Možnosti uporabe alternativnih virov energije

Tradicionalni viri energije postajajo nepomembni. Mnogi razlogi prisilijo človeštvo, da jih opusti. Danes je glavni poudarek na alternativnih metodah, ki so že v praksi in so načrtovane za prihodnost. Raziskave se nadaljujejo, zato gre znanost naprej, ne da bi se ustavila pri doseženih rezultatih. Zdaj lahko ocenite nekatere dosežke, ki so že dali prve rezultate, da bi razumeli, kako donosne bodo nove smeri čez nekaj let.

Alternativna energija se še naprej širi. Razlog so očitne prednosti pred tradicionalnimi viri, ki jih je težko ovreči. V nekaterih državah vlada izvaja zapletene javne programe z velikimi vlaganji v postopno zamenjavo, vendar zaenkrat rezultati ostajajo zanemarljivi.

Katere so glavne vrste?

• Energija strele;
• Atomska energija.

Neskončne raziskave nam omogočajo primerjavo možnosti, ki jih ponuja narava. Človeštvo še naprej išče nove smeri, ki bodo v prihodnosti zagotovo postale idealna zamenjava za tradicionalne vire. Podroben opis bo zagotovil splošne informacije in tudi pokazal, katere vrste so že našle uporabo v vsakdanjem življenju svetovnega prebivalstva.

Energijo sonca človek uporablja že dolgo. Prvi poskusi so bili narejeni v starih časih, ko so ljudje uporabljali usmerjen žarek za osvetlitev drevesa. Sodobne metode temeljijo na uporabi velikih površin baterij, ki zbirajo tokove za kasnejšo obdelavo in kopičenje v baterijah.

Vse vesoljske postaje in sateliti letijo s to energijo. V orbiti je dostop do zvezde odprt, na Zemlji pa nekatere države aktivno uporabljajo nov vir. En primer so cela »polja« baterij, ki napajajo majhna mesta. Čeprav je veliko bolj zanimivo razmišljati o novih majhnih avtonomnih virih, kjer površina ne presega strehe majhne hiše. Nameščajo jih zasebno po vsem svetu, da zagotovijo ogrevanje brez dodatnih stroškov.

Vetrno energijo človeštvo uporablja že od nekdaj. Najboljši primer tega so jadrnice, ki jih poganja stalen tok zraka. Zdaj so znanstvene raziskave omogočile ustvarjanje posebnih generatorjev, ki zagotavljajo elektriko celotnim mestom. Poleg tega delujejo po dveh načelih:

• brez povezave;
• Vzporedno z glavnim omrežjem.

V obeh primerih je možna postopna zamenjava tradicionalnega vira, s čimer se zmanjšajo škodljivi vplivi na okolje. Zdaj lahko ocenite dosežene rezultate in potrdite pravilnost svoje izbire. Podatki kažejo, da na Danskem 25 % energije, proizvedene iz vetrnih elektrarn. Mnoge države poskušajo postopoma preiti na nove vire, vendar je to mogoče le v odprtih prostorih. Zaradi tega na nekaterih območjih uporaba najboljše možnosti ni na voljo.

Energija vode ostaja nenadomestljiva. Prej so ga uporabljali v preprostih mlinih in ladjah, zdaj pa ogromne turbinske hidroelektrarne oskrbujejo z elektriko celotne regije. Nedavni dogodki ponujajo človeštvu priložnost, da se seznani s fantastično prihodnostjo, ki bo zgrajena na najnovejših virih. Katere alternative države že uporabljajo?

• Elektrarne na plimovanje;
• Elektrarne na valovanje;
• mikro in mini hidroelektrarne;
• Letalska hidroelektrarna.

Plimske elektrarne uporabljajo energijo plimovanja. Njihova višina in moč sta odvisni od vpliva Lune, zato stabilnost krme ostaja nekoliko problematična. Čeprav je v Franciji, Indiji, Veliki Britaniji in številnih drugih državah projekt implementiran in se uspešno uporablja kot nepogrešljiva podpora.

Valovne elektrarne se gradijo na obalah oceanov, kjer moč rednih udarcev na obalo presega predstavljive meje. V tem primeru omejitev postane nezadostna moč. Ne omogoča vam, da dobite dovolj energije.

Za ozke gorske reke so primerne mikro in mini hidroelektrarne. Njihova majhnost vam omogoča prosto iskanje časa, njihova moč pa je primerna za oskrbo majhnih naselij. Preizkušeni so bili eksperimentalni modeli, tako da se zdaj gradijo delujoči objekti z dobrimi zmogljivostmi.

Aero hidroelektrarna je najnovejša tehnologija, ki se še preizkuša. Temelji na kondenzaciji vlage iz ozračja. Obratovalne naprave še vedno ostajajo le sanje, vendar obstajajo nekateri kazalniki, ki potrjujejo izvedljivost vlaganja denarja v razvoj.

Geotermalna energija je še vedno zelo razširjena. Ta alternativni vir se uporablja na več različnih načinov. Za nekatere regije ostaja ena najbolj zanimivih, zato je opuščanje nesmiselno. Edina težava so visoki stroški inštalacij, ki omejuje njihovo število. Katere možnosti so možne?

• Termoelektrarne;
• Zemeljski toplotni izmenjevalci.

Energija strele

Energija strele je nov trend. Ta smer se šele začenja razvijati, vendar znanstveniki pravijo, da je mogoče uporabiti razpoložljive gigavate. Zapravljajo se, gredo v zemljo. Ameriško podjetje je začelo raziskave, katerih cilj je ustvariti posebne naprave za zajemanje neviht.

Energija strele je močan vir, ki lahko zagotovi električno energijo za veliko območje metropole. Ocenjeni denarni stroški za gradnjo bi se morali izplačati v 5-7 letih, zato je izvedljivost takšnih naložb nesporna. Preostane le še počakati na zaključek raziskav za uvedbo nove tehnologije v širšo uporabo.

Zakaj se je zdaj, bolj pereče kot kdaj koli prej, pojavilo vprašanje: kaj čaka človeštvo - energijska lakota ali energijsko obilje? Članki o energetski krizi ne zapuščajo strani časopisov in revij. Zaradi nafte nastajajo vojne, države cvetijo in siromašijo, vlade se menjajo. Časopisne senzacije so začele vključevati poročila o zagonu novih naprav ali novih izumih na področju energetike. Razvijajo se velikanski energetski programi, katerih izvedba bo zahtevala ogromne napore in ogromne materialne stroške.

Če je ob koncu prejšnjega stoletja najpogostejša energija zdaj - energija - igrala na splošno pomožno in nepomembno vlogo v svetovnem ravnotežju, potem je bilo že leta 1930 na svetu proizvedenih približno 300 milijard kilovatnih ur električne energije. Povsem realna je napoved, po kateri naj bi leta 2000 proizvedli 30 tisoč milijard kilovatnih ur! Ogromne številke, stopnje rasti brez primere! In še vedno bo energije malo, potreba po njej pa še hitreje narašča.

