia elektryczne działają na prąd przemienny, dlatego przetwornica DC będzie potrzebna, jeśli korzystasz z prądu stałego, a jeśli weźmiesz pod uwagę, że jesteś w dość dużym mieście, to energia elektryczna jest wytwarzana głównie przez elektrownie cieplne zlokalizowane w pobliżu miasta, okazuje się, że odległość jest dość niewielka, dlatego użycie prądu stałego jest ekonomicznie nieopłacalne, ponieważ większość energii elektrycznej zostanie utracona w wyniku jej konwersji. Ponadto sam koszt takiej energii będzie wyższy, ponieważ energia stała musi zostać przekształcona. Jest to zaleta linii energetycznych na prąd przemienny. Ale są też cechy negatywne: linia elektroenergetyczna wymaga synchronizacji wszystkich źródeł i odbiorców, a straty energii rosną wraz ze wzrostem odległości.

„W jednej z obiecujących kablowych linii przesyłowych izolacją jest gaz pod stosunkowo wysokim ciśnieniem, który ma niską przewodność elektryczną. Takim gazem, który znalazł już zastosowanie w technice, jest w szczególności sześciofluorek siarki SF6, który wśród inżynierów elektryków nazywany jest SF6. Sześciofluorek siarki jest jednym z tak zwanych gazów elektroujemnych, charakterystyczną właściwością cząsteczek, których jest zdolność przyłączania do siebie elektronów i dzięki temu przekształcania się w jony ujemne. Prowadzi to do zmniejszenia stężenia wolnych elektronów w gazie, aw konsekwencji do zmniejszenia jego przewodnictwa. Obecnie trudno wyciągać wnioski na temat możliwej skali wykorzystania SF6, ale ten kierunek rozwoju linii elektroenergetycznych budzi zainteresowanie.” 7

Kolejnym obiecującym osiągnięciem są kriogeniczne i nadprzewodzące linie energetyczne. Idea kriogenicznych linii przesyłowych opiera się na dobrze znanym fakcie, że opór elektryczny metali (zwłaszcza czystych) maleje wraz ze spadkiem temperatury. Na przykład, jeśli czyste aluminium zostanie schłodzone do temperatury -253°C (temperatura ciekłego wodoru), to jego opór elektryczny zmniejszy się około 500 razy.

Zalety takich linii przesyłowych są oczywiste, ale sprzęt do utrzymania warunków odpowiednich do pracy takich linii przesyłowych jest dość drogi, co jest wadą, z tego powodu energia elektryczna stanie się bardzo droga.

A zanim dokończę kwestię transportu energii elektrycznej, chciałbym rozważyć inny rodzaj przesyłania energii, a mianowicie ukierunkowaną wiązkę promieniowania elektromagnetycznego, w rzeczywistości można ją nazwać elektromagnetyczną, ale jej skuteczność jest trudna do oceny.

Ten rodzaj transmisji może być przydatny w przypadku tworzenia potężnych elektrowni słonecznych na orbicie okołoziemskiej. A jeśli chodzi o transmisję, możliwe jest przekształcenie energii elektrycznej w promieniowanie elektromagnetyczne za pomocą skierowanej wiązki, a na Ziemi skupienie i konwersja z powrotem.

Rozważmy teraz taki problem, jak magazynowanie energii.

Pierwszym typem akumulatora jest koło zamachowe.

Jest to bateria mechaniczna, ponieważ jest w stanie gromadzić energię mechaniczną, a nie elektryczną. Energia przez niego zmagazynowana jest energią kinetyczną samego koła zamachowego

Aby zwiększyć energię kinetyczną koła zamachowego, konieczne jest zwiększenie jego masy i liczby obrotów. Ale wraz ze wzrostem liczby obrotów siła odśrodkowa, co może doprowadzić do pęknięcia koła zamachowego. Dlatego do kół zamachowych stosuje się najtrwalsze materiały. Na przykład stal i włókno szklane. Powstały już koła zamachowe, których masa mierzona jest w kilkadziesiąt kilogramów, a prędkość obrotowa dochodzi do 200 tysięcy obrotów na minutę.

Straty energii podczas obrotu koła zamachowego spowodowane są tarciem między powierzchnią koła zamachowego a powietrzem oraz tarciem w łożyskach. Aby ograniczyć straty, koło zamachowe umieszcza się w obudowie, z której wypompowuje się powietrze, czyli wewnątrz obudowy wytwarza się podciśnienie. Stosowane są najbardziej zaawansowane konstrukcje łożysk. W tych warunkach roczna utrata energii przez koło zamachowe może być mniejsza niż 20%.

Od dawna używany jest taki rodzaj baterii, jak bateria elektrochemiczna.

Bateria elektrochemiczna jest jedną z najpowszechniejszych, ale ma wąskie zastosowanie we współczesnym świecie.

Ten typ baterii posiada dwie elektrody – dodatnią i ujemną, zanurzone w roztworze – elektrolicie. Przemiana energii chemicznej w energię elektryczną następuje w wyniku reakcji chemicznej. Aby zainicjować reakcję, wystarczy zamknąć zewnętrzną część obwód elektryczny bateria. Na elektrodzie ujemnej zawierającej reduktor w wyniku reakcji chemicznej zachodzi proces utleniania. Powstałe w tym przypadku swobodne elektrony przechodzą wzdłuż zewnętrznego odcinka obwodu elektrycznego od elektrody ujemnej do dodatniej. Innymi słowy, między elektrodami powstaje różnica potencjałów, która wytwarza prąd elektryczny. Jest to proces rozładowywania akumulatora, gdy działa jako źródło prądu. Gdy akumulator jest naładowany, reakcja chemiczna przebiega w przeciwnym kierunku. Główną wadą takiego akumulatora jest jego „objętość”, czyli niska energia właściwa (tj. stosunek energii do masy J/kg).

Istnieją również akumulatory termiczne, czyli wykorzystanie energii słonecznej do podgrzania płynu roboczego lub przeniesienia płynu roboczego z jednego stanu skupienia do drugiego.

