Racionálne využitie energie
Aj keď svet zatiaľ nepociťuje nedostatok energetických zdrojov, v nasledujúcich dvoch až troch desaťročiach budú možné vážne ťažkosti, ak sa neobjavia alternatívne zdroje energie alebo nebude obmedzený rast ich spotreby. Potreba racionálnejšieho využívania energie je zrejmá. Existuje niekoľko návrhov na zvýšenie efektívnosti skladovania a prepravy energie, ako aj na jej efektívnejšie využitie v rôznych priemyselných odvetviach, v doprave a v každodennom živote.
Skladovanie energie. Zaťaženie elektrární sa v priebehu dňa líši; prebiehajú aj jeho sezónne zmeny. Účinnosť elektrární možno zvýšiť vynaložením nadmernej kapacity na čerpanie vody do veľkej nádrže v obdobiach zlyhania harmonogramov energetického zaťaženia. Potom, počas špičiek, sa môže uvoľňovať voda, ktorá ju núti vyrábať ďalšiu elektrinu v PSP.
Širšie uplatnenie by mohlo nájsť využitie energie základného režimu elektrárne na čerpanie stlačeného vzduchu do podzemných dutín. Turbíny na stlačený vzduch by šetrili primárnu energiu počas obdobia vysokého zaťaženia.
Prenos elektriny. Veľké straty energie sú spojené s prenosom elektriny. Na ich zníženie sa rozširuje využitie prenosových vedení a distribučných sietí so zvýšenou úrovňou napätia. Alternatívnym smerom sú supravodivé elektrické vedenia. Elektrický odpor niektorých kovov klesne na nulu, keď sa ochladí na teplotu blízku absolútnej nule. Supravodivé káble mohli prenášať výkon až 10 000 MW. Zistilo sa, že niektoré keramické materiály sa stávajú supravodivými pri nie veľmi nízkych teplotách dosiahnuteľných bežnou chladiacou technológiou. Tento úžasný objav by mohol viesť k dôležitým inováciám nielen v oblasti prenosu energie, ale aj v oblasti pozemnej dopravy, výpočtovej techniky a technológie jadrových reaktorov.
Vodík ako nosič tepla.
Vedci uznávajú vodík ako palivo budúcnosti. Je to spôsobené tým, že je moderné používať vodík: v každodennom živote namiesto zemného plynu mierne sa meniace distribučné siete a horáky; v doprave ako automobilové palivo pri úprave karburátora.
Jedinou nevýhodou je, že vodík sa na Zemi prakticky nevyskytuje vo voľnej forme, celý sa oxiduje na vodu. Na jeho získanie môžete využiť solárnu energiu. Toto zariadenie realizuje disociáciu vody na vodík a kyslík v dôsledku elektrolýzy vody (pri prechode elektrického prúdu cez vodu). Účinnosť takejto inštalácie nepresahuje 15-20%. Vodík sa mohol ľahko prepravovať potrubím na zemný plyn. Môže sa tiež skladovať v tekutej forme v kryogénnych nádržiach. Vodík ľahko difunduje do niektorých kovov, ako je titán. Môže sa hromadiť v takýchto kovoch a potom sa uvoľniť zahriatím kovu.
Magnetohydrodynamika (MHD). Je to metóda, ktorá umožňuje efektívnejšie využitie fosílnych palív. Cieľom je nahradiť medené prúdové vinutia bežného strojového elektrického generátora prúdom ionizovaného (vodivého) plynu. Generátory MHD môžu mať najväčší ekonomický efekt pravdepodobne pri spaľovaní uhlia. Pretože nemajú pohyblivé mechanické časti, môžu pracovať pri veľmi vysokých teplotách, čo vedie k vysokej účinnosti. Účinnosť takýchto generátorov môže teoreticky dosiahnuť 50 - 60%, čo by v porovnaní s modernými elektrárňami na fosílne palivá znamenalo až 20% úsporu. Generátory MHD navyše poskytujú menej odpadového tepla. Ich ďalšou výhodou je, že by v menšej miere znečisťovali atmosféru emisiami plynných oxidov dusíka a zlúčenín síry. Preto by elektrárne MHD mohli pracovať na uhlí s vysokým obsahom síry bez toho, aby znečisťovali životné prostredie.
Limity spotreby energie. Neustály rast spotreby energie vedie nielen k vyčerpaniu energetických zdrojov a znečisťovaniu životného prostredia, ale v konečnom dôsledku môže spôsobiť významné zmeny teploty a podnebia na Zemi.
Energia z chemických, jadrových a dokonca aj geotermálnych zdrojov sa nakoniec premení na teplo. Prenáša sa do zemskej atmosféry a posúva rovnováhu smerom k vyššej teplote. Pri súčasnom tempe rastu populácie a spotreby energie na obyvateľa do roku 2060 by teplota mohla stúpnuť o 1? C. Toto bude mať výrazný vplyv na podnebie.
Ešte skôr sa klíma môže zmeniť v dôsledku zvýšenia obsahu oxidu uhličitého v atmosfére, ktorý vzniká spaľovaním fosílnych palív.
Ekologický problém postavil ľudstvo pred voľbu ďalšej cesty rozvoja: ak by sa malo naďalej zameriavať na neobmedzený rast výroby alebo by tento rast mal byť v súlade so skutočnými schopnosťami prírodného prostredia a ľudského tela a primeraný nie iba okamžité, ale aj vzdialené ciele sociálneho rozvoja.
Pri vzniku súčasnej environmentálnej krízy hrá rozhodujúcu úlohu technologický pokrok. S rozvojom technogénnej civilizácie rastie riziko environmentálnych kríz a ich následkov. Zdrojom tohto vzťahu je sám človek, ktorý je prírodnou bytosťou aj nositeľom technologického rozvoja.
Tvorba nových technológií s nízkym obsahom odpadu. A potom bezodpadová výroba v uzavretom cykle zabezpečí dostatočne vysokú životnú úroveň bez porušenia krehkej ekologickej rovnováhy.
Postupný prechod na alternatívnu energiu zachová čistý vzduch, zastaví katastrofické spaľovanie vzdušného kyslíka, eliminuje tepelné znečistenie atmosféry, čím sa zachová život budúcich potomkov.
Prečo teraz viac ako kedykoľvek predtým vyvstáva otázka: čo čaká ľudstvo - energetický hlad alebo množstvo energie? Články o energetickej kríze neopustili stránky novín a časopisov. Kvôli rope vznikajú vojny, štáty prosperujú a chudnú a vlády sa menia. Správy o uvedení nových zariadení na trh alebo o nových vynálezoch v oblasti energetiky sa začali klasifikovať ako senzácie v novinách. Vyvíjajú sa gigantické energetické programy, ktorých realizácia si bude vyžadovať obrovské úsilie a obrovské materiálne náklady.
Ak na konci minulého storočia najrozšírenejšia energia súčasnosti - energia, hrala vo všeobecnosti pomocnú a nevýznamnú úlohu v globálnej rovnováhe, potom už v roku 1930 svet vyprodukoval asi 300 miliárd kilowatthodín elektrickej energie. Predpoveď je celkom realistická, podľa ktorej sa v roku 2000 vyrobí 30 000 miliárd kilowatthodín! Obrovské čísla, nevídané tempo rastu! Napriek tomu bude energie málo a jej potreba rastie ešte rýchlejšie.
Úroveň materiálnej a nakoniec duchovnej kultúry ľudí je priamo úmerná množstvu energie, ktorú majú k dispozícii. Ak chcete ťažiť rudu, vytaviť z nej kov, postaviť dom, robiť čokoľvek, musíte vydať energiu. A ľudské potreby neustále rastú a ľudia sú čoraz viac.
Na čo je teda tá zastávka? Vedci a vynálezcovia už dlho vyvíjajú množstvo spôsobov výroby energie, hlavne elektrickej. Postavme potom ďalšie a ďalšie elektrárne a energie bude toľko, koľko bude treba! Ukázalo sa, že také zdanlivo zrejmé riešenie zložitého problému je plné mnohých úskalí.
Neúprosné prírodné zákony tvrdia, že energiu vhodnú na použitie môžete získať iba jej transformáciami z iných foriem. Stroje na trvalý pohyb, ktoré údajne vyrábajú energiu a neodoberajú ju odkiaľkoľvek, sú bohužiaľ nemožné. A doterajšia štruktúra svetového energetického hospodárstva sa vyvinula tak, že štyri z každých piatich vyrobených kilowattov sa získavajú v zásade rovnakým spôsobom, aký primitívny človek používal na otepľovanie, teda pri spaľovaní paliva, príp. keď sa použije v ňom uložená chemická energia, premení sa v tepelných elektrárňach na elektrickú.
Samozrejme, spôsoby spaľovania paliva sú oveľa prepracovanejšie a prepracovanejšie.
Nové faktory - zvýšené ceny ropy, rýchly rozvoj jadrovej energie a zvýšené požiadavky na ochranu životného prostredia - si vyžadovali nový prístup k energii.
Na vývoji Energetického programu sa podieľali najvýznamnejší vedci našej krajiny, odborníci z rôznych ministerstiev a oddelení. Pomocou najnovších matematických modelov vypočítali elektronické počítače niekoľko stoviek variantov štruktúry budúcej energetickej bilancie krajiny. Našli sa zásadné rozhodnutia, ktoré určovali stratégiu energetického rozvoja krajiny na nasledujúce desaťročia.
Aj keď tepelné a energetické inžinierstvo založené na neobnoviteľných zdrojoch zostane v blízkej budúcnosti jadrom energetického sektoru, jeho štruktúra sa zmení. Malo by sa znížiť použitie oleja. Výroba elektriny v jadrových elektrárňach sa výrazne zvýši. Využívanie stále nedotknutých obrovských zásob lacného uhlia sa začne napríklad v povodiach Kuznetsk, Kansk-Achinsk, Ekibastuz. Široko sa bude využívať zemný plyn, ktorého zásoby v krajine vysoko prevyšujú zásoby v iných krajinách.
Energetický program krajiny je základom našej technológie a hospodárstva v predvečer 21. storočia.
Vedci sa však tiež pozerajú do budúcnosti, po termínoch stanovených v energetickom programe. Na prahu 21. storočia si triezvo dávajú odpočet v realitách tretieho tisícročia. Bohužiaľ, zásoby ropy, plynu a uhlia nie sú v žiadnom prípade nekonečné. Vytvorenie týchto rezervácií trvalo prírode milióny rokov a za stovky rokov sa spotrebujú. Svet dnes začal vážne uvažovať o tom, ako zabrániť dravému drancovaniu pozemského bohatstva. Iba za týchto podmienok môžu zásoby paliva vydržať po celé storočia. Bohužiaľ dnes žije veľa krajín produkujúcich ropu. Nemilosrdne míňajú zásoby ropy, ktoré im darovala príroda. Teraz veľa z týchto krajín, najmä v oblasti Perzského zálivu, doslova pláva zlatom, nemysliac si, že o pár desaťročí sa tieto zásoby vyčerpajú. Čo sa stane potom - a to sa stane skôr či neskôr - keď dôjde k vyčerpaniu ropných a plynových polí? Výsledný nárast cien ropy, ktorý je nevyhnutný nielen pre energetický sektor, ale aj pre dopravu a chémiu, prinútil ľudí premýšľať o iných druhoch paliva vhodných na náhradu ropy a zemného plynu. Obzvlášť ohľaduplné boli tie krajiny, kde neexistujú vlastné zásoby ropy a zemného plynu a ktoré ich musia nakupovať.