Stopnja materialne in navsezadnje duhovne kulture ljudi je neposredno odvisna od količine energije, s katero razpolagajo. Če želite izkopati rudo, iz nje taliti kovino, zgraditi hišo, narediti kar koli, morate porabiti energijo. Toda človeške potrebe nenehno rastejo in ljudi je vse več.

Zakaj torej nehati? Znanstveniki in izumitelji so že dolgo razvili številne načine za proizvodnjo energije, predvsem električne energije. Gradimo torej vedno več elektrarn, pa bo energije kolikor je treba! Ta na videz očitna rešitev kompleksnega problema se izkaže za polno pasti.

Neizprosni naravni zakoni pravijo, da je mogoče pridobiti energijo, primerno za uporabo, le s pretvorbo iz drugih oblik. Večnih gibalcev, ki domnevno proizvajajo energijo in je ne jemljejo od nikoder, je žal nemogoče. In struktura svetovnega energetskega gospodarstva se je danes razvila tako, da so štirje od vsakih pet proizvedenih kilovatov načeloma pridobljeni na enak način, kot se je prvinski človek ogreval, to je s kurjenjem goriva ali z uporabo v njem shranjena kemična energija, ki jo v termoelektrarnah pretvarjajo v električno.

Seveda so metode zgorevanja goriva postale veliko bolj zapletene in napredne.

Novi dejavniki - povišane cene nafte, hiter razvoj jedrske energije, vse večje zahteve po varstvu okolja - so zahtevali nov pristop k energetiki.

Pri razvoju energetskega programa so sodelovali najuglednejši znanstveniki naše države, strokovnjaki iz različnih ministrstev in oddelkov. Z najnovejšimi matematičnimi modeli so elektronski računalniki izračunali več sto možnosti za strukturo bodoče energetske bilance države. Najdene so bile temeljne rešitve, ki so določile strategijo energetskega razvoja države za prihodnja desetletja.

Čeprav bo energetika bližnje prihodnosti še vedno temeljila na proizvodnji toplotne energije iz neobnovljivih virov, se bo njena struktura spremenila. Porabo olja je treba zmanjšati. Proizvodnja električne energije v jedrskih elektrarnah se bo močno povečala. Začela se bo uporaba še nedotaknjenih velikanskih zalog poceni premoga na primer v Kuznetskem, Kansk-Ačinskem in Ekibastuzskem bazenu. Široka bo uporaba zemeljskega plina, katerega zaloge v državi močno presegajo tiste v drugih državah.

Energetski program države je osnova naše tehnologije in gospodarstva na pragu 21. stoletja.

Toda znanstveniki gledajo tudi naprej, čez roke, ki jih določa energetski program. Na pragu 21. stoletja in se trezno zavedajo realnosti tretjega tisočletja. Na žalost zaloge nafte, plina in premoga nikakor niso neskončne. Narava je potrebovala milijone let, da je ustvarila te zaloge; porabili jih bodo v stotinah let. Danes je svet začel resno razmišljati o tem, kako preprečiti grabežljivo ropanje zemeljskega bogastva. Navsezadnje lahko le pod tem pogojem zaloge goriva trajajo stoletja. Na žalost mnoge države proizvajalke nafte živijo za danes. Neusmiljeno porabljajo zaloge nafte, ki jim jih je dala narava. Zdaj mnoge od teh držav, zlasti v regiji Perzijskega zaliva, dobesedno plavajo v zlatu, ne da bi pomislili, da bodo v nekaj desetletjih te rezerve usahnile. Kaj se bo zgodilo takrat - in to se bo zgodilo prej ali slej - ko bodo naftna in plinska polja izčrpana? Rast cen nafte, ki je nujna ne le za energetiko, ampak tudi za promet in kemijo, nas je prisilila k razmišljanju o drugih vrstah goriva, primernih za nadomestitev nafte in plina. Še posebej premišljene so takrat postale tiste države, ki niso imele lastnih zalog nafte in plina in so jih morale kupovati.

Medtem pa vse več znanstvenih inženirjev po svetu išče nove, nekonvencionalne vire, ki bi lahko prevzeli vsaj del skrbi oskrbe človeštva z energijo. Raziskovalci iščejo rešitev tega problema na različne načine. Najbolj mamljiva pa je seveda uporaba večnih, obnovljivih virov energije - energija tekočih voda in vetra, plimovanja oceanov, toplota zemeljske notranjosti, sonca. Veliko pozornosti se posveča razvoju jedrske energije, znanstveniki iščejo načine, kako na Zemlji reproducirati procese, ki se dogajajo v zvezdah, in jih oskrbeti z ogromnimi zalogami energije.

Energija - kjer se je vse začelo

Danes se nam morda zdi, da je bil razvoj in napredek človeka nepredstavljivo počasen. Dobesedno je moral čakati na usluge narave. Pred mrazom je bil tako rekoč brez obrambe, nenehno so ga ogrožale divje živali, njegovo življenje je nenehno viselo na nitki. Toda postopoma se je človek toliko razvil, da je našel orožje, ki ga je v kombinaciji s sposobnostjo mišljenja in ustvarjanja dokončno povzdignilo nad vso živo okolico. Sprva je ogenj nastajal po naključju – na primer iz gorečih dreves, v katera je udarila strela, nato so ga začeli proizvajati namerno: z drgnjenjem dveh primernih kosov lesa drug ob drugega je človek prvič zanetil ogenj 80–150 tisoč let. nazaj. Življenjska, skrivnostna, vzbujajoča zaupanje in ponos.

Po tem ljudje niso več zavračali možnosti uporabe ognja v boju proti hudemu mrazu in plenilskim živalim, za kuhanje težko prigarane hrane. Koliko spretnosti, vztrajnosti, izkušenj in le sreče je bilo potrebno! Predstavljajmo si človeka, obkroženega z nedotaknjeno naravo – brez zgradb, ki bi ga varovale, brez poznavanja celo elementarnih fizikalnih zakonitosti, z besednim zakladom, ki ne presega nekaj deset. (Mimogrede, koliko od nas, tudi tistih s solidno znanstveno izobrazbo, bi lahko zakurilo ogenj, ne da bi uporabili kakršno koli tehnično sredstvo – vsaj vžigalice?) Človek je do tega odkritja hodil zelo dolgo in širilo se je. je pa pomenilo eno najpomembnejših prelomnic v zgodovini civilizacije.