Tak więc, pomimo tego, że obecnie energetyka jest dobrze rozwinięta, wciąż jest wiele do zrobienia, ponieważ praca w tym kierunku może zmniejszyć straty energii, a co za tym idzie, obniżyć koszty energii elektrycznej.

Dlatego jeśli chcemy poprawić jakość naszego życia, warto zwrócić uwagę na problem transportu energii, dotyczy to szczególnie tak dużego kraju jak Rosja, ponieważ około 70% naszej gospodarki opiera się na rynku towarowym. Większość minerałów znajduje się na Syberii, a do zwiększenia ilości wydobywanych surowców potrzebna jest duża ilość energii elektrycznej.

Wniosek.

Podsumowując, chciałbym powiedzieć, że biorąc pod uwagę prognozy wyczerpywania się paliw kopalnych, a mianowicie rezerw gazu i ropy naftowej, przy uwzględnieniu współczesnej konsumpcji, powinno wystarczyć na 100 lat, zasoby węgla to nieco ponad 300 lat, paliwa jądrowego na co najmniej 1000 lat, można powiedzieć, że tradycyjne źródła energii będą dominować przez dość długi czas. Najpierw przestaną stosować TPP na ropie i gazie, bo stanie się to zbyt drogie i nieopłacalne, w zamian rozpowszechnią się TPP na węglu, ale bliżej roku 2100 węgiel zacznie drożeć, dlatego elektrownie jądrowe są wiodącym rodzajem „klasycznych” elektrowni. Mimo że zasoby paliwa jądrowego nie są tak duże jak węgla, z paliwa jądrowego można uzyskać 100 razy więcej energii niż z węgla. Ale jest problem, który nie pozwala energii jądrowej stać się liderem - jest to utylizacja wypalonego paliwa jądrowego i oczywiście kwestia bezpieczeństwa. Na przykład już teraz w Europie chcą zakazać korzystania z elektrowni jądrowych, co oczywiście nie jest właściwe, biorąc pod uwagę zapotrzebowanie społeczeństwa na energię.

Jeśli chodzi o energię alternatywną, to dopiero się rozwija i nierozsądne jest oczekiwanie od niej w tej chwili zbyt wiele. Jego rozwój zależy bezpośrednio od rozwoju społeczeństwa ludzkiego, ponieważ dla rozwoju tych elektrowni konieczne jest rozwiązanie wielu problemy techniczne, ale po części znalazł już zastosowanie i zainteresował inwestorów, co przyspieszy jego rozwój. Na przykład w 2008 roku po raz pierwszy zainwestowali więcej w energię alternatywną niż w „klasyczną”, uzasadniając to tym, że energia alternatywna może przynieść dobry zysk w długim okresie, inwestując w energię alternatywną – 140 mld USD, a „klasyczną” – 110 mld USD 8 .

Zatem dla harmonijnego i szybkiego rozwoju nie jest konieczne skupianie się tylko na jednym typie energii klasycznej lub alternatywnej, konieczna jest modernizacja tego, co już mamy i rozwijanie tego, co mamy do odkrycia.

2 Mam na myśli światową energię

Energia zawsze była najważniejszym czynnikiem istnienia i postępu ludzkiej cywilizacji. Bez niej nie do pomyślenia jest jakakolwiek działalność ludzi, od której w decydujący sposób zależą gospodarki krajów, a ostatecznie dobrobyt ludzi. Zwykły człowiek jest tak przyzwyczajony i przystosowany do różnych jego przejawów, że po prostu nie zauważa problemu, bezmyślnie konsumując pozornie nieskończone zasoby.

Jednak ograniczenia i możliwości tradycyjnych źródeł energii nie są niewyczerpane. Dobitnie świadczy o tym polityka energetyczna większości największych gospodarczo rozwiniętych krajów planety, ONZ i innych wiodących światowych organizacji. Od ponad pół wieku wszyscy zainteresowani aktywnie poszukują i rozwijają inne, alternatywne metody wytwarzania energii elektrycznej i ciepła.

Rozwój alternatywnych źródeł energii jest ściśle powiązany z problemami środowiskowymi na dużą skalę. Globalne zanieczyszczenie środowiska, światowe oceany, zatrważające statystyki emisji szkodliwych związków do atmosfery – wszystko to dobitnie wskazuje, że w XXI wieku energia alternatywna i ekologia będą ze sobą nierozerwalnie związane.

Rozwój i poszukiwanie nietradycyjnych źródeł energii to jedno z najważniejszych zadań stojących przed światowym środowiskiem naukowym. Od jego rozwiązania zależy ekologia planety, sytuacja z nadchodzącym totalnym kryzysem energetycznym, dalszy rozwój gospodarczy krajów, a co za tym idzie poziom życia ich ludności.

Ludzkość od dawna dostrzega potrzebę pozyskiwania energii i nauczyła się z niej korzystać, uzyskując wymierne korzyści.

Wykorzystanie energii wiatru doprowadziło do powstania żagli, okrętów wojennych i statków handlowych. Powstały floty wojskowe, zaczął się rozwijać handel morski.

Wynalezienie młynów do produkcji chleba opierało się na wykorzystaniu energii wody pozyskiwanej poprzez ruch koła wodnego. Ich pojawienie się pozytywnie wpłynęło na sytuację demograficzną krajów starożytnego świata, długość życia ludzi gwałtownie wzrosła.

Wykorzystanie domowych odpadów i pozostałości wymarłych roślin jako opału od niepamiętnych czasów pomagało w gotowaniu żywności, posłużyło jako podstawa do powstania wczesnej metalurgii.

Wtedy z pomocą ludzkości przyszły ważne odkrycia geologiczne. Postęp naukowy i technologiczny oraz rewolucja przemysłowa sprawiły, że już pod koniec XIX wieku surowce węglowodorowe stały się głównym źródłem energii. Żagle, wiosła, siła mięśni koni i innych zwierząt zostały zastąpione tanimi silnikami na paliwa kopalne.