Medzitým čoraz viac vedeckých inžinierov na svete hľadá nové, nekonvenčné zdroje, ktoré by mohli prevziať aspoň niektoré z obáv zo zásobovania ľudstva energiou. Vedci hľadajú riešenie tohto problému rôznymi cestami. Najlákavejšie je samozrejme použitie večných, obnoviteľných zdrojov energie - energia tečúcej vody a vetra, prílivy a odlivy oceánov, teplo zemského vnútra, slnko. Rozvoju jadrovej energie sa venuje veľká pozornosť, vedci hľadajú spôsoby, ako na Zemi reprodukovať procesy prebiehajúce vo hviezdach a dodávať im kolosálne zásoby energie.
Energia - ako to všetko začalo
Dnes sa nám môže zdať, že vývoj a zlepšovanie človeka bolo nepredstaviteľne pomalé. Na láskavosti z prírody musel doslova čakať. Proti chladu bol prakticky bezbranný, neustále ho ohrozovali divé zvieratá, jeho život neustále visel na vlásku. Ale postupne sa človek vyvinul natoľko, že sa mu podarilo nájsť zbraň, ktorá ho v kombinácii so schopnosťou myslieť a tvoriť nakoniec pozdvihla nad všetko živé okolie. Najskôr vznikol požiar náhodou - napríklad pri horiacich stromoch, ktoré zasiahli blesky, potom sa začali zámerne ťažiť: v dôsledku trenia dvoch vhodných kusov dreva o seba muž najskôr zapálil oheň 80- Pred 150 tisíc rokmi. Životodarný, tajomný, vzbudzujúci dôveru a pocit hrdosti POŽIAR.
Potom sa už ľudia nevzdávali možnosti používať oheň v boji proti drsnému chladnému počasiu a dravým zvieratám na varenie ťažko získaného jedla. Koľko obratnosti, vytrvalosti, skúseností a len šťastia si to vyžadovalo! Predstavte si človeka obklopeného nedotknutou prírodou - bez budov, ktoré by ho chránili, bez znalosti aspoň elementárnych fyzikálnych zákonov, so slovnou zásobou nepresahujúcou niekoľko desiatok. (Mimochodom, koľkí z nás, aj tí, ktorí majú solídne vedecké vzdelanie, by mohli zapáliť oheň bez toho, aby sa uchýlili k akýmkoľvek technickým prostriedkom, aspoň k zápalkám?) Človek šiel k tomuto objavu veľmi dlho a šíril sa pomaly, ale poznačilo jeden z najdôležitejších zlomov v dejinách civilizácie.
Čas uplynul. Ľudia sa naučili prijímať teplo, ale tí starí nemali silu, okrem svojich vlastných svalov, ktoré by im pomohli podrobiť si prírodu. A napriek tomu postupne, kúsok po kúsku, začali využívať silu skrotených zvierat, vetra a vody. Podľa historikov boli prvé ťažné zvieratá použité na pluh asi pred 5 000 rokmi. Zmienka o prvom použití vodnej energie - spustenie prvého mlyna s kolesom poháňaným vodným tokom - sa datuje na začiatok našej chronológie. Trvalo však ďalších tisíc rokov, kým sa tento vynález rozšíril. A najstaršie známe veterné mlyny v Európe boli postavené v XI. Storočí.
Po celé storočia zostávalo využitie nových zdrojov energie - domácich miláčikov, vetra a vody - veľmi nízke. Hlavným zdrojom energie, pomocou ktorého si človek vybudoval bývanie, obrábal polia, „cestoval“, bránil sa a útočil, bola sila vlastných rúk a nôh. A tak to pokračovalo asi do polovice nášho tisícročia. Je pravda, že už v roku 1470 bola uvedená na trh prvá veľká štvorstožňová loď; okolo roku 1500 navrhol geniálny Leonardo da Vinci nielen veľmi dômyselný model tkáčskeho stavu, ale aj projekt stavby lietajúceho stroja. Vlastní tiež mnoho ďalších, na tú dobu jednoducho fantastických nápadov a návrhov, ktorých realizácia mala prispieť k rozšíreniu vedomostí a výrobných síl. Skutočný zlom v technickom myslení ľudstva však nastal relatívne nedávno, pred niečo viac ako tromi storočiami.
Jedným z prvých gigantov na ceste ľudského vedeckého pokroku bol nepochybne Isaac Newton. Tento vynikajúci anglický prírodovedec venoval celý svoj dlhý život a vynikajúci talent pavúkovi: fyzike, astronómii a matematikovi. Sformuloval základné zákony klasickej mechaniky, vyvinul gravitačný torus, položil základy hydrodynamiky a akustiky, významne prispel k rozvoju optiky a spolu s Leib itz m vytvoril princípy teória nekonečne malý a teória symetrických funkcií. Fyzika 18. a 19. storočia sa právom nazýva newtonovská. Spisy Isaaca Newtona mnohými spôsobmi pomohli znásobiť silu ľudských svalov a tvorivosť v schopnostiach ľudského mozgu.
Výhody vodných elektrární sú zrejmé - rezerva energie neustále obnovovaná samotnou prírodou, ľahká prevádzka a absencia znečistenia životného prostredia. A skúsenosti s konštrukciou a prevádzkou vodných kolies môžu byť pre vodnú energiu veľmi užitočné. Stavba priehrady pre veľkú vodnú elektráreň sa však ukázala ako oveľa ťažšia úloha ako výstavba malej priehrady na otáčanie mlynského kolesa. Na premenu silných vodných turbín na rotáciu je potrebné nahromadiť za priehradou obrovskú zásobu vody. Na vybudovanie priehrady je potrebné naukladať toľko materiálu, aby sa objem obrovských egyptských pyramíd v porovnaní s ňou zdal zanedbateľný.
Preto bolo na začiatku 20. storočia postavených iba niekoľko vodných elektrární. V blízkosti Pjatigorsku na severnom Kaukaze pri horskej rieke Podkumok úspešne fungovala pomerne veľká elektráreň so zmysluplným názvom „Biele uhlie“. Toto bol iba začiatok.
Spoločnosť GOELRO už v historickom pláne počítala s výstavbou veľkých vodných elektrární. V roku 1926 bola uvedená do prevádzky vodná elektráreň Volchovskaja, ďalšia - začala sa výstavba slávneho Dnepra. Ďalekozraká energetická politika uplatňovaná v našej krajine viedla k tomu, že ako každá iná krajina na svete máme vyvinutý systém výkonných vodných elektrární. Žiadny štát sa nemôže pochváliť takými energetickými gigantmi, ako sú vodné elektrárne Volga, Krasnojarsk a Bratsk, Sayano-Shushenskaya. Tieto stanice, ktoré doslova dodávajú oceánom energiu, sa stali centrami, okolo ktorých sa vyvinuli silné priemyselné komplexy.
Zatiaľ však ľuďom slúži iba malá časť hydroenergetického potenciálu Zeme. Každý rok do morí prúdia nepoužívané obrovské prúdy vody z dažďov a topiacich sa snehov. Keby ich bolo možné zastaviť pomocou priehrad, dostalo by ľudstvo ďalšie kolosálne množstvo energie.
Geotermálnej energie
Zem, táto malá zelená planéta, je náš spoločný domov, z ktorého ešte nemôžeme a nechceme odísť. V porovnaní s nespočetným množstvom iných planét je Zem skutočne malá: väčšina je pokrytá útulnou a povzbudzujúcou zeleňou. Ale táto krásna a pokojná planéta niekedy pobúri, a potom je s ňou zle žartovať - je schopná zničiť všetko, čo nám od nepamäti láskavo dala. Hrozivé tornáda a tajfúny si vyžiadajú tisíce životov, nezlomné vody riek a morí zničia všetko, čo im stojí v ceste, lesné požiare zničia obrovské územia spolu s budovami a plodinami v priebehu niekoľkých hodín.
Ale to všetko je malé v porovnaní s výbuchom prebudenej sopky. Na Zemi len ťažko nájdete ďalšie príklady spontánneho uvoľnenia prírodnej energie, ktorá by silou mohla konkurovať niektorým sopkám.
Ľudia už dlho vedia o spontánnych prejavoch gigantickej energie, ktorá číha v útrobách našej planéty. Pamäť ľudstva udržuje legendy o katastrofických sopečných výbuchoch, ktoré pripravili o milióny ľudí ľudské životy ktorá nepoznateľne zmenila tvár mnohých miest na Zemi. Sila výbuchu aj relatívne malej sopky je kolosálna, je mnohonásobne vyššia ako sila najväčších elektrární vytvorených ľudskou rukou. Je pravda, že o priamom využívaní energie sopečných erupcií nie je potrebné hovoriť - ľudia zatiaľ nemajú možnosť tento vzpurný prvok potlačiť a erupcie sú, našťastie, pomerne zriedkavé udalosti. Ale to sú prejavy energie, ktoré číhajú v útrobách Zeme, keď iba nepatrný zlomok tejto nevyčerpateľnej energie nájde výstup cez otvory sopiek dýchajúce oheň.
Energia Zeme - Geotermálna energia je založená na využívaní prírodného tepla Zeme. Horná časť zemskej kôry má tepelný gradient 20–30 ° C na 1 km hĺbky a podľa Whitea (1965) množstvo tepla obsiahnuté v zemskej kôre do hĺbky 10 km (bez povrchovej približne 12,6-10 ^ 26 J. Tieto zdroje zodpovedajú tepelnému obsahu 4,6 10 16 ton uhlia (za predpokladu priemerného tepla spaľovania uhlia 27,6-10 9 J / t), čo je viac ako 70 000-krát vyšší obsah tepla vo všetkých technicky a ekonomicky využiteľných svetových zdrojoch uhlia. Geotermálne teplo v hornej časti zemskej kôry (do hĺbky 10 km) je však príliš rozptýlené na to, aby na jej základe bolo možné vyriešiť svetové energetické problémy. Zdrojmi vhodnými na priemyselné využitie sú jednotlivé ložiská geotermálnej energie koncentrované v hĺbke dostupnej na rozvoj, ktoré majú určité objemy a teploty dostatočné na to, aby sa mohli použiť na výrobu elektriny alebo tepla.
Z geologického hľadiska možno zdroje geotermálnej energie rozdeliť na hydrotermálne konvekčné systémy, horúce suché systémy sopečného pôvodu a systémy s veľkým tepelným tokom.
Hydrotermálne systémy
Do kategórie hydrotermálnych konvekčných systémov patria podzemné bazény pary alebo horúcej vody, ktoré stúpajú na povrch Zeme a vytvárajú gejzíry, jazerá sírneho bahna a fumaroly. Tvorba takýchto systémov je spojená s prítomnosťou zdroja tepla z horúcej alebo roztavenej horniny umiestneného relatívne blízko zemského povrchu. Nad touto zónou vysokoteplotnej horniny je priepustný skalný útvar obsahujúci vodu, ktorá stúpa v dôsledku horúcej podložnej horniny. Priepustná hornina je zase na vrchu pokrytá nepriepustnou horninou, ktorá vytvára „pascu“ na prehriatu vodu. Prítomnosť trhlín alebo pórov v tejto hornine však umožňuje, aby horúca voda alebo zmes pary a vody vystúpili na povrch Zeme. Hydrotermálne konvekčné systémy sa zvyčajne nachádzajú pozdĺž hraníc tektonických dosiek zemskej kôry, ktoré sa vyznačujú sopečnou činnosťou.
V zásade sa na výrobu elektriny v horkovodných poliach používa metóda založená na použití pary generovanej odparením horúcej kvapaliny na povrchu. Táto metóda využíva výhodu toho, že keď sa horúca voda (pri vysokom tlaku) dostane cez studne z panvy na povrch, tlak poklesne a asi 20% kvapaliny sa varí a mení sa na paru. Táto para sa oddeľuje od vody pomocou separátora a privádza sa do turbíny. Voda opúšťajúca separátor sa môže ďalej spracovávať v závislosti od jej minerálneho zloženia. Túto vodu je možné okamžite prečerpať späť do hornín alebo, pokiaľ je to ekonomicky možné, predbežnou ťažbou minerálov z nej. Príklady horkovodných geotermálnych polí sú Wairakei a Broadlands na Novom Zélande, Cerro Prieto v Mexiku, Salton Sea v Kalifornii, Otake v Japonsku.