Čas je minil. Ljudje so se naučili pridobivati ​​toploto, a stari ljudje razen lastnih mišic niso imeli nobene moči, ki bi jim pomagala podrediti naravo. Pa vendar so postopoma, malo po malo, začeli uporabljati moč ukročenih živali, vetra in vode. Po mnenju zgodovinarjev so prve vlečne živali vpregli v plug pred približno 5000 leti. Omemba prve uporabe vodne energije - zagon prvega mlina s kolesom, ki ga poganja vodni tok - sega na začetek našega kronologije. Vendar pa je trajalo še tisoč let, preden je ta izum postal razširjen. In najstarejši danes znani mlini na veter v Evropi so bili zgrajeni v 11. stoletju.

Že stoletja je uporaba novih virov energije – hišnih ljubljenčkov, vetra in vode – ostala zelo nizka. Glavni vir energije, s katerim je človek gradil stanovanja, obdeloval polja, »potoval«, se branil in napadal, je bila moč lastnih rok in nog. In to se je nadaljevalo približno do sredine našega tisočletja. Res je, že leta 1470 je bila potopljena prva velika ladja s štirimi jambori; Okoli leta 1500 je briljantni Leonardo da Vinci predlagal ne le zelo domiseln model statve, ampak tudi projekt za izdelavo letečega stroja. Imel je tudi številne druge, preprosto fantastične ideje in načrte za tisti čas, katerih izvedba naj bi prispevala k širjenju znanja in produktivnih sil. Toda prava prelomnica v tehnični misli človeštva se je zgodila relativno nedavno, pred nekaj več kot tremi stoletji.

Eden prvih velikanov na poti znanstvenega napredka človeštva je bil nedvomno Isaac Newton. Ta izjemni angleški naravoslovec je vse svoje dolgo življenje in izreden talent posvetil znanosti: fiziki, astronomiji in matematiki. Oblikoval je osnovne zakone klasične mehanike, razvil teorijo gravitacije, postavil temelje hidrodinamike in akustike, pomembno prispeval k razvoju optike ter skupaj z Leibitzom ustvaril principe teorije račun infinitezimalij in teorija simetričnih funkcij. Fiziko 18. in 19. stoletja upravičeno imenujemo newtojevska. Dela Isaaca Newtona so močno pripomogla k povečanju moči človeških mišic in ustvarjalnih zmožnosti človeških možganov.

Prednosti hidroelektrarn so očitne - zaloga energije, ki jo narava sama nenehno obnavlja, enostavnost delovanja in neobremenjenost okolja. In izkušnje z gradnjo in upravljanjem vodnih koles bi lahko bile v veliko pomoč hidroenergetikom. Izgradnja jezu za veliko hidroelektrarno pa se je izkazala za veliko težjo nalogo kot gradnja majhnega jezu za vrtenje mlinskega kolesa. Za pogon močnih hidravličnih turbin je treba za jezom zbrati ogromno vode. Za gradnjo jezu je potrebno odložiti toliko materiala, da se bo prostornina velikanskih egipčanskih piramid v primerjavi z njimi zdela nepomembna.

Zato je bilo v začetku 20. stoletja zgrajenih le nekaj hidroelektrarn. V bližini Pjatigorska, na severnem Kavkazu, na gorski reki Podkumok, je uspešno delovala dokaj velika elektrarna s pomenljivim imenom "Beli premog". To je bil šele začetek.

Že v zgodovinskem načrtu je GOELRO predvidel gradnjo velikih hidroelektrarn. Leta 1926 je začela obratovati hidroelektrarna Volkhov, naslednje leto pa se je začela gradnja znamenite hidroelektrarne Dnjeper. Daljnovidna energetska politika, ki jo izvajamo v naši državi, je pripeljala do tega, da smo kot nobena druga država na svetu razvili sistem močnih hidroelektrarn. Nobena država se ne more pohvaliti s takšnimi energetskimi velikani, kot so hidroelektrarne Volga, Krasnoyarsk in Bratsk, Sayano-Shushenskaya. Te postaje, ki zagotavljajo dobesedno oceane energije, so postale središča, okoli katerih so se razvili močni industrijski kompleksi.

Toda doslej le majhen del zemeljskega hidroelektričnega potenciala služi ljudem. Vsako leto ogromni potoki vode, ki nastanejo zaradi dežja in taljenja snega, neuporabljeni stečejo v morja. Če bi jih bilo mogoče odložiti s pomočjo jezov, bi človeštvo prejelo dodatno ogromno količino energije.

Geotermalna energija

Zemlja, ta mali zeleni planet, je naš skupni dom, iz katerega še ne moremo in nočemo zapustiti. V primerjavi z neštetimi drugimi planeti je Zemlja res majhna: večinoma jo pokriva prijetno in oživljajoče zelenje. Toda ta lepi in mirni planet včasih pobesni in takrat se z njim ne gre hecati – sposoben je uničiti vse, kar nam je milostno podaril že od nekdaj. Strašni tornadi in tajfuni terjajo na tisoče življenj, nepremagljive vode rek in morij uničujejo vse, kar se jim znajde na poti, gozdni požari v nekaj urah opustošijo ogromna ozemlja, skupaj z zgradbami in pridelki.

A vse to so malenkosti v primerjavi z izbruhom prebujenega vulkana. Na Zemlji skoraj ne boste našli drugih primerov spontanega sproščanja naravne energije, ki bi se po moči lahko kosali z nekaterimi vulkani.

Ljudje že dolgo poznajo spontane manifestacije velikanske energije, skrite v globinah sveta. Spomin človeštva vsebuje legende o katastrofalnih vulkanskih izbruhih, ki so terjali na milijone človeških življenj in do nerazpoznavnosti spremenili videz mnogih krajev na Zemlji. Moč izbruha celo relativno majhnega vulkana je ogromna, večkrat večja od moči največjih elektrarn, ki so jih ustvarile človeške roke. Res je, da o neposredni uporabi energije vulkanskih izbruhov ni treba govoriti - ljudje še nimajo možnosti, da bi zajezili ta uporniški element, in na srečo so ti izbruhi precej redki dogodki. Toda to so manifestacije energije, skrite v zemeljskem drobovju, ko se le majhen del te neizčrpne energije sprosti skozi odprtine vulkanov, ki bruhajo ogenj.

Zemeljska energija – geotermalna energija temelji na izrabi naravne toplote Zemlje. Zgornji del zemeljske skorje ima temperaturni gradient 20–30 °C na 1 km globine in po Whiteu (1965) je količina toplote, ki jo vsebuje zemeljska skorja do globine 10 km (brez upoštevanja površine). temperatura) je približno 12,6-10^26 J. Ti viri so enakovredni vsebnosti toplote 4,6 10 16 ton premoga (pri čemer je povprečna toplota zgorevanja premoga enaka 27,6-10 9 J/t), kar je več kot 70 tisočkrat višja toplotna vsebnost vseh tehnično in ekonomsko obnovljivih svetovnih virov premoga. Vendar pa je geotermalna toplota v zgornjem delu zemeljske skorje (do globine 10 km) preveč razpršena, da bi jo lahko uporabili za reševanje svetovnih energetskih problemov. Viri, primerni za industrijsko rabo, so posamezna nahajališča geotermalne energije, skoncentrirana na globini, ki je dostopna za razvoj, in imajo določene količine in temperature, ki zadostujejo za njihovo uporabo za proizvodnjo električne energije ali toplote.