Gospodarki zdecydowanej większości państw zostały zreorganizowane na węglowodorach, po drodze rozwinęła się energetyka wodna, a od połowy XX wieku na scenie pojawiła się energetyka jądrowa.

Tak postępujący rozwój mógłby trwać dalej, gdyby do lat 60. i 70. XX wieku cywilizacja nie stanęła przed problemem globalnego zanieczyszczenia Ziemi, ściśle związanego z antropogenicznymi zmianami klimatu.

Nowoczesna energia pewnie trzyma rękę na pulsie w chemicznych, radioaktywnych, aerozolowych i innych rodzajach zanieczyszczeń środowiska. Rozwiązanie poszczególnych problemów wpłynie bezpośrednio na pozytywną możliwość wyeliminowania problemów środowiskowych.

Główna trudność problemu współczesnej energetyki polega na tym, że branża ta rozwija się bardzo szybko. Dla porównania, jeśli populacja Ziemi podwaja się średnio w ciągu pół wieku, to podwojenie zużycia energii przez ludzkość następuje co 15 lat.

Nakładanie się tempa wzrostu liczby ludności i wzrostu sektora energetycznego prowadzi zatem do efektu lawinowego: potrzeby i zapotrzebowanie na energię w przeliczeniu na jednego mieszkańca stale rosną.

Na chwilę obecną nie widać oznak spadku jego zużycia. Aby stale spełniać te wymagania w najbliższej przyszłości, ludzkość musi jak najszybciej odpowiedzieć sobie na kilka istotnych pytań:

• jaki jest realny wpływ na noosferę (sferę działalności człowieka) kluczowych rodzajów energii, jak zmieni się ich udział w bilansie energetycznym w bliższej i dalszej przyszłości;
• jak zneutralizować negatywny efekt stosowania tradycyjnych metod wytwarzania energii, jej eksploatacji;
• jakie istnieją możliwości, czy dostępne są technologie pozyskiwania energii alternatywnej, jakie zasoby można do tego wykorzystać, czy istnieje przyszłość dla alternatywnych źródeł energii.

Energia alternatywna jako niealternatywna przyszłość ludzkości

Czym jest energia alternatywna? Pod tą koncepcją kryje się zupełnie nowa branża, która łączy w sobie wszelkiego rodzaju obiecujące rozwiązania mające na celu znalezienie i wykorzystanie alternatywnych źródeł energii.

Jak najszybsze przejście na alternatywne źródła energii jest konieczne ze względu na następujące czynniki:

Państwa korzystające z alternatywnych form energii otrzymają nieocenioną premię – wręcz niewyczerpaną, nieograniczoną jej podaż, gdyż lwia część tych źródeł pochodzi ze źródeł odnawialnych.

Główne rodzaje alternatywnych źródeł energii

Ostatnio praktycznie wypróbowano wiele nietradycyjnych opcji pozyskiwania energii. Statystyki mówią, że wciąż mówimy o tysięcznych procentach potencjalnego wykorzystania.

Typowe trudności, jakie nieuchronnie napotyka na swojej drodze rozwój alternatywnych źródeł energii, to kompletne luki w przepisach większości krajów dotyczących eksploatacji zasobów naturalnych jako własności państwa. Problem nieuniknionego opodatkowania energii alternatywnej jest ściśle związany z brakiem opracowania prawnego.

Rozważ 10 najczęściej używanych alternatywnych źródeł energii.

Wiatr

Energia wiatru była wykorzystywana przez człowieka od zawsze. Poziom rozwoju nowoczesnych technologii pozwala nam na to, aby przebiegała ona niemal nieprzerwanie.

Jednocześnie energia elektryczna jest wytwarzana za pomocą wiatraków, podobnych do młynów, specjalnych urządzeń. Śmigło wiatraka przekazuje energię kinetyczną wiatru do generatora, który wytwarza prąd za pomocą obracających się łopat.

Takie farmy wiatrowe są szczególnie powszechne w Chinach, Indiach, USA i krajach Europy Zachodniej. Niekwestionowanym liderem w tej dziedzinie jest Dania, która notabene jest pionierem energetyki wiatrowej: pierwsze instalacje pojawiły się tu pod koniec XIX wieku. Dania zamyka w ten sposób do 25% całkowitego zapotrzebowania na energię elektryczną.

Pod koniec XX wieku Chiny były w stanie zapewnić elektryczność regionom górskim i pustynnym tylko za pomocą turbin wiatrowych.

Wykorzystanie energii wiatru jest prawdopodobnie najbardziej zaawansowanym sposobem produkcji energii. Jest to idealny wariant syntezy, w którym połączono energię alternatywną i ekologię. Wiele rozwiniętych krajów świata stale zwiększa udział wytwarzanej w ten sposób energii elektrycznej w swoim bilansie energetycznym.

Słońce

Od dłuższego czasu podejmowane są również próby wykorzystania promieniowania słonecznego do wytwarzania energii, obecnie jest to jeden z najbardziej obiecujących sposobów rozwoju energetyki alternatywnej. Już sam fakt, że słońce na wielu szerokościach geograficznych planety świeci przez cały rok, przekazując Ziemi dziesiątki tysięcy razy więcej energii, niż zużywa w ciągu roku cała ludzkość, inspiruje do aktywnego wykorzystania stacji słonecznych.

Większość największych stacji znajduje się w Stanach Zjednoczonych, w sumie energia słoneczna jest dystrybuowana w prawie stu krajach. Podstawą są fotokomórki (konwertery promieniowania słonecznego), które są łączone w wielkoskalowe panele słoneczne.

Ciepło Ziemi

Ciepło głębin ziemi jest przetwarzane na energię i wykorzystywane na potrzeby człowieka w wielu krajach świata. Energia cieplna jest bardzo efektywna w obszarach aktywności wulkanicznej, gdzie występuje dużo gejzerów.

Liderami w tym obszarze są Islandia (stolica kraju, Reykjavik, jest w pełni zaopatrzona w energię geotermalną), Filipiny (udział w całkowitym bilansie to 20%), Meksyk (4%) i USA (1%).