Ďalším spôsobom výroby elektriny z vysokoteplotných alebo strednoteplotných geotermálnych vôd je použitie procesu využívajúceho dvojokruhový (binárny) cyklus. Pri tomto procese sa voda získaná z bazénu používa na ohrev sekundárneho chladiva (freón alebo izobután), ktoré má nízky bod varu. Para generovaná varom tejto kvapaliny sa používa na pohon turbíny. Výfuková para kondenzuje a opäť prechádza výmenníkom tepla, čím sa vytvára uzavretý cyklus. Zariadenia využívajúce freón ako sekundárne chladivo sú v súčasnosti pripravené na priemyselný rozvoj v teplotnom rozmedzí 75–150 ° C a s jednotkovým elektrickým výkonom v rozmedzí 10–100 kW. Takéto zariadenia možno použiť na výrobu elektriny na vhodných miestach, najmä v odľahlých vidieckych oblastiach.
Horúce systémy sopečného pôvodu
Druhý typ geotermálneho zdroja (horúce systémy sopečného pôvodu) zahŕňa magmu a nepreniknuteľné horúce suché horniny (zóny spevnenej horniny okolo magmy a nadložných hornín). Získanie geotermálnej energie priamo z magmy nie je zatiaľ technicky možné. Technológia potrebná na využitie energie horúcich suchých hornín sa práve začína vyvíjať. Predbežný technický vývoj metód využívania týchto energetických zdrojov predpokladá zariadenie uzavretej slučky s cirkulujúcou kvapalinou prechádzajúcou horúcou horninou ( ryža. päť). Najskôr sa vyvrtá studňa na dosiahnutie horúcej skaly; potom sa cez ňu prečerpáva studená voda do horniny pod vysokým tlakom, čo vedie k tvorbe trhlín v nej. Potom sa cez takto vytvorenú zónu zlomených hornín vyvŕta druhá studňa. Nakoniec sa studená voda z povrchu prečerpá do prvej studne. Pri prechode horúcou horninou sa ohrieva II. Sa regeneruje cez druhú studňu vo forme pary alebo horúcej vody, ktorá sa potom môže použiť na výrobu elektriny pomocou jednej z vyššie diskutovaných metód.
Systémy s vysokým tepelným tokom
Geotermálne systémy tretieho typu existujú v oblastiach, kde sa v zóne s vysokými hodnotami tepelného toku nachádza hlboká sedimentárna panva. V oblastiach ako Parížska alebo Maďarská kotlina môže teplota vody prichádzajúcej zo studní dosiahnuť 100 ° C.
Špeciálnu kategóriu ložísk tohto typu možno nájsť v oblastiach, kde je normálny tepelný tok pôdou zachytávaný izolačnými nepriepustnými ílovitými vrstvami vytvorenými v rýchlo klesajúcich geosynklinálnych zónach alebo v oblastiach poklesu zemskej kôry. Teplota vody pochádzajúcej z geotermálnych ložísk v geotlakových zónach môže dosiahnuť 150–180 ° С a tlak na čele studne je 28–56 MPa. Denná produktivita na jamku môže byť niekoľko miliónov metrov kubických kvapaliny. Geotermálne panvy vo vysokotlakových zónach sa našli v mnohých oblastiach počas prieskumu ropy a zemného plynu, napríklad v Amerike, na Ďalekom a Strednom východe, v Afrike a Európe. Možnosť použitia týchto ložísk na energetické účely ešte nebola preukázaná.
Energia svetového oceánu
Prudký nárast cien pohonných hmôt, ťažkosti s ich získavaním, správy o vyčerpaní palivových zdrojov - všetky tieto viditeľné príznaky energetickej krízy spôsobili v posledných rokoch v mnohých krajinách značný záujem o nové zdroje energie vrátane energie Svetového oceánu .
Tepelná energia oceánu
Je známe, že energetické rezervy vo Svetovom oceáne sú kolosálne, pretože dve tretiny zemského povrchu (361 miliónov km 2) zaberajú moria a oceány - vodná oblasť Tichého oceánu je 180 miliónov km 2. . Atlantik - 93 miliónov km 2, indický - 75 miliónov km 2. Tepelná (vnútorná) energia zodpovedajúca prehriatiu povrchových vôd oceánu v porovnaní so spodnými vodami, povedzme, o 20 stupňov, má teda hodnotu asi 10 26 J. Kinetická energia oceánskych prúdov sa odhaduje na rádovo 10 18 J. Avšak doteraz sú ľudia schopní použiť iba nevýznamné zlomky tejto energie, a to aj za cenu veľkej a pomaly splácanie investícií, takže sa takáto energia stále javila ako neperspektívna.
Posledné desaťročie charakterizovali určité úspechy vo využívaní tepelnej energie z oceánu. Tak vznikli inštalácie mini-OTES a OTES-1 (OTES sú začiatočné písmená anglických slov Osean Тhermal Energy Conversion, t.j. transformácia tepelnej energie oceánu - hovoríme o premene na elektrickú energiu). V auguste 1979 začala neďaleko Havajských ostrovov fungovať mini tepelná elektráreň OTES. Skúšobná prevádzka zariadenia tri a pol mesiaca preukázala dostatočnú spoľahlivosť. Pri nepretržitej nepretržitej prevádzke nedošlo k žiadnym prerušeniam, s výnimkou menších technických problémov, ktoré zvyčajne vznikajú pri testovaní akejkoľvek novej inštalácie. Jeho celkový výkon bol v priemere 48,7 kW, maximum -53 kW; Inštalácia poskytla externej sieti 12 kW (maximálne 15) na užitočné zaťaženie, presnejšie na nabíjanie batérií. Zvyšok vyrobenej energie bol použitý na vlastné potreby elektrárne. Patria sem náklady na energiu na prevádzku troch čerpadiel, straty v dvoch výmenníkoch tepla, turbíne a generátore elektrickej energie.
Z nasledujúceho výpočtu boli potrebné tri čerpadlá: jedno na dodávku teplých výhľadov z oceánu, druhé na čerpanie studenej vody z hĺbky asi 700 m a tretie na čerpanie sekundárnej pracovnej kvapaliny vo vnútri samotného systému, to znamená z kondenzátor do výparníka. Amoniak sa používa ako sekundárna pracovná tekutina.
Jednotka mini-OTES je namontovaná na člne. Pod jeho dnom je dlhé potrubie na príjem studenej vody. Potrubie je polyetylénové potrubie dlhé 700 m s vnútorným priemerom 50 cm. Potrubie je pripevnené k spodnej časti nádoby pomocou špeciálneho zámku, ktorý umožňuje v prípade potreby rýchle odpojenie. Polyetylénová rúra sa súčasne používa na ukotvenie systému potrubia-loď. Originálnosť takéhoto riešenia je nepochybná, pretože ukotvenie výkonnejších systémov OTEC, ktoré sa v súčasnosti vyvíjajú, je veľmi vážnym problémom.
Prvýkrát v histórii technológie dokázala jednotka mini-OTES preniesť užitočnú energiu na externú záťaž a súčasne pokryť svoje vlastné potreby. Skúsenosti získané počas prevádzky mini-OTES umožnili rýchlo postaviť výkonnejšiu tepelnú elektráreň OTES-1 a začať navrhovať ešte výkonnejšie systémy tohto typu.
Nové stanice OTES s kapacitou mnohých desiatok a stoviek megawatt projekt sa realizuje bez plavidla. Jedná sa o jedno veľké potrubie, v ktorého hornej časti sa nachádza kruhová strojovňa, kde sú umiestnené všetky potrebné zariadenia na transformáciu energie ( ryža. 6). Horný koniec xo potrubia jednej vody bude umiestnený v oceáne v hĺbke 25–0 m. Turbínová hala je navrhnutá okolo potrubia v hĺbke asi 100 m. Budú tam nainštalované turbínové jednotky pracujúce na parách amoniaku a na všetkom ďalšom vybavení. Populácia všetkých stavieb presahuje 300 tisíc ton. Potrubie je monštrum, ktoré sa tiahne takmer kilometer do studenej hĺbky oceánu a v jeho hornej časti sa nachádza niečo ako malý ostrov. A žiadne plavidlo, samozrejme okrem bežných plavidiel potrebných na obsluhu systémov komunikácie s pobrežím.
Energia prílivu a odlivu.
Ľudia po celé storočia uvažovali o príčine prílivu a odlivu mora. Dnes už s istotou vieme, že silný prírodný úkaz - rytmický pohyb morských vôd spôsobuje príťažlivé sily Mesiaca a Slnka. Keďže Slnko je 400-krát ďalej od Zeme, pôsobí oveľa menšia hmotnosť Mesiaca na ohnisko Zeme dvakrát viac ako hmotnosť Slnka. Preto zohráva rozhodujúcu úlohu príliv spôsobený mesiacom (príliv Mesiaca). V mori sa prílivy a odlivy teoreticky striedajú po 6 hodinách 12 minútach 30 sekundách. Ak sú Mesiac, Slnko a Zem na rovnakej priamke (tzv. Syzygy), Slnko svojou príťažlivosťou zvyšuje vplyv Mesiaca a potom prichádza silný príliv (príliv syzygy alebo veľký voda). Keď je Slnko v pravom uhle k segmentu Zem - Mesiac (kvadratúra), prichádza slabý príliv (kvadratúra alebo slabá voda). Po siedmich dňoch sa striedajú silné a slabé návaly horúčavy.
Skutočný priebeh prílivu a odlivu je však veľmi zložitý. Je ovplyvnená zvláštnosťami pohybu nebeských telies, charakterom pobrežia, hĺbkou vody, morskými prúdmi a vetrom.
Najvyššie a najsilnejšie prílivové vlny sa vyskytujú v plytkých a úzkych zátokách alebo ústiach riek ústiacich do morí a oceánov. Prílivová vlna Indického oceánu sa valí proti prúdu Gangy vo vzdialenosti 250 km od jeho ústia. Prílivová vlna Atlantického oceánu cestuje 900 km hore Amazonkou. Na uzavretých moriach, napríklad v Čiernom alebo Stredozemnom mori, sa objavujú malé prílivové vlny s výškou 50-70 cm.
Maximálny možný výkon v jednom cykle prílivu a odlivu, to znamená z jedného prílivu do druhého, je vyjadrený rovnicou
kde R – hustota vody, g- gravitačné zrýchlenie, S- plocha prílivovej nádrže, R- rozdiel v úrovniach za prílivu.
Ako je zrejmé z (vzorec pre použitie energie prílivu a odlivu, za najvhodnejšie miesta možno považovať také miesta na pobreží mora, kde majú prílivy a odlivy veľkú amplitúdu a obrys a reliéf pobrežia vám umožňujú usporiadať veľké uzavreté „bazény“.
Kapacita elektrární na niektorých miestach môže byť 2–20 MW.
Pretože energia slnečného žiarenia je distribuovaná na veľkú plochu (inými slovami, má veľmi vysokú hustotu), každé zariadenie na priame použitie slnečnej energie musí mať zberné zariadenie (kolektor) s dostatočnou plochou.
Najjednoduchším zariadením tohto druhu je vlasec; V zásade ide o čiernu dosku, ktorá je zospodu dobre izolovaná. Je pokrytá sklom alebo plastom, ktorý prepúšťa svetlo, ale neurýchľuje infračervené tepelné žiarenie. V priestore medzi prenájmom a sklom sú najčastejšie umiestnené čierne rúrky, cez ktoré preteká voda, olej, ortuť, vzduch, anhydrid sírový atď. NS. Prenikajúce slnečné žiarenie naprieč sklo alebo plast do kolektora, absorbovaný čiernymi trubicami a doskou a ohrieva prácu ju do skúmaviek. Tepelné žiarenie nemôže z kolektora unikať, preto je jeho teplota oveľa vyššia (200 - 500 ° C) ako teplota okolitého vzduchu. Ide o takzvaný skleníkový efekt. Bežné záhradné parky sú v skutočnosti jednoduché zbierky slnečného žiarenia. Ale čím ďalej od trópov, tým menej eff Neexistuje horizontálne rozdeľovacie potrubie a je príliš ťažké a nákladné otočiť ho za Sieťami. Preto sa takéto kolektory zvyčajne inštalujú v určitom optimálnom uhle na juh.