Z geološkega vidika lahko vire geotermalne energije razdelimo na hidrotermalne konvektivne sisteme, vroče suhe vulkanske sisteme in sisteme z visokim toplotnim tokom.

Hidrotermalni sistemi

Kategorija hidrotermalnih konvektivnih sistemov vključuje podzemne bazene pare ali vroče vode, ki izhajajo na površje zemlje in tvorijo gejzirje, žveplasta blatna jezera in fumarole. Nastanek takih sistemov je povezan s prisotnostjo vira toplote, vroče ali staljene kamnine, ki se nahaja relativno blizu zemeljske površine. Nad tem območjem visokotemperaturne kamnine je tvorba prepustne kamnine, ki vsebuje vodo, ki se dviga zaradi vroče kamnine, ki leži spodaj. Prepustna kamnina pa je na vrhu prekrita z neprepustno kamnino, ki tvori "past" za pregreto vodo. Vendar pa prisotnost razpok ali por v tej kamnini omogoča, da se vroča voda ali mešanica vodne pare dvigne na površje zemlje. Hidrotermalni konvektivni sistemi se običajno nahajajo vzdolž meja tektonskih plošč zemeljske skorje, za katere je značilna vulkanska aktivnost.

Načeloma metoda, ki se uporablja za pridobivanje električne energije v toplovodnih poljih, temelji na uporabi pare, ki nastane z izhlapevanjem vroče tekočine na površini. Ta metoda uporablja pojav, da ko se vroča voda (pod visokim pritiskom) približa vodnjakom iz bazena na površje, tlak pade in približno 20% tekočine zavre in se spremeni v paro. Ta para se loči od vode s pomočjo separatorja in pošlje v turbino. Voda, ki izstopa iz separatorja, se lahko dodatno obdela glede na njeno mineralno sestavo. To vodo je mogoče takoj prečrpati nazaj v kamnino ali, če je to ekonomsko izvedljivo, z minerali, ki jih najprej pridobimo iz nje. Primeri geotermalnih polj z vročo vodo so Wairakei in Broadlands na Novi Zelandiji, Cerro Prieto v Mehiki, Salton Sea v Kaliforniji, Otake na Japonskem.

Druga metoda za proizvodnjo električne energije iz geotermalne vode z visoko ali srednje temperaturo je uporaba procesa dvojnega kroga (binarni) cikel. Pri tem procesu se voda, pridobljena iz bazena, uporablja za ogrevanje sekundarnega hladila (freon ali izobutan), ki ima nizko vrelišče. Para, ki nastane pri vrenju te tekočine, se uporablja za pogon turbine. Izpušna para se kondenzira in ponovno prehaja skozi izmenjevalnik toplote, s čimer se ustvari zaprt krog. Instalacije, ki uporabljajo freon kot sekundarno hladilno sredstvo, so trenutno pripravljene za industrijski razvoj v temperaturnem območju 75–150 °C in z enoto električne moči v območju 10–100 kW. Takšne naprave se lahko uporabljajo za proizvodnjo električne energije na ustreznih lokacijah, zlasti na oddaljenih podeželskih območjih.

Vroči sistemi vulkanskega izvora

Druga vrsta geotermalnih virov (vroči sistemi vulkanskega izvora) vključuje magmo in neprepustne vroče suhe kamnine (območja strjene kamnine okoli magme in prekrivajoče kamnine). Proizvodnja geotermalne energije neposredno iz magme tehnično še ni izvedljiva. Tehnologija, potrebna za izkoriščanje energije vročih suhih kamnin, se šele začenja razvijati. Predhodni tehnični razvoj metod za uporabo teh energetskih virov vključuje konstrukcijo zaprtega tokokroga s tekočino, ki kroži po njem in prehaja skozi vročo kamnino ( riž. 5). Najprej se izvrta vrtina, da se doseže območje, kjer se pojavlja vroča kamnina; nato se skozenj v kamnino pod visokim pritiskom črpa hladna voda, kar povzroči nastanek razpok v njej. Po tem se skozi območje tako nastale razpokane kamnine izvrta druga vrtina. Nazadnje hladno vodo s površine prečrpamo v prvo vrtino. Ko gre skozi vročo kamnino, se segreje in ekstrahira skozi drugo vrtino v obliki pare ali vroče vode, ki se nato lahko uporabi za proizvodnjo električne energije z uporabo ene od metod, o katerih smo govorili prej.

Sistemi z visokim toplotnim pretokom

Geotermalni sistemi tretje vrste obstajajo na območjih, kjer se nahaja globok sedimentni bazen v območju z visokimi vrednostmi toplotnega toka. Na območjih, kot sta pariški ali madžarski bazen, lahko temperatura vode, ki prihaja iz vodnjakov, doseže 100 °C.

Posebno kategorijo nahajališč te vrste najdemo na območjih, kjer je običajni toplotni tok skozi tla ujet v izolacijske, neprepustne plasti gline, ki nastanejo v hitro ugrezajočih se geosinklinalnih conah ali območjih ugrezanja skorje. Temperatura vode, ki prihaja iz geotermalnih nahajališč v conah geotlaka, lahko doseže 150–180 °C, tlak na ustju vrtine pa 28–56 MPa. Dnevna produktivnost na vrtino je lahko več milijonov kubičnih metrov tekočine. Geotermalne bazene na območjih visokega geotlaka so med raziskovanjem nafte in plina našli na številnih območjih, na primer v Severni in Južni Ameriki, na Daljnem in Bližnjem vzhodu, v Afriki in Evropi. Možnost uporabe tovrstnih nahajališč v energetske namene še ni dokazana.

Energija svetovnih oceanov

Močno zvišanje cen goriva, težave pri pridobivanju, poročila o izčrpanosti virov goriva - vsi ti vidni znaki energetske krize so v zadnjih letih v mnogih državah vzbudili veliko zanimanje za nove vire energije, vključno z energijo oceanov.

Termalna energija oceana

Znano je, da so zaloge energije v Svetovnem oceanu ogromne, saj dve tretjini zemeljske površine (361 milijonov km 2) zavzemajo morja in oceani - Tihi ocean je 180 milijonov km 2. . Atlantik - 93 milijonov km 2, Indija - 75 milijonov km 2. Tako ima toplotna (notranja) energija, ki ustreza pregrevanju površinskih voda oceana v primerjavi s spodnjimi vodami, recimo za 20 stopinj, vrednost reda 10 26 J. Ocenjuje se, da je kinetična energija oceanskih tokov reda 10 18 J. Vendar so ljudje doslej lahko uporabili le majhne delčke te energije, pa še to za ceno velikih in se počasi povrnejo investicije, zato se je takšna energetika doslej zdela neobetavna.