Ograniczenie w wykorzystaniu tego typu źródeł wynika z braku możliwości przesyłu energii geotermalnej na duże odległości (typowe lokalne źródło energii).

W Rosji jest jeszcze jedna taka stacja (moc - 11 MW) na Kamczatce. W tym samym miejscu powstaje nowa stacja (moc - 200 MW).

Dziesięć najbardziej obiecujących źródeł energii w najbliższej przyszłości to:

• stacje słoneczne zlokalizowane w kosmosie (główną wadą projektu są ogromne koszty finansowe);
• siła mięśniowa człowieka (zapotrzebowanie przede wszystkim na mikroelektronikę);
• potencjał energetyczny przypływów i odpływów (wadą jest wysoki koszt budowy, gigantyczne wahania mocy w ciągu doby);
• zbiorniki na paliwo (wodór) (konieczność budowy nowych stacji benzynowych, wysoki koszt samochodów, które będą je tankować);
• szybkie reaktory jądrowe (pręty paliwowe zanurzone w ciekłym Na) – technologia jest niezwykle obiecująca (możliwość ponownego wykorzystania odpadów);
• biopaliwo – już szeroko stosowane przez kraje rozwijające się (Indie, Chiny), zalety – odnawialność, przyjazność dla środowiska, wada – wykorzystanie zasobów, grunty przeznaczone pod produkcję roślinną, chodzenie zwierząt gospodarskich (wzrost cen, brak pożywienia);
• elektryczność atmosferyczna (akumulacja potencjału energetycznego pioruna), główną wadą jest ruchliwość frontów atmosferycznych, szybkość wyładowań (złożoność akumulacji).

Naukowcy ścigają się, aby znaleźć przyszłe źródła energii, aby poprawić stan środowiska i zmniejszyć zależność od ropy naftowej i innych paliw kopalnych.

Niektórzy przewidują, że energia przyszłości to . Inni mówią, że słońce jest ścieżką. Schematy Wilder obejmują turbiny wiatrowe wysoko w powietrzu lub silnik na antymaterię.

Zastanów się, jaka będzie energia przyszłości w XXI wieku i później.

Energia antymaterii

Antymateria jest analogiem materii, składa się z antycząstek, które mają taką samą masę jak normalna materia, ale o przeciwnych właściwościach atomowych, znanych jako spin i ładunek.

Kiedy przeciwstawne cząstki się spotykają, anihilują się nawzajem i uwalniają ogromną ilość energii, zgodnie ze słynnym równaniem Einsteina E=mc2.

Energia przyszłości w postaci prototypu antymaterii jest już wykorzystywana w technice obrazowania medycznego, znanej jako pozytonowa tomografia emisyjna (PET), ale jej wykorzystanie jako potencjalnego źródła paliwa pozostaje w sferze science fiction.

Problem z antymaterią polega na tym, że we wszechświecie jest jej bardzo mało. Antymaterię można wytwarzać w laboratoriach, ale obecnie tylko w bardzo małych ilościach i po wygórowanych cenach. I nawet jeśli problem produkcji da się rozwiązać, to nadal głównym pytaniem pozostaje, jak przechowywać coś, co ma tendencję do samounicestwienia w kontakcie ze zwykłą materią, a także jak wykorzystać tę energię antymaterii, która już powstała.

Naukowcy prowadzą badania nad stworzeniem antymaterii, która pewnego dnia mogłaby przewieźć ludzkość do gwiazd, ale marzenia o statkach kosmicznych napędzanych antymaterią są jeszcze daleko, wszyscy eksperci są zgodni.

Wodorowe ogniwa paliwowe

Na pierwszy rzut oka wodorowe ogniwa paliwowe mogą wydawać się idealną alternatywą dla paliw kopalnych. Mogą wytwarzać energię elektryczną przy użyciu tylko wodoru i tlenu bez większego zanieczyszczenia.

Samochód napędzany wodorowymi ogniwami paliwowymi będzie nie tylko bardziej wydajny niż samochód napędzany silnikiem wewnętrzne spalanie, ale jedyną emisją jest woda.

Niestety, chociaż wodór jest najbardziej rozpowszechnionym pierwiastkiem we wszechświecie, większość z nich jest związana z cząsteczkami takimi jak woda. Oznacza to, że czysty, niezwiązany wodór musi być produkowany przy użyciu innych zasobów, które w wielu przypadkach są związane z paliwami kopalnymi. Jeśli tak jest, to wiele korzyści środowiskowych płynących z wodoru jako paliwa jest nieistotnych. Innym problemem związanym z wodorem jest to, że nie można go łatwo ani bezpiecznie sprężać i wymaga on specjalnych zbiorników. Ponadto z nie do końca zrozumiałych powodów małe atomy wodoru mają tendencję do przenikania przez materiały zbiornika.

Jądrowy

Albert Einstein powiedział nam, że granica między materią a energią jest rozmyta. Energia przyszłości może być wytwarzana przez rozszczepienie lub syntezę jądrową - procesy znane jako reakcje rozszczepienia jądrowego i tworzenie cięższych jąder w miejscu jej uwolnienia.

Uwalnia szkodliwe promieniowanie i wytwarza duże ilości materiałów radioaktywnych, które mogą pozostać aktywne przez tysiące lat i mogą zniszczyć całe ekosystemy w przypadku wycieku. Istnieje również obawa, że ​​materiał jądrowy może zostać użyty w broni.

Obecnie większość elektrowni jądrowych wykorzystuje rozszczepienie, a do produkcji wymagane jest utrzymanie wymaganych temperatur.

Znane jest również naturalne zjawisko zwane sonoluminescencją.

Sonoluminescencja może pewnego dnia być sposobem na posiadanie gigantycznych reaktorów jądrowych i termojądrowych w szklance płynu.

Sonoluminescencja odnosi się do błysku światła, gdy płyny specjalne tworzyć wysokoenergetyczne fale dźwiękowe. Fale dźwiękowe rozrywają ciecz i wytwarzają małe bąbelki, które szybko się rozszerzają, a następnie gwałtownie zapadają. W procesie powstaje światło, ale co ważniejsze, wnętrza eksplodujących bąbelków sięgają niezwykle daleko wysokie temperatury i ciśnienie. Naukowcy sugerują, że może to wystarczyć do syntezy jądrowej.