Zložitejším a nákladnejším kolektorom je konkávne zrkadlo, ktoré koncentruje dopadajúce žiarenie v malom objeme okolo určitého geometrického bodu - ohniska. Reflexná plocha zrkadla je buď metalizovaný plast, alebo veľa malých plochých zrkadiel pripevnených k veľkej parabolickej základni. Vďaka špeciálnym mechanizmom sa kolektory tohto typu neustále obracajú k Slnku - to umožňuje zhromažďovanie veľká kvantita slnečné žiarenie... Teplota v pracovnom priestore zrkadlových kolektorov dosahuje 3000 ° C a viac.
Solárna energia je jedným z materiálovo najnáročnejších druhov výroby energie. Široké využitie solárnej energie má za následok obrovský nárast potreby materiálov a následne pracovných zdrojov na ťažbu surovín, ich obohacovanie, výrobu materiálov, výrobu heliostatov, kolektorov a iného vybavenia a ich preprava. Výpočty ukazujú, že vyrobiť elektrinu zo solárnej energie 1 MW * ročne bude trvať 10 000 až 40 000 človekohodín. V prípade tradičnej energie z fosílnych palív je tento údaj 200 - 500 človekohodín.
Elektrická energia generovaná slnečnými lúčmi je v súčasnosti oveľa nákladnejšia ako elektrina získavaná tradičnými metódami. Vedci dúfajú, že experimenty, ktoré vykonajú na experimentálnych zariadeniach a staniciach, pomôžu vyriešiť nielen technické, ale aj ekonomické problémy. Ale napriek tomu sa stanice na premenu slnečnej energie stavajú a fungujú.
Od roku 1988 funguje krymská solárna elektráreň na Kerčskom polostrove. Zdá sa, že svoje miesto určil sám zdravý rozum. Ak bude také miesto možné postaviť, bude to predovšetkým v oblasti letovísk, sanatórií, domovov dôchodcov, turistických trás; v krajine, kde potrebujete veľa energie, ale ešte dôležitejšie je udržiavať čisté prostredie, ktorého dobrá pohoda a predovšetkým čistota vzduchu sú pre človeka liečivé.
Krymský SPP je malý - kapacita je iba 5 MW. V istom zmysle je to skúška sily. Aj keď by sa zdalo, čo ešte treba vyskúšať, keď sú známe skúsenosti s výstavbou solárnych elektrární v iných krajinách.
Na ostrove Sicília začiatkom 80. rokov dodávala elektrinu solárna elektráreň s výkonom 1 MW. Princíp jeho fungovania je tiež založený na veži. Zrkadlá sa zameriavajú slnečné lúče na prijímači umiestnenom vo výške 50 metrov. Tam sa vytvára para s teplotou viac ako 600 ° C, ktorá poháňa tradičnú turbínu s pripojeným generátorom prúdu. Je nesporne dokázané, že elektrárne s výkonom 10–20 MW môžu pracovať na tomto princípe, ako aj oveľa viac, ak sú podobné moduly zoskupené ich vzájomným prepojením.
Trochu iný typ elektrárne v Alqueria na juhu Španielska. Rozdiel je v tom, že slnečné teplo zamerané na hornú časť veže uvedie do pohybu sodíkový cyklus, ktorý ohrieva vodu a vytvára paru. Táto možnosť má množstvo výhod. Sodný tepelný akumulátor poskytuje nielen nepretržitú prevádzku elektrárne, ale umožňuje aj čiastočnú akumuláciu prebytočnej energie na prevádzku v oblačnom počasí a v noci. Kapacita španielskej stanice je iba 0,5 MW. Ale na jeho princípe je možné vytvoriť oveľa väčšie - až 300 MW. V zariadeniach tohto typu je koncentrácia slnečnej energie taká vysoká, že účinnosť procesu parnej turbíny tu nie je o nič horšia ako v tradičných tepelných elektrárňach.
Podľa odborníkov je najatraktívnejšou myšlienkou na premenu slnečnej energie použitie fotoelektrického javu v polovodičoch.
Ale napríklad solárna elektráreň blízko rovníka s denným výkonom 500 MWh (približne rovnaké množstvo energie generuje pomerne veľká vodná elektráreň) s účinnosťou 10% by vyžadovalo efektívny povrch asi 500 000 m 2. Je zrejmé, že také obrovské množstvo solárnych polovodičových článkov dokáže. oplatí sa, až keď je ich výroba skutočne lacná. Účinnosť solárnych elektrární v ostatných zónach Zeme by bola nízka kvôli nestabilným atmosférickým podmienkam, relatívne nízkej intenzite slnečného žiarenia, ktorá tu aj v r. slnečné dni silnejšie pohlcuje atmosféru, ako aj vibrácie spôsobené striedaním dňa a noci.
Napriek tomu si solárne fotovoltaické články už dnes nachádzajú svoje špecifické uplatnenie. Ukázali sa ako prakticky nenahraditeľné zdroje elektrického prúdu v raketách, satelitoch a automatických medziplanetárnych staniciach a na Zemi - predovšetkým na napájanie telefónnych sietí v neelektrifikovaných oblastiach alebo pre malých spotrebiteľov energie (rádiové zariadenia, elektrické holiace strojčeky a zapaľovače atď.). ) ... Polovodičové solárne články boli prvýkrát nainštalované na tretí sovietsky umelý satelit Zeme (vynesený na obežnú dráhu 15. mája 1958).
Práce prebiehajú, prebiehajú hodnotenia. Zatiaľ síce nie sú zástancami solárnych elektrární: tieto štruktúry dnes stále patria medzi najkomplexnejšie a najdrahšie technické metódy využívania slnečnej energie. Potrebujeme nové možnosti, nové nápady. Nie je ich núdza. Implementácia je horšia.
Atómová energia.
Pri štúdiu rozpadu atómových jadier sa ukázalo, že každé jadro váži menej ako súčet hmotností jeho protónov a neutrónov. Je to spôsobené tým, že keď sa protóny a neutróny spoja do jadra, uvoľní sa veľa energie. Zníženie hmotnosti jadier na 1 g sa rovná množstvu tepelnej energie, ktoré by sa získalo spaľovaním 300 vagónov uhlia. Nie je preto prekvapením, že sa vedci všemožne snažili nájsť kľúč, ktorý umožní „otvoriť“ atómové jadro a uvoľniť v ňom ukrytú obrovskú energiu.
Spočiatku sa táto úloha zdala neprekonateľná. Nie náhodou si vedci vybrali neutrón ako nástroj. Táto častica je elektricky neutrálna a nepodlieha elektrickým odpudivým silám. Preto môže neutrón ľahko preniknúť do atómového jadra. Jadrá jednotlivých prvkov boli bombardované neutrónmi. Keď prišiel rad na urán, zistilo sa, že tento ťažký prvok sa správa odlišne od ostatných. Mimochodom, treba pripomenúť, že prirodzene sa vyskytujúci urán obsahuje tri izotopy: urán-238 (238 U), urán-235 (235 U) a urán-234 (234 U) a číslo znamená hmotnostné číslo.
Atómové jadro uránu-235 sa ukázalo byť oveľa menej stabilné ako jadrá iných prvkov a izotopov. Pôsobením jedného neutrónu nastáva štiepenie (štiepenie) uránu, jeho jadro sa rozpadá na dva približne identické fragmenty, napríklad na jadrá kryptónu a bária. Tieto fragmenty sú rozptýlené veľkou rýchlosťou v rôznych smeroch.
Ale hlavná vec v tomto procese je, že počas rozpadu jedného jadra uránu sa objavia dva alebo tri nové voľné neutróny. Dôvodom je, že ťažké jadro uránu obsahuje viac neutrónov, ako je potrebné na vytvorenie dvoch menších atómových jadier. „Stavebného materiálu“ je príliš veľa a atómové jadro sa ho musí zbaviť.
Každý z nových neutrónov môže robiť to, čo prvý, keď rozdelil jedno jadro. Skutočne výnosný výpočet: namiesto jedného neutrónu dostaneme dve alebo tri s rovnakou schopnosťou rozdeliť ďalšie dve alebo tri jadrá uránu-235. A tak to pokračuje: dôjde k reťazovej reakcii, a ak nie je kontrolovaná, získa lavínový charakter a končí sa silnou explóziou - výbuchom atómovej bomby. Keď sa ľudia naučili regulovať tento proces, boli schopní prakticky nepretržite prijímať energiu z atómových jadier uránu. Tento proces je riadený v jadrových reaktoroch.
Jadrový reaktor je zariadenie, v ktorom prebieha riadená reťazová reakcia. V tomto prípade rozpad atómových jadier slúži ako riadený zdroj tepla aj neutrónov.
Prvý projekt jadrového reaktora vyvinul v roku 1939 francúzsky vedec Frederic Joliot-Curie. Ale čoskoro bolo Francúzsko okupované nacistami a projekt sa nezrealizoval.
Reťazová reakcia štiepenia uránu sa prvýkrát uskutočnila v roku 1942 v USA v reaktore, ktorý skupina vedcov pod vedením talianskeho vedca Enrica Fermiho postavila v priestoroch štadióna Chicagskej univerzity. Tento reaktor mal rozmery 6x6x6,7 m a výkon 20 kW; fungovalo to bez externého chladenia.
Prvý jadrový reaktor v ZSSR (a v Európe) bol postavený pod vedením akad. I.V. Kurchatov a uvedený na trh v roku 1946.
Atómová energia sa dnes vyvíja nevídaným tempom. Za tridsať rokov vzrástla celková kapacita jadrových blokov z 5 tisíc na 23 miliónov kilowattov! Niektorí vedci tvrdia, že do 21. storočia bude asi polovica všetkej elektriny na svete vyrobená v jadrových elektrárňach.
V zásade je jadrový reaktor navrhnutý celkom jednoducho - v ňom sa voda, podobne ako v bežnom kotle, mení na paru. Použite na to energiu uvoľnenú pri reťazovej reakcii rozpadu atómov uránu alebo iného jadrového paliva. V atómovej elektrárni neexistuje obrovský parný kotol pozostávajúci z tisícok kilometrov oceľových rúr, cez ktoré pod obrovským tlakom cirkuluje voda a mení sa na paru. Tento kolos bol nahradený relatívne malým jadrovým reaktorom.
Termálne jadrové reaktory sa navzájom líšia hlavne dvoma spôsobmi: aké látky sa používajú ako moderátor neutrónov a aké látky sa používajú ako chladivo, pomocou ktorého sa odvádza teplo z aktívnej zóny reaktora. V súčasnosti sú najrozšírenejšie reaktory moderované vodou, v ktorých obyčajná voda slúži ako moderátor neutrónov aj ako chladivo, urán-grafitové reaktory (moderátor - grafit, chladivo - obyčajná voda), plyn-grafitové reaktory (moderátor - grafit, chladivo) - plyn, často oxid uhličitý), ťažkovodné reaktory (moderátor - ťažká voda, chladiaca kvapalina - buď ťažká alebo obyčajná voda).
Ani jedno ryža. deväť je uvedený schematický diagram reaktora s tlakovou vodou. Jadro reaktora je hrubostenná nádoba obsahujúca vodu a ponorené zostavy palivových článkov (palivové tyče). Teplo uvoľňované palivovými tyčami je odoberané vodou, ktorej teplota výrazne stúpa.