Zadnje desetletje so zaznamovali določeni uspehi pri uporabi toplotne energije oceanov. Tako sta nastali napravi mini-OTEC in OTEC-1 (OTEC - začetne črke angleških besed Ocean Thermal Energy Conversion, tj. pretvorba toplotne energije oceana - govorimo o pretvorbi v električno energijo). Avgusta 1979 je v bližini Havajskih otokov začela delovati termoelektrarna mini-OTEC. Trimesečno poskusno delovanje naprave je pokazalo njeno zadostno zanesljivost. Med neprekinjenim 24-urnim delovanjem ni prišlo do okvar, če štejemo manjše tehnične težave, ki običajno nastanejo pri testiranju kakršnih koli novih inštalacij. Njegova skupna moč je v povprečju znašala 48,7 kW, največja -53 kW; Inštalacija je v zunanje omrežje poslala 12 kW (maksimalno 15) za obremenitev, natančneje za polnjenje baterij. Preostanek proizvedene energije je bil porabljen za lastne potrebe naprave. Sem spadajo stroški energije za delovanje treh črpalk, izgube v dveh toplotnih izmenjevalnikih, turbini in generatorju električne energije.

Na podlagi naslednjega izračuna so bile potrebne tri črpalke: ena za dovajanje tople vode iz oceana, druga za črpanje hladne vode iz globine približno 700 m, tretja za črpanje sekundarne delovne tekočine znotraj samega sistema, to je od kondenzatorja do uparjalnik. Amoniak se uporablja kot sekundarna delovna tekočina.

Enota mini-OTEC je nameščena na barki. Pod njegovim dnom je dolg cev za zbiranje hladne vode. Cevovod je polietilenska cev dolžine 700 m z notranjim premerom 50 cm, cevovod je pritrjen na dno posode s posebno ključavnico, ki omogoča hiter odklop po potrebi. Polietilenska cev se uporablja tudi za sidranje sistema cev-posoda. Izvirnost takšne rešitve je nedvomna, saj so nastavitve sidra za močnejše sisteme OTEC, ki se trenutno razvijajo, zelo resen problem.

Prvič v zgodovini tehnologije je bila naprava mini-OTEC sposobna dovajati uporabno moč zunanjemu bremenu, hkrati pa pokrivati ​​lastne potrebe. Izkušnje, pridobljene pri obratovanju mini OTEC-ov, so nam omogočile, da smo hitro zgradili zmogljivejšo termoelektrarno OTEC-1 in pričeli s projektiranjem še zmogljivejših tovrstnih sistemov.

Nove postaje OTEC z zmogljivostjo več deset in sto megavat projekt se izvaja brez plovila. To je ena velika cev, v zgornjem delu katere je okrogla strojnica, kjer so vse potrebne naprave za pretvorbo energije ( riž. 6). Zgornji konec vodovoda bo v oceanu na globini 25–0 m. Turbinska soba je zasnovana okoli cevi na globini okoli 100 m, v njej bodo nameščene turbinske enote na hlape amonijaka in vsa druga oprema. Skupna teža konstrukcije presega 300 tisoč ton.Cev je pošast, ki gre skoraj kilometer v hladne globine oceana, v zgornjem delu pa je nekaj podobnega majhnemu otoku. In nobenega plovila, razen seveda navadnih plovil, ki so potrebna za vzdrževanje sistema in komunikacijo z obalo.

Energija oseke in oseke.

Že stoletja so ljudje ugibali o vzroku morskega plimovanja. Danes zagotovo vemo, da močan naravni pojav - ritmično gibanje morskih voda povzročajo gravitacijske sile Lune in Sonca. Ker je Sonce 400-krat dlje od Zemlje, mnogo manjša masa Lune deluje na Zemljino površino dvakrat močneje kot masa Sonca. Zato ima plima, ki jo povzroči Luna (lunarna plima), odločilno vlogo. Na odprtem morju se visoka plima izmenjuje s oseko teoretično vsakih 6 ur 12 minut 30 sekund. Če so Luna, Sonce in Zemlja na isti premici (ti sizigija), Sonce s svojo privlačnostjo okrepi vpliv Lune in takrat nastane močna plima (sizigija ali visoka voda). Ko je Sonce pravokotno na segment Zemlja-Luna (kvadratura), se pojavi šibka plima (kvadratura ali nizka voda). Močna in šibka plima se izmenjujeta vsakih sedem dni.

Vendar pa je pravi potek oseke in oseke zelo zapleten. Nanj vplivajo posebnosti gibanja nebesnih teles, narava obale, globina vode, morski tokovi in ​​veter.

Najvišji in najmočnejši plimski valovi se pojavljajo v majhnih in ozkih zalivih ali estuarijih rek, ki se izlivajo v morja in oceane. Plimni val Indijskega oceana se vali proti toku Gangesa na razdalji 250 km od njenega izliva. Plimni val iz Atlantskega oceana sega 900 km navzgor po Amazonki. V zaprtih morjih, kot sta Črno ali Sredozemsko, se pojavljajo majhni plimni valovi z višino 50-70 cm.

Največja možna moč v enem ciklu plime, tj. od ene plime do druge, je izražena z enačbo

Kje R – gostota vode, g– gravitacijski pospešek, S– območje plimskega bazena, R– višinska razlika ob plimi.

Kot je razvidno iz formule, se lahko šteje, da so najprimernejša mesta za uporabo energije plimovanja tista mesta na morski obali, kjer imajo plimovanja veliko amplitudo, obris in topografija obale pa omogočata gradnjo velikih zaprtih " bazeni«.

Moč elektrarn bi lahko ponekod znašala 2–20 MW.

Ker je energija sončnega sevanja porazdeljena po veliki površini (z drugimi besedami, ima nizko gostoto), mora vsaka naprava za neposredno izrabo sončne energije imeti zbiralno napravo (kolektor) z zadostno površino.

Najenostavnejša naprava te vrste je nizkonapetostna svetilka; Načeloma je to črna plošča, dobro izolirana od spodaj.Prekrita je s steklom ali plastiko, ki prepušča svetlobo, ne zaznava pa infrardečega toplotnega sevanja. V prostor med pločevino in steklom so največkrat nameščene črne cevi, po katerih tečejo voda, olje, živo srebro, zrak, žveplov anhidrid itd. p. Sončno sevanje, pronkaya skozi stekla ali plastike v kolektor, absorbirajo črne cevi in ​​plošča ter segrevajo delovno njo v ceveh. Toplotno sevanje ne more uiti iz kolektorja, zato je temperatura v njem bistveno višja (200–500°C) od temperature okoliškega zraka. Tu se pokaže tako imenovani učinek tople grede. Navadni vrtni rastlinjaki so namreč preprosti zbiralniki sončnega sevanja. A dlje ko je od tropov, manj eff To je horizontalni kolektor, vrtenje po Soncu pa je pretežko in drago. Zato so takšni kolektorji praviloma nameščeni pod določenim optimalnim kotom proti jugu.