Naukowcy eksperymentują również z metodami tworzenia kontrolowanej syntezy jądrowej poprzez przyspieszanie „ciężkich” jonów wodoru w silnym polu elektrycznym.

Konwersja ciepła oceanu

Oceany pokrywają 70 procent powierzchni Ziemi, a woda jest naturalnym kolektorem energii słonecznej przyszłości. Konwersja ciepła oceanu zachodzi poprzez wykorzystanie różnic temperatur między wodą powierzchniową ogrzewaną przez słońce a wodą w zimnych głębinach oceanu w celu wytworzenia energii elektrycznej.

Konwersja energii cieplnej oceanu może działać zgodnie z następującą zasadą:

• Obieg zamknięty: Ciecz o niskiej temperaturze wrzenia, taka jak amoniak, gotuje się w ciepłej wodzie morskiej. Powstała para jest wykorzystywana do napędzania turbiny wytwarzającej energię elektryczną, a następnie para jest schładzana zimną wodą morską.
• Obieg otwarty: ciepła woda morska zamienia się w parę niskie ciśnienie który służy do wytwarzania energii elektrycznej. Para ochładza się i zamienia w użyteczną świeżą wodę z zimną wodą morską.
• Cykl hybrydowy: Cykl zamknięty służy do generowania energii elektrycznej, która jest wykorzystywana do stworzenia środowiska niskiego ciśnienia wymaganego dla cyklu otwartego.

Energia cieplna oceanu wykorzystywana jest zarówno do pozyskiwania świeżej wody, jak i bogatej w składniki odżywcze wody morskiej wydobywanej z głębin oceanu do hodowli organizmów morskich i roślin. Główną wadą oceanicznej energii cieplnej jest to, że trzeba pracować na tak małych różnicach temperatur, na ogół około 20 stopni Celsjusza, gdzie sprawność wynosi od 1 do 3 proc.

Energia wodna

Spadająca, cieknąca lub poruszająca się w inny sposób woda była wykorzystywana od czasów starożytnych do produkcji energii elektrycznej.

Energia wodna dostarcza około 20 procent światowej energii elektrycznej.

Do niedawna uważano, że energia wodna przyszłości jest bogatym zasobem naturalnym, który nie wymaga dodatkowego paliwa i nie powoduje zanieczyszczeń.

Jednak ostatnie badania kwestionują niektóre z tych twierdzeń i sugerują, że tamy hydroelektryczne mogą wytwarzać znaczne ilości dwutlenku węgla i metanu z rozkładu zanurzonego materiału roślinnego. W niektórych przypadkach emisje te konkurują z emisjami z elektrowni na paliwa kopalne. Inną wadą tam jest to, że ludzie często muszą być przenoszeni. W przypadku budowy Tamy Trzech Przełomów w Chinach, która stała się największą tamą na świecie, 1,9 miliona ludzi zostało przesiedlonych, a miejsca historyczne zalane i utracone.

Biomasa

Źródłem energii przyszłości jest biomasa lub biopaliwa, co wiąże się z uwolnieniem zasobów chemicznych zmagazynowanych w materii organicznej, takich jak drewno, zboża i odchody zwierzęce. Materiały te są spalane bezpośrednio w celu zapewnienia ciepła lub rafinowane w celu wytworzenia paliw alkoholowych, takich jak etanol.

Ale w przeciwieństwie do niektórych innych odnawialnych źródeł energii, energia z biomasy nie jest czysta, ponieważ spalanie materii organicznej wytwarza duże ilości dwutlenku węgla. Możesz jednak nadrobić lub wyeliminować tę różnicę, sadząc szybko rosnące drzewa i trawy jako paliwo. Naukowcy eksperymentują również z wykorzystaniem bakterii do rozkładania biomasy i produkcji wodoru do wykorzystania jako paliwo.

Jedna interesująca, ale kontrowersyjna alternatywa dla biopaliw obejmuje proces znany jako konwersja termiczna.

W przeciwieństwie do konwencjonalnych biopaliw, konwersja termiczna może przekształcić prawie każdy rodzaj materii organicznej w wysokiej jakości olej, którego jedynym produktem ubocznym jest woda.

Jednak okaże się, czy firmy, które opatentowały ten proces, będą w stanie wyprodukować wystarczającą ilość ropy, aby ta energia przyszłości stała się realną alternatywą dla paliwa.

Olej

Niektórzy nazywają to czarnym złotem. Na tym opierają się całe imperia, z powodu których toczy się wojny. Jednym z powodów, dla których ropa naftowa jest tak cenna, jest to, że można ją przekształcić w różnorodne produkty, od nafty po tworzywa sztuczne i asfalt. To, czy jest to źródło energii przyszłości, jest przedmiotem gorących dyskusji.

Szacunki dotyczące ilości ropy pozostałej w ziemi są bardzo różne. Niektórzy naukowcy przewidują, że zasoby ropy naftowej osiągną szczyt, a następnie gwałtownie spadną; inni uważają, że odkryta zostanie wystarczająca ilość nowych rezerw, aby zaspokoić światowe potrzeby energetyczne jeszcze przez kilka dziesięcioleci.

Podobnie jak węgiel i gaz ziemny, ropa naftowa jest stosunkowo tania w porównaniu z innymi paliwami alternatywnymi, ale wiąże się z wyższymi kosztami środowiskowymi. Wykorzystanie ropy naftowej powoduje wytwarzanie dużych ilości dwutlenku węgla, a wycieki ropy mogą uszkodzić delikatne ekosystemy.

Wiatr

Posuwając koncepcję wiatraków o krok dalej i wyżej, naukowcy chcą stworzyć elektrownie na niebie, wiatraki unoszące się w powietrzu na wysokości 1000 metrów. Urządzenie ze śrubami zostanie ustabilizowane w jednym miejscu, a prąd zostanie doprowadzony do ziemi kablem.