Konštruktéri zvýšili výkon takýchto reaktorov na milión kilowattov. Mocné jednotky na výrobu energie sú inštalované v Záporožiach, Balakove a ďalších jadrových elektrárňach. Zdá sa, že čoskoro reaktory tejto konštrukcie dobehnú výkon a rekordmana - jeden a pol milióna z JE Ignalina.
Budúcnosť jadrovej energie však zjavne zostane tretím typom reaktorov, ktorých princíp činnosti a konštrukcie navrhli vedci - rýchle neutrónové reaktory. Hovorí sa im aj množiace sa reaktory. Konvenčné reaktory používajú pomalé neutróny, ktoré spôsobujú reťazovú reakciu v pomerne vzácnom izotope, uráne-235, čo je v prírodnom uráne iba asi jedno percento. Preto je potrebné vybudovať obrovské továrne, ktoré doslova preosievajú cez atómy uránu a vyberajú z nich atómy iba jedného druhu uránu-235. Zvyšok uránu nemožno použiť v bežných reaktoroch. Vyvstáva otázka: bude tento vzácny izotop uránu dosť dlho stačiť, alebo bude ľudstvo opäť čeliť problému nedostatku energetických zdrojov?
Pred viac ako tridsiatimi rokmi sa tento problém týkal pracovníkov laboratória Ústavu fyziky a energetiky. Je to vyriešené. Vedúci laboratória Alexander Iľjič Leipunskij navrhol návrh rýchleho neutrónového reaktora. Prvé takéto zariadenie bolo postavené v roku 1955. Výhody rýchlych reaktorov sú zrejmé. Môžu sa v nich použiť všetky zásoby prírodného uránu a tória na získanie energie a sú obrovské - viac ako štyri miliardy ton uránu sa rozpustia iba v samotnom Svetovom oceáne.
Niet pochýb o tom, že jadrová energia zaujala pevné miesto v energetickej bilancii ľudstva. Určite sa to vyvinie v budúcnosti bez toho, aby odmietlo dodávať energiu, ktorú ľudia toľko potrebujú. Budú však potrebné ďalšie opatrenia na zaistenie spoľahlivosti jadrových elektrární, ich bezproblémovej prevádzky a vedci a inžinieri budú schopní nájsť potrebné riešenia.
Vodíková energia
Mnoho odborníkov vyjadruje znepokojenie nad neustále sa zvyšujúcim trendom neustálej elektrifikácie ekonomiky a ekonomiky: čoraz viac chemických palív sa spaľuje v tepelných elektrárňach a stovkách nových jadrových elektrární, ako aj v oblasti rodiacich sa slnečných, veterných a geotermálnych elektrární. elektrárne, budú v čoraz širšom meradle (a v konečnom dôsledku výlučne) pracovať na výrobe elektrickej energie. Vedci sú preto zaneprázdnení hľadaním zásadne nových energetických systémov.
Účinnosť d. tepelné elektrárne sú pomerne nízke, aj keď konštruktéri usilovne pracujú na ich zvýšení. V moderných elektrárňach na fosílne palivá je to asi 40% a v jadrových elektrárňach - 33%. V takom prípade sa veľká časť energie stratí odpadovým teplom (napríklad spolu s teplou vodou odvádzanou z chladiacich systémov), čo vedie k takzvanému tepelnému znečisteniu životného prostredia. Z toho vyplýva, že tepelné elektrárne by sa mali stavať na miestach, kde je dostatok chladiacej vody, alebo v priestoroch otvorených vetrom, kde nebude mať chladenie vzduchom negatívny vplyv na mikroklímu. K tomu sa pridávajú otázky bezpečnosti a hygieny. Preto by sa budúce veľké jadrové elektrárne mali nachádzať čo najďalej od husto obývaných oblastí. Týmto spôsobom sa však odoberajú zdroje elektriny spotrebiteľom, čo veľmi komplikuje problém s prenosom energie.
Prenos elektriny po drôte je veľmi drahý: predstavuje asi tretinu nákladov na energiu pre spotrebiteľa. Na zníženie nákladov sa budujú elektrické vedenia so stále vyšším napätím, ktoré čoskoro dosiahne 1 500 kV. Ale nadzemné vedenia vysokého napätia si vyžadujú odcudzenie veľkej pevniny, navyše sú citlivé na veľmi silný vietor a iné meteorologické faktory. A podzemné káblové vedenia stoja 10 až 20-krát viac a kladú sa iba vo výnimočných prípadoch (napríklad ak je to spôsobené úvahami o architektúre alebo spoľahlivosti).
Najvážnejším problémom je akumulácia a skladovanie elektriny, pretože elektrárne pracujú najhospodárnejšie pri konštantnom výkone a plnom zaťažení. Medzitým sa dopyt po elektrine mení počas dňa, týždňa a roku, takže je potrebné tomu prispôsobiť kapacitu elektrární. Prečerpávacie elektrárne v súčasnosti poskytujú jedinú príležitosť na uskladnenie veľkého množstva elektriny pre budúce použitie, ale sú zase spojené s mnohými problémami.
Všetky tieto problémy, ktorým čelí moderná energia, by sa podľa názoru mnohých odborníkov dali vyriešiť použitím vodíka ako paliva a vytvorením takzvanej vodíkovej energetickej ekonomiky.
Vodík, najjednoduchší a najľahší zo všetkých chemických prvkov, možno považovať za ideálne palivo. Je tam všade, kde je voda. Pri spaľovaní vodíka vzniká voda, ktorá sa môže opäť rozložiť na vodík a kyslík a tento proces nespôsobuje žiadne znečistenie životného prostredia. Vodíkový plameň nevypúšťa do atmosféry produkty, ktoré nevyhnutne sprevádzajú spaľovanie iného paliva: oxid uhličitý, oxid uhoľnatý, oxid siričitý, uhľovodíky, popol, organické peroxidy atď. Vodík má veľmi vysokú výhrevnosť: keď 1 g vodík sa spaľuje, získava sa z neho 120 J tepelnej energie a pri spaľovaní 1 g benzínu - iba 47 J.
Vodík sa môže prepravovať a distribuovať potrubím ako zemný plyn. Preprava paliva potrubím je najlacnejším spôsobom prenosu energie na veľké vzdialenosti. Okrem toho sú potrubia vedené pod zemou, čo nenarúša krajinu. Plynovody zaberajú menšiu plochu pevniny ako vzdušné elektrické vedenie. Prenos energie vo forme plynného vodíka potrubím 750 mm na vzdialenosť viac ako 80 km bude lacnejší ako prenos rovnakého množstva energie vo forme striedavého prúdu podzemným káblom. Na vzdialenosti viac ako 450 km je potrubná preprava vodíka lacnejšia ako použitie nadzemného jednosmerného prenosového vedenia s napätím 40 kV a vo vzdialenosti viac ako 900 km je lacnejšia ako nadzemné jednosmerné vedenie prenosu energie s napätie 500 kV.
Vodík je syntetické palivo. Môže sa získavať z uhlia, ropy, zemného plynu alebo rozkladom vody. Odhaduje sa, že v dnešnom svete sa dnes vyrobí a spotrebuje asi 20 miliónov ton vodíka ročne. Polovica z tohto množstva sa vynakladá na výrobu amoniaku a hnojív a zvyšok na odstraňovanie síry z plynných palív, v metalurgii, na hydrogenáciu uhlia a iných palív. V modernej ekonomike zostáva vodík skôr chemickou ako energetickou surovinou.
Moderné a sľubné metódy výroby vodíka
V súčasnosti sa vodík vyrába hlavne (asi 80%) z ropy. Pre energetický sektor je to však neekonomický proces, pretože energia získaná z takého vodíka stojí 3,5-krát viac ako energia zo spaľovania benzínu. Okrem toho náklady na takýto vodík neustále stúpajú so zvyšovaním ceny ropy.
Elektrolýzou sa vyrába malé množstvo vodíka. Výroba vodíka elektrolýzou vody je nákladnejšia ako jeho výroba z ropy, ale s rozvojom jadrovej energie sa rozšíri a zlacnie. Stanice na elektrolýzu vody môžu byť umiestnené v blízkosti jadrových elektrární, kde sa všetka energia vyrobená z elektrárne použije na rozklad vody na vodík. Je pravda, že cena elektrolytického vodíka zostane vyššia ako cena elektrického prúdu, ale náklady na prepravu a distribúciu vodíka sú také nízke, že konečná cena pre spotrebiteľa bude v porovnaní s cenou elektriny celkom prijateľná.
Vedci dnes intenzívne pracujú na znížení nákladov na technologické procesy na výrobu vodíka vo veľkom meradle vďaka efektívnejšiemu rozkladu vody, pomocou vysokoteplotnej elektrolýzy vodnej pary, pomocou katalyzátorov, polopriepustných membrán atď.
Veľká pozornosť sa venuje termolytickej metóde, ktorá (v budúcnosti) spočíva v rozklade vody na vodík a kyslík pri teplote 2 500 ° C. Inžinieri ale zatiaľ nezvládli taký teplotný limit vo veľkých technologických celkoch vrátane tých, ktoré pracujú s atómovou energiou (vo vysokoteplotných reaktoroch sa stále spoliehajú iba na teplotu okolo 1000 ° C). Vedci sa preto usilujú vyvinúť procesy, ktoré prebiehajú v niekoľkých etapách, ktoré by umožňovali výrobu vodíka v teplotných rozsahoch pod 1000 ° C.
V roku 1969 bola v talianskej pobočke „Euratom“ uvedená do prevádzky jednotka na výrobu termolytického vodíka, ktorá fungovala efektívne. 55% pri teplote 730 ° C. Používali bromid vápenatý, vodu a ortuť. Voda v zariadení sa rozkladá na vodík a kyslík a zvyšok činidiel cirkuluje v opakovaných cykloch. Ostatné - projektované inštalácie fungovali - pri teplotách 700 - 800 ° С. Verí sa, že vysokoteplotné reaktory zlepšia účinnosť. takýchto procesov až 85%. Dnes nie sme schopní presne predpovedať, koľko bude stáť vodík. Ale ak si myslíte, že ceny všetkých moderný druh Pretože energia má tendenciu rásť, dá sa predpokladať, že z dlhodobého hľadiska bude energia vo forme vodíka lacnejšia ako vo forme zemného plynu a prípadne vo forme elektrického prúdu.
Použitie vodíka
Keď sa vodík stane tak dostupným palivom, ako je dnes zemný plyn, bude ho môcť všade nahradiť. Vodík je možné spaľovať v kuchynských kachliach, ohrievačoch vody a vykurovacích kachliach vybavených horákmi, ktoré sa takmer alebo vôbec nelíšia od moderných horákov používaných na spaľovanie zemného plynu.
Ako sme už povedali, pri spaľovaní vodíka nezostávajú žiadne škodlivé produkty spaľovania. Preto nie sú potrebné systémy na odstraňovanie týchto výrobkov z vykurovacích zariadení pracujúcich na vodík. Vodná para vznikajúca pri spaľovaní sa dá považovať za užitočný produkt - zvlhčuje vzduch (ako viete, v moderných bytoch s centrálnym kúrenie, príliš suchý vzduch). A absencia komínov pomáha nielen šetriť stavebné náklady, ale zvyšuje aj účinnosť vykurovania o 30%.
Vodík môže slúžiť aj ako chemická surovina v mnohých priemyselných odvetviach, napríklad pri výrobe hnojív a potravinárskych výrobkov, v metalurgii a petrochémii. Môže sa tiež použiť na výrobu elektriny v miestnych tepelných elektrárňach.
Záver.
Úloha energie pri udržiavaní a ďalšom rozvoji civilizácie je nepopierateľná. V modernej spoločnosti je ťažké nájsť ani jednu oblasť ľudskej činnosti, ktorá by si nevyžadovala - priamo alebo nepriamo - viac energie, ako sú schopné poskytnúť svaly človeka.