Kompleksnejši in dražji zbiralnik je konkavno zrcalo, ki koncentrira vpadno sevanje v majhnem volumnu okoli določene geometrijske točke - žarišča. Odsevna površina zrcala je izdelana iz metalizirane plastike ali sestavljena iz številnih majhnih ravnih zrcal, pritrjenih na veliko parabolično podlago. Zahvaljujoč posebnim mehanizmom so tovrstni kolektorji ves čas obrnjeni proti soncu, kar jim omogoča, da zberejo največjo možno količino sončnega sevanja. Temperatura v delovnem prostoru zrcalnih kolektorjev doseže 3000°C in več.

Sončna energija je ena materialno najbolj intenzivnih vrst proizvodnje energije. Obsežna uporaba sončne energije pomeni ogromno povečanje potreb po materialih in posledično delovnih virih za pridobivanje surovin, njihovo bogatenje, pridobivanje materialov, izdelavo heliostatov, kolektorjev, druge opreme in njihov transport. Izračuni kažejo, da bo za proizvodnjo 1 MW*leto električne energije z uporabo sončne energije potrebnih od 10.000 do 40.000 delovnih ur. Pri tradicionalni proizvodnji energije s fosilnimi gorivi je ta številka 200–500 delovnih ur.

Doslej je električna energija, pridobljena s sončnimi žarki, veliko dražja od tiste, pridobljene s tradicionalnimi metodami. Znanstveniki upajo, da bodo poskusi, ki jih bodo izvajali na pilotnih obratih in postajah, pomagali rešiti ne le tehnične, ampak tudi ekonomske težave. Toda kljub temu se pretvorniške postaje sončne energije gradijo in delujejo.

Od leta 1988 na polotoku Kerč deluje Krimska sončna elektrarna. Zdi se, da mu je mesto določila zdrava pamet. Če bodo takšne postaje kje zgradili, bo to predvsem v regiji letovišč, sanatorijev, počitniških domov in turističnih poti; v regiji, kjer je potrebno veliko energije, še bolj pa je pomembno ohranjati čisto okolje, katerega dobro počutje, predvsem pa čistost zraka, je za človeka zdravilno.

Krimska elektrarna je majhna - zmogljivost je le 5 MW. V določenem smislu je preizkus moči. Čeprav se zdi, kaj bi bilo še treba poskusiti, ko so znane izkušnje z gradnjo sončnih postaj v drugih državah.

Na otoku Sicilija je že v zgodnjih 80-ih sončna elektrarna z močjo 1 MW proizvajala električno energijo. Načelo njegovega delovanja je tudi stolpno. Zrcala usmerjajo sončne žarke na sprejemnik, ki se nahaja na višini 50 metrov. Tam nastaja para s temperaturo več kot 600 °C, ki poganja tradicionalno turbino s priključenim generatorjem toka. Nesporno je dokazano, da lahko po tem principu delujejo elektrarne z močjo 10–20 MW, pa tudi veliko več, če so podobni moduli združeni in povezani med seboj.

Nekoliko drugačen tip elektrarne je v Alqueríi v južni Španiji. Njegova razlika je v tem, da sončna toplota, usmerjena na vrh stolpa, sproži cikel natrija, ki že segreva vodo, da nastane para. Ta možnost ima številne prednosti. Natrijev hranilnik toplote ne zagotavlja samo neprekinjenega delovanja elektrarne, temveč omogoča tudi delno akumulacijo odvečne energije za delovanje v oblačnem vremenu in ponoči. Zmogljivost španske postaje je le 0,5 MW. Toda na podlagi njegovega načela je mogoče ustvariti veliko večje - do 300 MW. V tovrstnih napravah je koncentracija sončne energije tako visoka, da izkoristek procesa parne turbine tukaj ni nič slabši kot v tradicionalnih termoelektrarnah.

Po mnenju strokovnjakov je najbolj privlačna ideja za pretvorbo sončne energije uporaba fotoelektričnega učinka v polprevodnikih.

Toda na primer sončna elektrarna blizu ekvatorja z dnevno proizvodnjo 500 MWh (približno toliko energije, ki jo proizvede dokaj velika hidroelektrarna) z učinkovitostjo 10 % bi zahtevalo efektivno površino približno 500.000 m2. Jasno je, da lahko tako ogromno sončnih polprevodniških celic. se bodo izplačale šele, ko bo njihova proizvodnja res poceni. Izkoristek sončnih elektrarn na drugih območjih Zemlje bi bil nizek zaradi nestabilnih atmosferskih razmer, relativno šibke jakosti sončnega sevanja, ki ga ozračje močneje absorbira tudi v sončnih dneh, pa tudi nihanj zaradi menjavanja dneva in noči.

Kljub temu sončne fotocelice že danes najdejo svojo specifično uporabo. Izkazalo se je, da so praktično nenadomestljivi viri električnega toka v raketah, satelitih in avtomatskih medplanetarnih postajah ter na Zemlji - predvsem za napajanje telefonskih omrežij v neelektrificiranih območjih ali za majhne porabnike toka (radijska oprema, električni brivniki in vžigalniki itd.). ) . Polprevodniške sončne celice so bile prvič nameščene na tretjem sovjetskem umetnem satelitu Zemlje (v orbito izstreljen 15. maja 1958).

Delo poteka, ocene potekajo. Zaenkrat, treba je priznati, niso naklonjeni sončnim elektrarnam: te strukture so danes še vedno med najkompleksnejšimi in najdražjimi tehničnimi načini izrabe sončne energije. Potrebujemo nove možnosti, nove ideje. Ne manjka jih. Izvedba je slabša.

Atomska energija.

Pri proučevanju razpada atomskih jeder se je izkazalo, da vsako jedro tehta manj kot vsota mas njegovih protonov in nevtronov. To je razloženo z dejstvom, da ko se protoni in nevtroni združijo v jedro, se sprosti veliko energije. Izguba mase jedrca na 1 g je enaka količini toplotne energije, ki bi jo dobili s sežigom 300 vagonov premoga. Zato ne preseneča, da so se raziskovalci na vse pretege trudili najti ključ, ki bi jim omogočil "odpiranje" atomskega jedra in sprostitev ogromne energije, skrite v njem.