Energia wiatrowa stanowi obecnie zaledwie 0,1% światowego zapotrzebowania na energię elektryczną. Oczekuje się, że liczba ta wzrośnie, ponieważ wiatr jest jedną z najczystszych form energii i może generować energię tak długo, jak wieje wiatr.

Problem polega oczywiście na tym, że wiatry nie wieją zawsze i nie można polegać na sile wiatru, która zapewni stałą produkcję energii elektrycznej. Istnieje również obawa, że ​​farmy wiatrowe mogą wpływać na lokalną pogodę w sposób, który nie został jeszcze w pełni zrozumiany.

Naukowcy mają nadzieję, że podniesienie wiatraków w niebo rozwiąże te problemy, ponieważ wiatry na dużych wysokościach są znacznie silniejsze i bardziej spójne na wyższych wysokościach.

Węgiel

Węgiel był paliwem napędzającym rewolucję przemysłową i od tego czasu odgrywa coraz ważniejszą rolę w zaspokajaniu światowych potrzeb energetycznych.

Główną zaletą węgla jest to, że jest go dużo. Wystarczy na kolejne 200-300 lat przy obecnym tempie konsumpcji.

Chociaż jego obfitość sprawia, że ​​jest bardzo ekonomiczny, podczas spalania węgiel uwalnia do powietrza zanieczyszczenia siarką i azotem, które mogą łączyć się z wodą w atmosferze, tworząc kwaśne deszcze. Spalanie węgla wytwarza również duże ilości dwutlenku węgla, który zdaniem większości klimatologów przyczynia się do globalnego ocieplenia. Czynione są poważne wysiłki w celu znalezienia nowych sposobów zmniejszenia ilości odpadów i produktów ubocznych wydobycia węgla.

energia słoneczna

Energia słoneczna nie wymaga żadnego dodatkowego paliwa, a zanieczyszczenia nie występują. Światło słoneczne można skoncentrować w postaci ciepła lub przekształcić w energię elektryczną za pomocą efektu fotowoltaicznego lub fotowoltaicznego za pomocą zsynchronizowanych luster, które śledzą ruch słońca po niebie. Naukowcy opracowali również metody wykorzystania przyszłej energii słonecznej do zastąpienia silnika gazowego poprzez podgrzewanie wodoru gazowego w zbiorniku, który rozszerza się i napędza generator.

Wady energii słonecznej obejmują wysokie koszty początkowe, a także konieczność posiadania dużych powierzchni. Ponadto, w przypadku większości alternatyw, produkcja energii słonecznej w przyszłości podlega kaprysom zanieczyszczenia powietrza i pogody, które mogą blokować światło słoneczne.

Z Wiki

ENERGO-129-GUNDAYEVA

Elektryczność szła ramię w ramię z człowiekiem od wieków. Jak rozwój tej branży ułatwił i poprawił życie ludzi. Trudno sobie teraz wyobrazić nasze życie bez wszystkich zwykłych urządzeń elektrycznych w jakimkolwiek domu, a konkretnie moim - bez komputera. Z niedowierzaniem, a nawet czcią, ponownie czytam opowieści o latarnikach, którzy kiedyś zapalali światła na ulicach. Tyle trzeba było obejść latarnie, przyczepić drabinę i zapalić latarnie! I czujesz dumę ze swojego kraju - w końcu to nasi rodacy Jabłoczkow i Ladygin wynaleźli żarówki elektryczne, bez których świat nie wyobraża sobie teraz istnienia.

Można powiedzieć, że zawód elektryka jest stosunkowo młodym zawodem. W końcu pierwsze elektrownie uruchomiono zaledwie kilka wieków temu za granicą, potem elektryczność dotarła do carskiej Rosji. Było zapotrzebowanie na ten zawód. Popularność od razu zdobyli pierwsi elektrycy. W tamtym czasie niewiele osób znało zasady działania instalacji, nie wiedziało też, jak korzystać z energii elektrycznej, więc pierwsi elektrycy pełnili rolę konsultantów. Nasze współczesne życie pokazuje, że społeczne znaczenie, zapotrzebowanie na zawód elektryka wcale nie zmalało, a wręcz przeciwnie, wzrosło. Zmieniły się też wymagania. Wszakże jeśli wcześniej wystarczyła znajomość prymitywnych obwodów i urządzeń, to teraz zaawansowane technologie wymagają ciągłego doskonalenia i aktualizacji informacji technicznych.

Myślę, że to w użyteczności i znaczeniu społecznym leży wybór zawodu. Bycie inżynierem energetykiem to zaszczytna i odpowiedzialna misja, która jest bardzo potrzebna ludziom.

ENERGO-STL-KAMALDINOV

Żyjemy w świecie technologii i konsumpcjonizmu. Ale technologia nie powinna być głównym problemem. Fizycy rosyjscy zawsze należeli do światowej czołówki naukowców. Wśród nich L. D. Landau, SP Kapica, Zh.I. Alferow. VL Ginzburg i inni. Pierwszym wynalazcą żarówki łukowej był Paweł Nikołajewicz Jabłoczkow. Był to ogromny wkład w rozwój światła elektrycznego. Bez elektroenergetyki nie ma rozwoju wsi, miasta, regionu, kraju. Jest wiele różne sposoby wytwarzanie energii. Wykorzystanie energii słońca, wiatru, zasobów wodnych, energii jądrowej, energii gejzerów. Każda metoda ma swoje wady i zalety. W Rosji najbardziej rozwinięte jest zużycie gazu ziemnego. Aby rozwiązać istniejące problemy i zapobiec pojawieniu się kolejnych, wydaje mi się, że możesz wykonać następujące czynności. Po pierwsze modernizować istniejące elektrownie, fabryki, różne gałęzie przemysłu, a po drugie niszczyć i nie robić nic według starej, przestarzałej technologii. Ponadto, moim zdaniem, wystarczy użyć nowoczesne technologie podczas budowy nowych obiektów. Dla rozwoju kraju ważna jest aktywność samych mieszkańców. Na przykład: zwykli mieszkańcy mogą instalować panele słoneczne za oknami i wykorzystywać je do oświetlenia lub innych potrzeb, a nadwyżki energii sprzedawać do sieci. Konieczne jest również dążenie do przejścia na całkowicie odnawialne źródła energii. Na przykład użyj śmieci. Sortowanie według rodzaju w domu. W przypadku odpadów, których nie można ponownie wykorzystać, konieczne jest budowanie specjalnych składowisk, które nie pozwalają na przenikanie szkodliwych substancji do gleby, a gaz wydzielany przez rozkładające się odpady powinien być wykorzystywany do wytwarzania energii. Dla mieszkańców przechodzących na w pełni odnawialne źródła energii mogą być przewidziane zachęty podatkowe. Z powyższego można wnioskować, że Rosja ma ogromny potencjał w zakresie rozwoju elektroenergetyki i poprawy jakości życia. Nasz kraj ma do tego wszystko: osiągnięcia nauk podstawowych, ambitne młode pokolenie. Musimy tylko podjąć wysiłek, aby unowocześnić otaczający nas świat.--ENERGO-STL-KAMALDINOV (dyskusja) 11:49, 9 października 2016 r. (MSK)