Spotreba energie je dôležitým ukazovateľom životnej úrovne. V tých dňoch, keď človek dostával jedlo, zbieral lesné ovocie a lovil zvieratá, potreboval asi 8 MJ energie denne. Po zvládnutí požiaru sa táto hodnota zvýšila na 16 MJ: v primitívnej poľnohospodárskej spoločnosti to bolo 50 MJ a v rozvinutejšej - 100 MJ.
Počas existencie našej civilizácie mnohokrát došlo k zmene z tradičných zdrojov energie na nové, pokročilejšie. A nie preto, že starý zdroj bol vyčerpaný.
Slnko vždy svietilo a zahrievalo človeka: akonáhle ľudia skrotili oheň, začali spaľovať drevo. Potom drevo ustúpilo uhliu. Zásoby dreva sa zdali neobmedzené, ale parné stroje vyžadovali viac vysokokalorického „krmiva“.
Toto však bola iba etapa. Uhlie čoskoro postúpi svoje vedúce postavenie na trhu s energetickými olejmi.
A teraz v našej dobe nové kolo, hlavnými druhmi palív sú stále ropa a plyn. Ale pre každý nový meter kubický plynu alebo tonu ropy musíte ísť stále ďalej na sever alebo na východ, aby ste kopali hlbšie a hlbšie do zeme. Niet divu, že ropa a plyn nás budú každý rok stáť čoraz viac.
Výmena? Potrebujeme nového vodcu energie. Nepochybne to budú jadrové zdroje.
Zásoby uránu, ak ich porovnáme so zásobami uhlia, sa zdajú byť nie také veľké. Ale na druhej strane na jednotku hmotnosti obsahuje miliónkrát viac energie ako uhlie.
A výsledok je nasledovný: pri výrobe elektriny v jadrovej elektrárni sa verí, že sa musí minúť stotisíckrát menej peňazí a práce ako pri získavaní energie z uhlia. A jadrové palivo nahrádza ropu a uhlie ... Vždy to bolo takto: ďalší zdroj energie bol tiež silnejší. To bola takpovediac „militantná“ línia energie.
V honbe za prebytkom energie sa človek vnoril stále hlbšie do spontánneho sveta prírodných úkazov a až do istej doby skutočne nemyslel na následky svojich činov a činov.
Časy sa však zmenili. Teraz, na konci 20. storočia, začína nová, významná etapa zemskej energie. Energia sa „šetrila“. Postavené tak, aby si človek neodsekol vetvu, na ktorej sedí. Postaral sa o ochranu už aj tak vážne poškodenej biosféry.
Nepochybne v budúcnosti, paralelne s líniou intenzívneho rozvoja energetického sektoru, získajú široké občianske práva a rozsiahla línia: rozptýlené zdroje energie nie sú príliš silné, ale majú vysokú účinnosť, sú šetrné k životnému prostrediu a ľahko sa používajú.
Pozoruhodným príkladom toho je rýchly štart elektrochemickej energie, ktorá bude neskôr, zjavne, doplnená slnečnou energiou. Energia sa veľmi rýchlo hromadí, asimiluje, absorbuje všetky najnovšie nápady, vynálezy a vedecké úspechy. Je to pochopiteľné: energia je doslova spojená so všetkým a všetko je k energii priťahované, záleží na tom.
Preto energetická chémia, vodíková energia, vesmírne elektrárne, energia uzavretá v antihmote, kvarky, „čierne diery“, vákuum - to sú len najjasnejšie míľniky, ťahy, jednotlivé riadky scenára, ktorý sa nám píše pred očami a ktorý dokáže sa bude volať Tomorrow Energy.
Energetické labyrinty. Tajomné chodby, úzke, kľukaté cesty. Plný hádaniek, prekážok, neočakávaných poznatkov, výkrikov smútku a porážky, klikania radosti a víťazstiev. Tŕnistá, nepokojná, nepriama energetická cesta ľudstva. Ale veríme, že sme na ceste do éry energetickej výdatnosti a že všetky prekážky, prekážky a ťažkosti budú prekonané.
Príbeh o energii môže byť nekonečný, má nespočetné množstvo alternatívnych použití, ak za tým účelom musíme vyvinúť efektívne a ekonomické metódy. Nie je až také dôležité, aký máte názor na potreby energie, na energetické zdroje, ich kvalitu a nákladovú cenu. Nám zjavne. dalo by sa súhlasiť iba s tým, čo učený mudrc, ktorého meno zostalo neznáme: „Neexistujú jednoduché riešenia, existuje iba rozumná voľba.“ “
Bibliografia
1. 1. Augusta Goldinová. Oceány energie. - Za. z angličtiny - M.: Znalosti, 1983. - 144 s.
2. 2. Balanchevadze V. I., Baranovsky A. I. a ďalší; Ed. A.F.Dyakov. Energia dnes a zajtra. - M.: Energoatomizdat, 1990. - 344 s.
3. 3. Viac ako dosť. Optimistický výhľad na budúcnosť svetovej energie / Red. R. Clarke: Per. z angličtiny - M.: Energoatomizdat, 1984 - 215 s.
4. 4. Burdakov VP. Elektrina z vesmíru. - M.: Energoatomizdat, 1991. - 152 s.
5. 5. Vershinsky NV Energia oceánu. - Moskva: Nauka, 1986. - 152 s.
6. 6. Gurevič Yu. Pálenie za studena. // Kvantové. - 1990 - č. 6. - čl. 9-15.
7. 7. Zdroje energie. Fakty, problémy, riešenia. - M.: Veda a technika, 1997. - 110 s.
8. 8. Kirillin V. A. Energia. Hlavné problémy: V otázkach a odpovediach. - M.: Znalosti, 1990. - 128 s.
9. 9. Kononov Yu. D. Energetika a ekonomika. Problémy prechodu na nové zdroje energie. - Moskva: Nauka, 1981 .-- 190 s.
10.10. Merkulov O.P. - K.: Naukova Dumka, 1991 .-- 123 s.
11.11 Svetová energia: prognóza vývoja do roku 2020 / Per. z angličtiny vyd. Yu.N. Starshikova. - M.: Energiya, 1980. - 256 s.
12.12 Netradičné zdroje energie. - M.: Znalosti, 1982. - 120 s.
13.13. Podgorny A.N. Vodíková energia. - M.: Nauka, 1988. - 96 s.
14.14 Sosnov A. Ya. Energia Zeme. - L.: Lenizdat, 1986. - 104 s.
15.15. Sheidlin A.E. Nová energia. - Moskva: Nauka, 1987. - 463 s.
16.16. Shulga V.G., Korobko B.P., Zhovmir M.M. Hlavné výsledky vývoja netradičných a inovatívnych zdrojov energie na Ukrajine. // Energia a elektrifikácia. - 1995 - č. 2. - čl. 39-42.
17.17. Energia sveta: Preklady správ XI. Kongresu MIREC / vyd. PS Neporozhny. - M.: Energoatomizdat, 1982. - 216 s.
18.18.Energetické zdroje sveta / Red. P.S. Neporozhny, V.I. Popkov. - M.: Energoatomizdat, 1995. - 232 s.
19.19 Yu. Töldeshi, Yu. Lesny. Svet hľadá energiu. - M.: Mir, 1981 .-- 440 s.
20.20 Yudasin L. S. Energia: problémy a nádeje. - M.: Education, 1990 - 207s.
Hlavnými generátormi energie sú elektrárne: tepelné (TPP), hydraulické (HPP), jadrové (NPP), ako aj dopravné jednotky (osobné automobily, dieselové lokomotívy, motorové lode, traktory atď.). Nosičmi energie sú rôzne druhy paliva. : ropa, vykurovací olej, zemný plyn, uhlie, benzín, nafta, urán, plutónium, ako aj vodné zdroje. Využívanie obnoviteľných zdrojov energie (OZE) sa rozširuje: veterná, slnečná a prílivová. Fosílne palivo však zostáva hlavným zdrojom energie. V rôznych krajinách je výroba energie v jadrových elektrárňach 10 ... 20%, vo vodných elektrárňach 4 ... 20%. Iba 1 ... 2% vyrobenej energie sa získava z obnoviteľných zdrojov energie. Je veľmi dôležité, aby podiel dopravných prostriedkov predstavoval viac ako 60% z celkového množstva vyrobenej energie.
Pri posudzovaní rozvoja energetického sektoru a formovania energetického programu by sa malo vychádzať nielen z úlohy výroby potrebného množstva energie, ale je tiež potrebné zohľadniť dostupné zdroje, ekonomické, environmentálne a sociálne faktorov.
Pre získanie komplexného pohľadu na perspektívy a problémy vývoja energie v blízkej budúcnosti je vhodné posúdiť možnosti každého zo smerov jeho vývoja, určených typom primárneho zdroja.
Olej... Zistilo sa, že v útrobách planéty sa nachádza asi 2 000 miliárd ton ropy, z ktorých bolo spoľahlivo preskúmaných asi 410 miliárd ton. Ročná svetová spotreba ropy sa blíži k 3 miliardám ton s jej prirodzenou reprodukciou viac ako 1%. Pri plánovaní rozvoja energetického sektoru do budúcnosti je potrebné vziať do úvahy na jednej strane obmedzené prírodné zásoby ropy a na druhej strane skutočnosť, že produkcia ropy sa časom komplikuje. Asi tretina všetkej vyprodukovanej ropy sa už vyrába z vrtov vyvrtaných na dne morí a oceánov. Hĺbka podmorských vrtov sa zvyšuje a dosahuje už 2 km. Zvyšuje sa aj hĺbka povrchových vrtov. Primeraný limit hĺbok vrtov na prieskum ložísk ropy je 4 ... 8 km.
Dôležitý smer je spojený s rozvojom hospodárnych tepelných elektrární a predovšetkým dieselových motorov, ktoré v súčasnosti tvoria až 30% z celkového inštalovaného výkonu dopravných elektrární. Používanie naftových motorov bohužiaľ vedie k znečisťovaniu životného prostredia. Iba lodné, naftové a priemyselné naftové motory ročne vypúšťajú najmenej 3 milióny ton vzduchu kontaminovaného oxidmi dusíka, sírou a uhlíkom, uhľovodíkami a sadzami.
Uhlie... Skúmané zásoby uhlia vo svete sú významné, ale kvalitatívne odlišné. Nízka výhrevnosť uhlíkov mnohých usadenín spôsobuje ich použitie vážne ťažkosti. Preprava tohto uhlia na veľké vzdialenosti je nerentabilná, pretože jeho značná časť je anorganický odpad. Je možné tieto uhlie premeniť na elektrickú energiu v mieste ťažby. Pri takomto riešení problému však bude potrebné vybudovať elektrické vedenia na veľmi veľké vzdialenosti (PTL), v ktorých hlavných líniách sa stratí až 10% energie a v distribučných sieťach - asi o 40% viac .
Z krátkodobého hľadiska však množstvo uhlia použitého ako palivo v energetickom sektore, aj keď pomaly, stúpne a presiahne 9 miliárd ton.
Časť ťaženého uhlia sa stane surovinou na výrobu syntetického kvapalného paliva na mieste, ktorého technológia výroby sa aktívne zdokonaľuje.
Okrem obyčajného zemného plynu existujú veľké rezervy spojené s vodou v permafrostových zónach a oceáne. V podzemnej hydrosfére sa tiež rozpúšťa plyn. Zásoby takéhoto plynu sú značné a nachádzajú sa vo všetkých oblastiach planéty. Vyvíjajú sa technológie na zvýšenie podzemných vôd na povrch s ich následným návratom späť do podzemia po oddelení plynu v nich obsiahnutých.
Prax presvedčivo preukázala, že použitie plynu (hlavne metánu) ako energetického paliva je efektívne. Dá sa predpokladať, že v blízkej budúcnosti bude mať prioritu zemný plyn. A to aj napriek skutočnosti, že výroba plynu je čoraz ťažšia z dôvodu potreby stále hlbších vrtov a dopravných ťažkostí.