Sprva se je ta naloga zdela nerešljiva. Znanstveniki niso naključno izbrali nevtron za svoj instrument. Ta delec je električno nevtralen in nanj ne vplivajo električne odbojne sile. Zato lahko nevtron zlahka prodre v atomsko jedro. Nevtroni so obstreljevali jedra atomov posameznih elementov. Ko je prišlo do urana, je bilo odkrito, da se ta težki element obnaša drugače kot drugi. Mimogrede, spomnimo se, da naravni uran vsebuje tri izotope: uran-238 (238 U), uran-235 (235 U) in uran-234 (234 U), pri čemer številka označuje masno število.

Izkazalo se je, da je atomsko jedro urana-235 bistveno manj stabilno kot jedra drugih elementov in izotopov. Pod vplivom enega nevtrona pride do cepitve (cepitve) urana, njegovo jedro razpade na dva približno enaka fragmenta, na primer v jedra kriptona in barija. Ti drobci letijo z ogromnimi hitrostmi v različne smeri.

Toda glavna stvar v tem procesu je, da se med razpadom enega uranovega jedra pojavijo dva ali trije novi prosti nevtroni. Razlog je v tem, da jedro težkega urana vsebuje več nevtronov, kot je potrebnih za tvorbo dveh manjših atomskih jeder. "Gradbenega materiala" je preveč in atomsko jedro se ga mora znebiti.

Vsak od novih nevtronov lahko naredi isto, kar je naredil prvi, ko je razdelil eno jedro. Dejansko je to dobičkonosen izračun: namesto enega nevtrona dobimo dva ali tri z enako sposobnostjo cepitve naslednjih dveh ali treh jeder urana-235. In tako se nadaljuje: zgodi se verižna reakcija, ki če je ne obvladamo, dobi plazovit značaj in se konča z močno eksplozijo - eksplozijo atomske bombe. Ko so se naučili regulirati ta proces, so ljudje lahko skoraj neprekinjeno pridobivali energijo iz atomskih jeder urana. Ta proces je nadzorovan v jedrskih reaktorjih.

Jedrski reaktor je naprava, v kateri poteka nadzorovana verižna reakcija. V tem primeru razpad atomskih jeder služi kot nadzorovan vir tako toplote kot nevtronov.

Prvi projekt jedrskega reaktorja je leta 1939 razvil francoski znanstvenik Frederic Joliot-Curie. Toda kmalu so Francijo zasedli nacisti in projekt ni bil izveden.

Verižna cepitvena reakcija urana je bila prvič izvedena leta 1942 v ZDA, v reaktorju, ki ga je skupina raziskovalcev pod vodstvom italijanskega znanstvenika Enrica Fermija zgradila na stadionu Univerze v Chicagu. Ta reaktor je imel dimenzije 6x6x6,7 m in moč 20 kW; delovalo je brez zunanjega hlajenja.

Prvi jedrski reaktor v ZSSR (in v Evropi) je bil zgrajen pod vodstvom akademika. I. V. Kurchatov in izstreljen leta 1946.

Jedrska energija se danes razvija z izjemno hitrostjo. V tridesetih letih se je skupna zmogljivost jedrskih elektrarn povečala s 5 tisoč na 23 milijonov kilovatov! Nekateri znanstveniki predvidevajo, da bodo do 21. stoletja približno polovico svetovne električne energije proizvedle jedrske elektrarne.

Načeloma je jedrski reaktor zasnovan precej preprosto - v njem se, tako kot v običajnem kotlu, voda pretvarja v paro. Za to uporabljajo energijo, ki se sprosti med verižno reakcijo razpada atomov urana ali drugega jedrskega goriva. V jedrski elektrarni ni ogromnega parnega kotla, sestavljenega iz tisočih kilometrov dolgih jeklenih cevi, skozi katere kroži voda pod ogromnim pritiskom in se spreminja v paro. Tega kolosa je nadomestil razmeroma majhen jedrski reaktor.

Jedrski reaktorji, ki uporabljajo toplotne nevtrone, se med seboj razlikujejo predvsem v dveh pogledih: katere snovi se uporabljajo kot moderator nevtronov in katere snovi se uporabljajo kot hladilno sredstvo za odvajanje toplote iz reaktorske sredice. Trenutno so najbolj razširjeni vodno hlajeni reaktorji, v katerih navadna voda služi kot moderator nevtronov in hladilno sredstvo, uran-grafitni reaktorji (moderator - grafit, hladilno sredstvo - navadna voda), plinsko-grafitni reaktorji (moderator - grafit, hladilno sredstvo). - plin, pogosto ogljikov dioksid), težkovodni reaktorji (moderator - težka voda, hladilno sredstvo - težka ali navadna voda).

Niti enega riž. 9 Predstavljen je shematski diagram vodnega reaktorja pod tlakom. Sredica reaktorja je posoda z debelimi stenami, v kateri je voda in vanjo potopljeni sklopi gorivnih elementov (gorivnih palic). Toploto, ki jo ustvarijo gorivne palice, odvzame voda, katere temperatura se močno poveča.

Načrtovalci so moč takih reaktorjev povečali na milijon kilovatov. Mogočne energetske enote so nameščene v jedrskih elektrarnah Zaporožje, Balakovo in drugih. Kmalu bodo reaktorji te zasnove po moči očitno dohiteli rekorderja - milijon in pol ljudi iz jedrske elektrarne Ignalina.

A kljub temu bo prihodnost jedrske energije očitno ostala pri tretjem tipu reaktorja, katerega princip delovanja in zasnovo so predlagali znanstveniki - hitri nevtronski reaktorji. Imenujejo se tudi razmnoževalni reaktorji. Običajni reaktorji uporabljajo zapoznele nevtrone, ki povzročijo verižno reakcijo v precej redkem izotopu - uranu-235, ki ga je v naravnem uranu le približno odstotek. Zato je treba zgraditi ogromne tovarne, v katerih se atomi urana dobesedno presejejo in iz njih izberejo atome samo ene vrste urana-235. Preostalega urana ni mogoče uporabiti v običajnih reaktorjih. Postavlja se vprašanje: ali bo tega redkega izotopa urana dovolj še za dolgo časa ali pa se bo človeštvo znova soočilo s problemom pomanjkanja energetskih virov?

Pred več kot tridesetimi leti se je ta problem zastavil laboratorijem Inštituta za fiziko in energetiko. Odločeno je bilo. Vodja laboratorija Aleksander Iljič Lejpunski je predlagal zasnovo hitrega nevtronskega reaktorja. Prva taka naprava je bila zgrajena leta 1955. Prednosti hitrih nevtronskih reaktorjev so očitne. V njih je mogoče za pridobivanje energije uporabiti vse zaloge naravnega urana in torija, ki so ogromne – samo v Svetovnem oceanu je raztopljenih več kot štiri milijarde ton urana.