ENERGO-67-LABUTINA

Kryzys energetyczny jest problemem całej ludzkości. Czy zastanawiałeś się kiedyś, co się stanie, gdy ludzie wyczerpią wszystkie rezerwy z Ziemi. W XIX wieku ludzie opanowali węgiel. Później pojawiły się źródła ropy i gazu. W XX wieku wierzono, że podziemne bogactwo jest niewyczerpalne. Okazuje się jednak, że w przyszłości zbadane zasoby węgla, ropy i gazu zostaną wyczerpane. Ludzie będą musieli szukać nowych źródeł energii. Człowiek będzie mógł egzystować tak długo, jak starczy mu rezerw. Przez wiele milionów lat, gdy świeciło słońce, gromadziły się rezerwy minerałów - ropy, węgla, torfu. Zapasy te są bezlitośnie spalane. Marnuje się dużo energii. Musimy użyć wszelkich środków, aby zapobiec zanieczyszczeniu i zubożeniu Ziemi. Na całym świecie starają się teraz wykorzystywać przyjazną dla środowiska produkcję energii elektrycznej z: energii słonecznej, energii wiatrowej, małych rzek, pływów, fal, różnic temperatur w głębinach oceanu. Do produkcji energii wykorzystywana jest również biomasa (różne odpady). Oczywiście powoduje to emisję dużych ilości dwutlenku węgla, które należy zredukować. Drugim źródłem potężnej niewykorzystanej energii jest ocean. Obecnie istnieje kilka stacji działających na energię pływów. W naszym kraju zbudowano również elektrownie pływowe, jedną z nich jest Kislogubskaya. Wykorzystanie energii wiatrowej jest niewielkie. Myślę, że naukowcy już pracują nad tym, jak ten naturalny zasób można wykorzystać z pożytkiem dla człowieka. --ENERGO-67-LABUTINA 21:51, 6 października 2016 r. (MSK)

ENERGO-162-BULAVINCEVA

Ludzkość przez całe swoje istnienie wykorzystywała energię zgromadzoną przez naturę przez wiele miliardów lat. Jednocześnie z biegiem czasu metody jego stosowania były stale udoskonalane, zmieniane, przekształcane w celu uzyskania maksymalnej skuteczności. Energia zawsze odgrywała szczególną, bardzo ważną rolę w życiu ludzkości. Wszystkie rodzaje jej działalności wiążą się z kosztami energii. Tak więc na samym początku jego rozwoju ewolucyjnego człowiek miał dostęp tylko do energii mięśni jego ciała. Później człowiek nauczył się odbierać i wykorzystywać energię ognia. Nigdy nie zastanawiamy się, jak bardzo nasze życie zależy od energii. Wszystkie nasze działania są z tym związane. Aby lepiej odpowiedzieć na pytanie, zrozumieć znaczenie, korzyści płynące z energii i poczynić założenia dotyczące tego, jakie będzie wykorzystanie energii w przyszłości, najpierw zwracamy się do samej definicji „energii”. Energia - (grecki - akcja, aktywność) - ogólna miara ilościowa różnych form ruchu materii. Jeśli zastanowisz się nad definicją, którą podałem, możesz dodać kilka akapitów więcej i dokładniej zrozumieć znaczenie tego słowa. 1) energia jest czymś, co przejawia się tylko wtedy, gdy zmienia się stan (położenie) różnych obiektów otaczającego nas świata; 2) energia jest czymś, co może zmieniać się z jednej postaci w drugą; 3) energia charakteryzuje się zdolnością do wytworzenia użytecznej dla człowieka pracy 4) energia jest czymś, co można obiektywnie określić, skwantyfikować. Myślę więc, że na potrzeby tego ESEJU najlepiej będzie przyjąć definicję związaną z pracą użyteczną dla człowieka. I rzeczywiście, jeśli się nad tym zastanowić, to całe nasze życie jest ciągłe ciągłe użytkowanie energia. Wszystkie „dobro cywilizacji” opierają się właśnie na jej zastosowaniu: Telefony komórkowe, ciepło/gaz w naszych domach, samochodach, świetle... Można więc wymieniać bardzo długo, ale spłuczka pozostaje ta sama. Bez energii po prostu nie bylibyśmy w stanie żyć... Ale ten medal ma dwie strony. Pomimo wszystkich ogromnych zalet energii i jej wykorzystania, bez których nie bylibyśmy w stanie normalnie egzystować we współczesnym świecie, mają one również wiele wad, które w nie mniejszym stopniu wpływają na życie człowieka. Na przykład zanieczyszczenie powietrza. Standardowy przykład, prawda? Ale to jest absolutna prawda, której nie należy przemilczać. Zanieczyszczenie atmosfery odpadami pochodzącymi z różnych działań człowieka związanych z wydobyciem, przetwarzaniem i wykorzystaniem energii szkodzi nie tylko ludziom, ale także stworzeniom, które razem z nami występują na Ziemi. Dlatego na podstawie wszystkiego, co powiedziałem powyżej, chcę zauważyć, że postęp posunął się daleko do przodu. Dziś mamy coś, co dla człowieka, powiedzmy, z XIV wieku, byłoby niemożliwe nawet dla percepcji. I tym samym mam nadzieję, że w przyszłości ludzkość nie zatrzyma się i będzie opracowywać coraz to nowe sposoby pozyskiwania, przetwarzania i wykorzystywania energii, które nie tylko przyczynią się do uzyskania maksymalnej wydajności, ale także będą zaprojektowane z myślą o jak najmniejszym zanieczyszczeniu atmosfery. --ENERGO-162-BULAVINCEVA (dyskusja) 22:10, 6 października 2016 r. (MSK)