Jadrová energia ... Jadrová energia v súčasnosti predstavuje asi 6% svetovej palivovo-energetickej bilancie a 17% vyrobenej elektriny.
Najväčší podiel jadrových elektrární na výrobe elektriny je vo Francúzsku (75%), Litve (73%), Belgicku (~ 57%), Bulharsku, Slovenskej republike, Švédsku, Ukrajine a Kórejskej republike (od 43 do 47%).
Tepelné reaktory používajúce urán-235 neefektívne využívajú prírodný urán (menej ako 1%). Preto môžu byť základom jadrovej energie iba na obmedzený čas. Tepelný reaktor s výkonom 1 GW teda počas svojej životnosti (50 rokov) spotrebuje asi 10 000 ton prírodného uránu s potenciálnym svetovým zdrojom ~ 10 miliónov ton. Je teda zrejmé, že použitie štiepnych produktov a predovšetkým plutónia v jadrovom palivovom cykle sa stáva nevyhnutným.
Rýchly reaktor, ktorý umožňuje reprodukovať viac ako jedno jadro nového jadrového paliva pre každé rozdelené jadro, umožňuje dramaticky zvýšiť využitie prírodného uránu (~ 200-krát). Jadrová energia s výkonom 4000 GW, ktorá funguje už 2500 rokov, sa stáva realitou.
Veľké havárie, problémy nešírenia jadrových zbraní, manipulácia s ožiareným jadrovým palivom a rádioaktívnym odpadom však viedli k tomu, že pôvodné plány sa neuskutočnili.
Veľa práce sa robí pre zlepšenie prevádzkovej bezpečnosti. Reaktory tretej alebo štvrtej vyvíjanej generácie sa vyznačujú hodnotením rizika pre ľudí menej ako 10 až mínus 7 stupňov, čo je významne vyššie riziko ako pri CHPP.
Jadrová energia, ktorá spĺňa moderné požiadavky na bezpečnosť a účinnosť, je schopná zabezpečiť významnú časť rastu potrieb globálnej výroby energie v období po roku 2020, čo je objektívne nevyhnutné z dôvodu rastu svetovej populácie. Jadrová energia pomôže stabilizovať spotrebu konvenčných palív a emisie z chemického spaľovania.
Vodná elektráreň ... Vodné elektrárne poskytujú relatívne malé množstvo elektriny. Významná zotrvačnosť TPP a JE pri zmene režimu a najvyššia účinnosť pri prevádzke v danom ustálenom režime vedie k potrebe používať vodné elektrárne ako regulátory Jednotného energetického systému.
Prax vytvárania veľkých vodných elektrární s veľkými nádržami je nevyhnutne spojená so stratou veľkých plôch ornej pôdy, lúk a lesov pre poľnohospodárstvo a veľké umelé nádrže nakoniec vedú k ekologicky nepriaznivým následkom.
Zároveň nie je pochýb o účelnosti širšieho využitia vodnej energie pre malé vodné toky pomocou takzvaných objímkových prenosných elektrární pozostávajúcich z malých generátorov a vodných turbín. Kapacita takýchto zariadení je síce malá - 1 ... 5 kW, ale náklady na kilowatthodinu sú nižšie ako náklady na elektrárne s podobným výkonom založenými na spaľovacích motoroch.
CEZ... Obnoviteľné zdroje energie zvyčajne zahŕňajú slnečnú energiu vo všetkých jej prejavoch: teplo slnečného žiarenia prijímané Zemou, energia vetra, prílivu a odlivu, vlnová energia, ako aj nárast biomasy na Zemi, bioplyn zo živočíšneho odpadu Podľa optimistických odhadov bez poškodenia životného prostredia môžu obnoviteľné zdroje energie v zásade získať niekoľkonásobne viac energie, ako sa v súčasnosti vyrába na svete.
Je známe, že elektrárne pracujúce na palivá obsahujúce uhlík vypúšťajú do životného prostredia oxid uhličitý, ktorý je stále nemožné zachytiť. V dôsledku toho rastie jeho koncentrácia, ktorá narúša tepelnú rovnováhu planéty, čo vedie k jej zahriatiu (skleníkový efekt).
Tejto nepriaznivej vyhliadke sa dá vyhnúť rozšírením využívania obnoviteľných zdrojov energie. Podľa odborníkov bude podiel obnoviteľných zdrojov energie na svetovej energii do roku 2020 predstavovať 9-10%.
Solárna energia je pre Zem prirodzená; všetko živé jej vďačí za svoju existenciu. Vývoj metód a prostriedkov využívania slnečnej energie vo výrobe a v každodennom živote sa už dnes stáva globálnou úlohou pre celé ľudstvo.
Geotermálne elektrárne využívajú teplotu Zeme. Môžu to byť prírodné podzemné zásoby horúcej vody alebo pary, ako aj čerpanie vody hlboko do zeme. Prirodzene, použitie takýchto inštalácií sa odporúča v určitých oblastiach, napríklad na Kamčatke na Islande.
Pozornosť vedcov v oblasti energetiky priťahuje perspektíva využitia
obnoviteľná biomasa, ktorej ročný rast sa odhaduje na 107 miliárd ton. Energia, ktorú toto množstvo biomasy obsahuje, sa rovná 40 miliardám ton ropy.
V dôsledku spracovania sa zo zelenej hmoty získava vysoko oktánové palivo vo forme éterov a alkoholov.
Úspora energie. Úloha poskytovania energie prostredníctvom budovania energetického potenciálu je nad sily dokonca aj tých najvyspelejších krajín. Aby bola miera nárastu pomeru výkonu k hmotnosti skutočná, je potrebné uskutočňovať aktívnu politiku úspory energie v dvoch smeroch: zvýšiť účinnosť samotných elektrární, a tým prijímať viac energie, a znížiť straty energie a energetických zdrojov všade.
Efektívne využitie energetických zdrojov na Ukrajine je približne 40%. V dôsledku toho je 60% strata, z čoho približne 20% možno klasifikovať ako stratu, ktorej sa dá vyhnúť. Na zníženie spotreby energie je potrebné aktívne uskutočňovať zodpovedajúcu štátnu politiku so zavádzaním pokrokových technológií a zariadení. V sociálnej a domácej sfére je možné zabezpečiť značné úspory energie, ak sa napríklad zvýši kapacita tepelných štítov rozostavaných budov. V súčasnosti existujú stavebné materiály, ktoré môžu ušetriť až 50% tepla spotrebovaného na vykurovanie budov. Steny budov pokryté špeciálnymi priehľadnými panelmi umožňujú priechod tepla slnečným lúčom a nevydávajú teplo von. Značnú úsporu poskytuje prechod na žiarivky, ktoré spotrebujú asi 8-krát menej energie ako žiarovky. Zavedenie technológií na úsporu energie a zdrojov je dlhý, náročný a nákladný podnik, ale nevyhnutný a v konečnom dôsledku sa oplatí
Ekológia a ochrana životného prostredia... Rozvoj energetického sektoru je neoddeliteľne spojený s problémami ekológie a ochrany životného prostredia. Elektrárne využívajúce uhlie vrhajú ročne asi 300 ... 350 miliónov ton popola, viac ako 100 ... 120 miliónov ton oxidov síry a dusíka. Popol z uhoľných tepelných elektrární obsahuje rádioaktívne izotopy draslíka, rádia a tória, ktorých množstvo je takmer 10-krát vyššie (z hľadiska dávky žiarenia) ako v emisiách bežne fungujúcich jadrových elektrární. V porovnaní s najlepšími stanicami na svete naše stanice emitujú rádovo viac pevných častíc, 3-krát viac síry a 2-krát viac oxidov dusíka. Sírne plyny v životnom prostredí sú obzvlášť škodlivé pre obyvateľstvo, divokú zver, pôdu a vodné útvary. Moderné čistiarne odpadových vôd si vyžadujú veľa peňazí. Je to pravda čistý je nemožné získať energiu zadarmo. Vyspelé priemyselné krajiny minú až 5% hrubého národného produktu.
Pri vývoji jadrovej energie vznikajú vážne problémy v oblasti životného prostredia, ktoré súvisia najmä s potrebou dlhodobého zneškodňovania jej odpadu.
Rozvoj jadrovej energie komplikuje reakcia flóry a fauny na rádioaktívne nuklidy hromadiace sa v pôde. Ak sa svet evolučne adaptoval na prírodné nuklidy, potom reagujú odlišne na umelé nuklidy, ktoré sú dobre absorbované rastlinami a živočíchmi. Môžu sa hromadiť na koncentráciu 70 ... 100-krát vyššiu ako v okolitej pôde, čo je veľmi nebezpečné.
Na Zemi vznikajú určité ťažkosti v súvislosti s úlohou chrániť zásoby čerstvej vody pre ľudí, ktorá sa často používa ako nosič tepla v energetických systémoch. Je známe, že v súčasnosti zásoby sladkej vody tvoria iba 2,8% hmotnosti Zeme a iba 0,3% je k dispozícii pre ľudské použitie. Problém úspory čerstvej vody alebo jej výmeny za odsolenú morskú vodu je už preto naliehavý.
Všetko uvedené naznačuje, že prístup k problémom energetického rozvoja iba z ekonomického hľadiska je neprijateľný. Je potrebné prepojiť hospodárske aspekty so sociálnymi a environmentálnymi.
Život moderného človeka je jednoducho nemysliteľný bez energie. Výpadok prúdu sa javí ako katastrofa, človek si už nevie predstaviť život bez dopravy a varenie napríklad jedla v ohni, a nie na vhodnom plynovom alebo elektrickom sporáku, je už koníčkom.
Doteraz používame na výrobu energie fosílne palivá (ropa, plyn, uhlie). Ale ich rezervy na našej planéte sú obmedzené a nie dnes alebo zajtra príde deň, keď sa vyčerpajú. Čo robiť? Odpoveď už existuje - hľadať iné zdroje energie, nekonvenčné, alternatívne, ktorých zásoba je jednoducho nevyčerpateľná.
Medzi tieto alternatívne zdroje energie patrí slnko a vietor.
Využívanie slnečnej energie
Slnko- najvýkonnejší dodávateľ energie. Niečo používame kvôli svojim fyziologickým vlastnostiam. Ale milióny, miliardy kilowattov sú vyhodené a zmiznú za noci. Každú sekundu dáva Slnko Zemi 80 000 miliárd kilowattov. To je niekoľkonásobne viac, ako vytvárajú všetky elektrárne na svete.
Len si predstavte, aké výhody prinesie ľudstvu využitie slnečnej energie:
. Nekonečno v čase... Vedci predpokladajú, že slnko nezhasne ďalších niekoľko miliárd rokov. A to znamená, že toho bude dosť pre naše storočie a pre našich vzdialených potomkov.
. Geografia... Na našej planéte nie sú žiadne miesta, kam nesvieti slnko. Niekde jasnejšie, niekde slabšie, ale všade je Slnko. To znamená, že nebude potrebné obklopovať Zem nekonečnou sieťou drôtov, ktorá sa bude snažiť dodávať elektrinu do odľahlých kútov planéty.
. Množstvo... Energie zo slnka je dostatok pre všetkých. Aj keď niekto začne takúto energiu nesmierne ukladať pre budúce použitie, nič to nezmení. Dosť na to, aby ste nabili batérie a opaľovali sa na pláži.
. Ekonomický prínos... Už nebudete musieť míňať peniaze na nákup palivového dreva, uhlia, benzínu. Bezplatné slnečné svetlo bude zodpovedať za činnosť dodávky vody a automobilu, klimatizácie a TV, chladničky a počítača.