ENERGO-IRBIS-MUNTYAN

Energetyka przechodzi ciągłe zmiany, zastępując tradycyjne rodzaje paliw do ogrzewania domu, pojawia się ogrzewanie geotermalne. Jest to bezpieczniejsze i bardziej przyjazne dla środowiska. Wcześniej ten rodzaj paliwa był dostępny tylko dla bogatych ludzi, ale dla wszystkich innych był to fantazja. Teraz ogrzewanie z powodu ciepła ziemi nie jest już mitem, ale powszechną praktyką i więcej osób może z niego korzystać. Jeśli zabraknie gazu, ropy, węgla i innych paliw, to ciepło ziemi nigdy się nie skończy. W przyszłości zorganizowana zostanie przemysłowa produkcja głównego elementu tej metody ogrzewania pomieszczeń - pomp ciepła. Dla wszystkich osób będzie to wygodne i wygodne. Chciałbym mieszkać w takim domu. --ENERGO-IRBIS-MUNTYAN (dyskusja) 18:43, 6 października 2016 r. (MSK)

ENERGO-LAP-SHILOVA

„Energia przyszłości. Rzeczywistość i fantazja” Elektryczność towarzyszy człowiekowi od wieków i trwa do dziś. Trudno wyobrazić sobie życie bez zwykłych urządzeń elektrycznych, których często używamy w życiu codziennym. Jednak ludzkość doświadcza szybkiego, niespotykanego w historii, wzrostu zużycia energii bez względu na przyszłość głównych i niestety wyczerpywalnych źródeł energii. Każdego dnia człowiek poszukuje nowych źródeł energii, które będą bardziej racjonalne niż poprzednie. Jakie źródła dana osoba będzie w stanie odkryć w przyszłości, można tylko zgadywać. Rzeczywiście, naukowcy poważnie myślą o energii alternatywnej jako źródle bezpiecznej i produktywnej sfery. Gdzie można zdobyć tak upragniony surowiec energetyczny bez narażania się na ogromne problemy? Przez bardzo długi czas wielu naukowców próbowało znaleźć tę „nić”, która przewróciłaby kartę energetycznej historii ludzkości i dostarczyła nowego, niewyczerpanego źródła „pożywienia”. Każdy z naukowców opracowuje własny scenariusz, dążąc do przełomu w energetyce. Rozważano wiele opcji: energia wiatru, energia wewnętrzna naszej planety, energia słoneczna. Ale która z tych opcji odegra decydującą rolę w historii ludzkości i dokona przełomu bez wywoływania sporów i dyskusji? Tego dowiemy się dopiero w niedalekiej przyszłości.

ENERGO-129-ERSHOV

Na początek podam definicję słowa energia. Energia to obszar działalności gospodarczej człowieka, zespół dużych naturalnych i sztucznych podsystemów, które służą do przekształcania, dystrybucji i wykorzystywania wszelkiego rodzaju zasobów energetycznych. Jego celem jest zapewnienie wytwarzania energii poprzez zamianę energii pierwotnej, naturalnej, na wtórną, na przykład na energię elektryczną lub cieplną. Energia jest stale potrzebna. Nie wyobrażamy sobie dnia bez urządzeń elektrycznych. Obecnie energia elektryczna jest wytwarzana przez spalanie zasobów naturalnych. Zasoby naturalne nie są nieskończone, w niedalekiej przyszłości zasoby się wyczerpią i będziemy musieli szukać alternatywnych źródeł energii. Moim zdaniem przyszłość leży w alternatywnych źródłach i energii atomu. Alternatywą jest cała czysta energia słońca, wiatru, wody. Wydaje mi się, że to jeden z racjonalnych sposobów wykorzystania energii jądrowej. Energia jądrowa (ang. Nuclear energy) to gałąź energetyki zajmująca się wytwarzaniem energii elektrycznej i cieplnej poprzez przetwarzanie energii jądrowej. Zwykle do uzyskania energii jądrowej stosuje się łańcuchową reakcję rozszczepienia jądrowego jąder plutonu-239 lub uranu-235. Rozszczepienie jąder, gdy uderza w nie neutron, i uzyskuje się nowe neutrony i fragmenty rozszczepienia. Neutrony rozszczepienia i fragmenty rozszczepienia mają wysoką energię kinetyczną. W wyniku zderzeń fragmentów z innymi atomami ta energia kinetyczna jest szybko zamieniana na ciepło. A to ciepło podgrzewa wodę i zamienia ją w parę. Z kolei para dostaje się do turbiny, gdzie wytwarzana jest energia elektryczna. Ale ten rodzaj energii ma swoje wady. To jest bezpieczeństwo w elektrowniach jądrowych. Zagrożenie związane jest z problemami z utylizacją odpadów, wypadkami prowadzącymi do katastrof środowiskowych i katastrof spowodowanych przez człowieka, a także możliwością wykorzystania uszkodzeń tych obiektów przez broń konwencjonalną lub w wyniku ataku terrorystycznego jako broni masowego rażenia. Moim zdaniem mocniej rozwijać ten rodzaj energii. Prawidłowo unieszkodliwiać odpady nuklearne, zwiększać wydajność elektrowni jądrowych, zwiększając tym samym ilość energii uwalnianej dla tego samego paliwa.