. Priateľský k životnému prostrediu... Totálne odlesňovanie sa stane minulosťou, nebude potrebné vykurovať kachle, stavať nové „Černobyle“ a „Fukushima“, spaľovať vykurovací olej a ropu. Prečo sa toľko usilovať o ničenie prírody, keď na oblohe je nádherný a nevyčerpateľný zdroj energie - Slnko.
Našťastie to nie sú sny. Vedci odhadujú, že do roku 2020 bude 15% elektrickej energie v Európe zabezpečených slnečným žiarením. A to je iba začiatok.
Kde sa využíva slnečná energia?
. Solárne panely... Batérie inštalované na streche domu už nie sú prekvapujúce. Absorpciou slnečnej energie ju premieňajú na elektrickú energiu. Napríklad v Kalifornii si každý nový domáci projekt vyžaduje použitie solárneho panelu. A v Holandsku sa mesto Herhugovard nazýva „Mesto slnka“, pretože tu sú všetky domy vybavené solárnymi panelmi.
. Doprava.
Už teraz si všetky vesmírne lode počas autonómneho letu zabezpečujú elektrinu z energie slnka.
Vozidlá na solárny pohon. Prvý model takéhoto automobilu bol predstavený ešte v roku 1955. A už v roku 2006 francúzska spoločnosť Venturi zahájila sériovú výrobu „solárnych“ automobilov. Jeho vlastnosti sú stále skromné: iba 110 kilometrov autonómneho chodu a rýchlosť nepresahujúca 120 km / h. Ale takmer všetci svetoví lídri v automobilovom priemysle vyvíjajú svoje vlastné verzie ekologických automobilov.
. Solárne elektrárne.
. Gadgety... Pre mnoho zariadení, ktoré sú napájané zo slnka, už existujú nabíjačky.
Druhy solárnej energie (solárne elektrárne)
V súčasnosti bolo vyvinutých niekoľko typov solárnych elektrární (SPP):
. Veža... Princíp činnosti je jednoduchý. Obrovské zrkadlo (heliostat) sa otáča, aby sledovalo slnko, a nasmeruje slnečné lúče na chladič naplnený vodou. Potom sa všetko stane ako pri konvenčnej CHP: voda vrie, premení sa na paru. Para otočí turbínu, ktorá poháňa generátor. Ten vyrába elektrinu.
. Poppet... Princíp činnosti je podobný ako pri vežových. Rozdiel spočíva v samotnom dizajne. Po prvé, nepoužíva sa jedno zrkadlo, ale niekoľko okrúhlych, podobne ako obrovské dosky. Zrkadlá sú inštalované radiálne okolo prijímača.
Každý disk SES môže mať niekoľko podobných modulov naraz.
. Fotovoltaické(pomocou foto batérií).
. SES s parabolickým cylindrickým koncentrátorom... Obrovské zrkadlo v tvare valca, kde je v ohnisku paraboly nainštalovaná trubica s chladiacou kvapalinou (používa sa najčastejšie olej). Olej sa zahreje na požadovanú teplotu a odovzdáva teplo vode.
. Solárne vákuum... Pozemok je pokrytý sklenenou strechou. Vzduch a pôda pod ním sa viac zohrievajú. Špeciálna turbína poháňa teplý vzduch k prijímacej veži, v blízkosti ktorej je nainštalovaný elektrický generátor. Elektrická energia sa vyrába teplotnými rozdielmi.
Využitie veternej energie
Ďalším typom alternatívnych a obnoviteľných zdrojov energie je vietor. Čím silnejší je vietor, tým viac kinetickej energie vytvára. A kinetická energia sa dá vždy previesť na mechanickú alebo elektrickú energiu.
Mechanická energia z vetra sa používa už dlho. Napríklad pri mletí obilia (slávne veterné mlyny) alebo pri čerpaní vody.
Používa sa tiež veterná energia:
Vo veterných turbínach, ktoré vyrábajú elektrinu. Čepele nabíjajú batériu, z ktorej sa dodáva prúd do prevodníkov. Tu sa jednosmerný prúd prevádza na striedavý prúd.
Doprava. Existuje už auto poháňané veternou energiou. Špeciálna veterná turbína (drak) umožňuje pohybovať sa aj plavidlám.
Druhy veternej energie (veterné elektrárne)
. Pozemské- najbežnejší typ. Takéto veterné farmy sú inštalované na kopcoch alebo vyvýšeninách.
. Offshore... Sú postavené v plytkej vode, v značnej vzdialenosti od pobrežia. Elektrická energia sa dodáva do pevniny podmorskými káblami.
. Pobrežné- inštalované v určitej vzdialenosti od mora alebo oceánu. Pobrežné veterné farmy využívajú silu vánku.
. Plávajúce... Prvá plávajúca veterná turbína bola nainštalovaná v roku 2008 pri pobreží Talianska. Generátory sú inštalované na špeciálnych platformách.
. Stúpajúce veterné farmy umiestnené vo výške na špeciálnych vankúšoch z nehorľavých materiálov a plnené héliom. Elektrinu do zeme dodávajú laná.
Vyhliadky a vývoj
Najvážnejšia dlhodobé plány v oblasti využívania slnečnej energie sa usadzuje Čína, ktorá sa do roku 2020 plánuje stať svetovým lídrom v tejto oblasti. Krajiny EHS vyvíjajú koncepciu, ktorá umožní prijímať až 20% elektrickej energie z alternatívnych zdrojov. Americké ministerstvo energetiky uvádza nižšie číslo - do roku 2035 na 14%. V Rusku existuje solárna elektráreň. Jeden z najsilnejších bol nainštalovaný v Kislovodsku.
Tu je niekoľko číselných údajov o využívaní veternej energie. Európska asociácia pre veternú energiu zverejnila údaje, ktoré ukazujú, že veterné turbíny dodávajú elektrinu do mnohých krajín sveta. Takže v Dánsku sa z týchto zariadení prijíma 20% spotrebovanej elektriny, v Portugalsku a Španielsku - 11%, v Írsku - 9%, v Nemecku - 7%.
V súčasnosti sú veterné farmy inštalované vo viac ako 50 krajinách sveta a ich kapacita z roka na rok rastie.
V zásade to je energia používaná v každodennom živote a priemysle, ktorú extrahujeme v hĺbke alebo v jej hĺbkach. Napríklad v mnohých zaostalých krajinách sa drevo spaľuje na vykurovanie a osvetlenie domov, zatiaľ čo v rozvinutých krajinách sa na výrobu elektriny spaľujú rôzne fosílne palivá - uhlie, ropa a plyn. Fosílne palivá sú neobnoviteľné zdroje energie. Obnoviť ich rezervy je nemožné. Vedci teraz skúmajú možnosti využitia nevyčerpateľných zdrojov energie.
Fosílne palivá
Uhlie, ropa a plyn sú neobnoviteľné zdroje energie, ktoré sa vytvorili z pozostatkov starodávnych rastlín a živočíchov, ktoré žili na Zemi pred miliónmi rokov (ďalšie informácie nájdete v článku „Najstaršie formy života“). Tieto palivá sa ťažia a spaľujú na výrobu elektriny. Používanie fosílnych palív však predstavuje vážne problémy. Pri súčasnej miere spotreby sa známe zásoby ropy a zemného plynu vyčerpajú v nasledujúcich 50 rokoch. Zásoby uhlia vydržia 250 rokov.Pri spaľovaní týchto palív sa vytvárajú plyny, pod vplyvom ktorých vzniká skleníkový efekt a padajú kyslé dažde.
Obnoviteľné zdroje energie
Ako populácia rastie, ľudia potrebujú viac energie a mnoho krajín prechádzajú na obnoviteľné zdroje energie, ako sú slnko, vietor a voda. Myšlienka ich použitia je veľmi populárna, pretože ide o zdroje šetrné k životnému prostrediu, ktorých použitie nepoškodzuje životné prostredie.
Vodné elektrárne
Energia vody sa využívala mnoho storočí. Vodou roztočené vodné kolesá používané na rôzne účely. Dnes sú postavené obrovské priehrady a nádrže, voda sa používa na výrobu elektriny. Tok rieky otáča kolesá turbín a premieňa energiu vody na elektrinu. Turbína je pripojená k generátoru, ktorý vyrába elektrinu.
Solárna energia
Zem prijíma enormné množstvo slnečnej energie. Moderná technológia umožňuje vedcom vyvinúť nové metódy využívania slnečnej energie. V kalifornskej púšti je postavená najväčšia solárna elektráreň na svete. Plne spĺňa energetické potreby 2 000 domácností. Zrkadlá odrážajú slnečné lúče a smerujú ich do centrálneho bojlera na vodu. Voda v ňom vrie a mení sa na paru, ktorá otáča turbínu spojenú s elektrickým generátorom.
Veterná energia
Veternú energiu ľudia využívajú už tisíce rokov. Vietor rozfúkal plachty a otočil mlyny. Na využitie veternej energie bola vyvinutá široká škála zariadení určených na výrobu elektriny a na ďalšie účely. Vietor otáča lopatky, ktoré poháňajú hriadeľ turbíny pripojenej k elektrickému generátoru.
Atómová energia
Atómová energia - termálna energia uvoľňované počas rozpadu najmenších častíc hmoty - atómov. Hlavným palivom na získavanie atómovej energie je urán, prvok obsiahnutý v zemskej kôre. Mnoho ľudí považuje jadrovú energiu za energiu budúcnosti, ale jej praktické uplatňovanie spôsobuje množstvo vážnych problémov. Jadrové elektrárne neuvoľňujú jedovaté plyny, ale môžu spôsobiť veľké ťažkosti, pretože toto palivo je rádioaktívne. Vydáva žiarenie, ktoré zabíja všetky živé organizmy. Ak sa žiarenie dostane do pôdy alebo do atmosféry, má to katastrofálne následky.
Nehody jadrových reaktorov a úniky rádioaktívnych látok do atmosféry predstavujú veľké nebezpečenstvo. Nehoda v jadrovej elektrárni v Černobyle (Ukrajina), ktorá sa stala v roku 1986, mala za následok smrť mnohých ľudí a kontamináciu rozsiahleho územia. Rádioaktívny odpad po celé tisícročia ohrozoval všetko živé. Spravidla sa nepochovávajú na dne morí, ale často sa vyskytujú prípady zakopania odpadu hlboko pod zemou.
Ostatné obnoviteľné zdroje energie
V budúcnosti budú ľudia schopní využívať veľa rôznych prírodných zdrojov energie. Napríklad v sopečných oblastiach sa vyvíja technológia využívajúca geotermálnu energiu (teplo zemského vnútra). Ďalším zdrojom energie je bioplyn z rozpadu odpadu. Môže byť použitý na vykurovanie domu a ohrev vody. Prílivové elektrárne už boli vytvorené. Priehrady sú často stavané cez ústia riek (ústia riek). Špeciálne turbíny poháňané prílivom a odlivom vyrábajú elektrinu.
Ako vyrobiť rotor Savonia: Rotor Savonia je mechanizmus, ktorý používajú poľnohospodári v Ázii a Afrike na dodávku vody na zavlažovanie. Na výrobu vlastného rotora potrebujete niekoľko pripináčikov, veľkú plastovú fľašu, veko, dva rozpery, tyč dlhú 1 m a hrúbku 5 mm a dva kovové krúžky.
Ako to spraviť?
- Ak chcete vyrobiť čepele, odrežte hornú časť fľaše a pozdĺžne ju rozrežte na polovicu.
- Pomocou pripináčikov pripevnite polovice fľaše k uzáveru. Pri manipulácii s gombíkmi buďte opatrní.
- Prilepte rozpery k krytu a vložte doň tyč.
- Zaskrutkujte krúžky na drevený podklad a umiestnite rotor do vetra. Vložte tyč do krúžkov a skontrolujte rotáciu rotora. Po výbere optimálnej polohy polovice fľaše ich prilepte k viečku odolným vodoodpudivým lepidlom.
Vyhľadávanie na stránkach.