Nobenega dvoma ni, da je jedrska energija zavzela močno mesto v energetski bilanci človeštva. Zagotovo se bo še naprej razvijala in ljudem zagotovo zagotavljala prepotrebno energijo. Za zanesljivost jedrskih elektrarn in njihovo nemoteno delovanje pa bodo potrebni dodatni ukrepi, znanstveniki in inženirji pa bodo lahko našli potrebne rešitve.

Vodikova energija

Številni strokovnjaki so izrazili zaskrbljenost nad vedno večjim trendom popolne elektrifikacije gospodarstva in gospodarstva: termoelektrarne kurijo vse več kemičnih goriv, ​​na stotine novih jedrskih elektrarn pa tudi nastajajoče sončne, vetrne in geotermalne elektrarne. , bo v vedno večjem obsegu (in navsezadnje izključno) delala na proizvodnji električne energije. Zato so znanstveniki zaposleni z iskanjem bistveno novih energetskih sistemov.

Učinkovitost termoelektrarn relativno nizka, čeprav si projektanti prizadevajo, da bi jo povečali. V sodobnih elektrarnah na fosilna goriva je približno 40%, v jedrskih elektrarnah pa 33%. Pri tem se velik delež energije izgubi z odpadno toploto (na primer skupaj s toplo vodo, izpuščeno iz hladilnih sistemov), kar povzroči tako imenovano toplotno onesnaženje okolja. Iz tega izhaja, da je treba termoelektrarne graditi tam, kjer je dovolj hladilne vode, oziroma v vetrovnih območjih, kjer hlajenje zraka ne bo negativno vplivalo na mikroklimo. Temu so dodana še varnostna in higienska vprašanja. Zato je treba prihodnje velike jedrske elektrarne postaviti čim dlje od gosto poseljenih območij. Toda na ta način so viri električne energije odmaknjeni od svojih porabnikov, kar bistveno oteži problem prenosa električne energije.

Prenos električne energije po žicah je zelo drag: predstavlja približno tretjino stroškov energije za potrošnika. Da bi zmanjšali stroške, se daljnovodi gradijo na vedno višjih napetostih - kmalu bo dosegla 1500 kV. Toda nadzemni visokonapetostni vodi zahtevajo odtujitev velikega ozemlja, poleg tega pa so občutljivi na zelo močne vetrove in druge meteorološke dejavnike. Toda podzemni kablovodi so 10- do 20-krat dražji in se polagajo le v izjemnih primerih (na primer zaradi arhitekturnih ali zanesljivih razlogov).

Največja težava je akumulacija in shranjevanje električne energije, saj elektrarne najbolj gospodarno delujejo pri stalni moči in polni obremenitvi. Povpraševanje po električni energiji pa se spreminja čez dan, teden in leto, zato je treba temu prilagajati moč elektrarn. Edini način za shranjevanje velikih količin električne energije za prihodnjo uporabo so trenutno črpalne elektrarne, ki pa so povezane s številnimi težavami.

Vse te težave, s katerimi se sooča sodobna energetika, bi po mnenju mnogih strokovnjakov lahko rešili z uporabo vodika kot goriva in ustvarjanjem tako imenovanega vodikovega energetskega gospodarstva.

Vodik, najpreprostejši in najlažji od vseh kemičnih elementov, se lahko šteje za idealno gorivo. Na voljo je povsod, kjer je voda. Pri zgorevanju vodika nastaja voda, ki se lahko ponovno razgradi na vodik in kisik, pri tem pa ne onesnažujemo okolja. Vodikov plamen v ozračje ne oddaja produktov, ki neizogibno spremljajo zgorevanje drugih vrst goriva: ogljikov dioksid, ogljikov monoksid, žveplov dioksid, ogljikovodiki, pepel, organski peroksidi itd. Vodik ima zelo visoko kalorično vrednost: pri gorenju 1 g vodika proizvede 120 J toplotne energije, pri zgorevanju 1 g bencina pa le 47 J.

Vodik je mogoče prenašati in distribuirati po cevovodih kot zemeljski plin. Cevovodni transport goriva je najcenejši način prenosa energije na dolge razdalje. Poleg tega so cevovodi položeni pod zemljo, kar ne moti krajine. Plinovodi zavzamejo manj površine kot nadzemni električni vodi. Prenos energije v obliki vodikovega plina po cevovodu s premerom 750 mm na razdalji več kot 80 km bo stal manj kot prenos enake količine energije v obliki izmeničnega toka po podzemnem kablu. Na razdaljah, večjih od 450 km, je cevovodni transport vodika cenejši od uporabe nadzemnega enosmernega daljnovoda z napetostjo 40 kV, na razdalji nad 900 km pa je cenejši od uporabe nadzemnega izmeničnega daljnovoda z napetostjo 40 kV. 500 kV.

Vodik je sintetično gorivo. Pridobimo ga lahko iz premoga, nafte, zemeljskega plina ali z razgradnjo vode. Po ocenah se danes v svetu proizvede in porabi približno 20 milijonov ton vodika na leto. Polovica te količine se porabi za proizvodnjo amoniaka in gnojil, preostanek pa za odstranjevanje žvepla iz plinastih goriv, ​​v metalurgiji, za hidrogenacijo premoga in drugih goriv. V sodobnem gospodarstvu vodik ostaja bolj kemična kot energetska surovina.

Sodobne in obetavne metode pridobivanja vodika

Trenutno se vodik proizvaja predvsem (približno 80 %) iz nafte. A to je energetsko neekonomičen postopek, saj energija, pridobljena iz takšnega vodika, stane 3,5-krat več kot energija iz zgorevanja bencina. Poleg tega stroški takega vodika nenehno naraščajo, ko cene nafte rastejo.

Majhna količina vodika nastane z elektrolizo. Pridobivanje vodika z elektrolizo vode je dražje od pridobivanja iz nafte, vendar se bo z razvojem jedrske energije razširilo in pocenilo. V bližini jedrskih elektrarn je možno postaviti postaje za elektrolizo vode, kjer se bo vsa energija, ki jo proizvede elektrarna, porabila za razgradnjo vode v vodik. Resda bo cena elektrolitskega vodika ostala višja od cene električnega toka, vendar so stroški transporta in distribucije vodika tako nizki, da bo končna cena za potrošnika v primerjavi s ceno električne energije povsem sprejemljiva.

Raziskovalci si danes intenzivno prizadevajo za znižanje stroškov tehnoloških procesov za obsežno proizvodnjo vodika z učinkovitejšim razkrojem vode, z uporabo visokotemperaturne elektrolize vodne pare, z uporabo katalizatorjev, polprepustnih membran itd.

Veliko pozornosti namenjajo termolitični metodi, ki (v prihodnosti) predstavlja razgradnjo vode na vodik in kisik pri temperaturi 2500 °C. A takšne temperaturne meje v velikih tehnoloških enotah, tudi tistih na jedrsko energijo, inženirji še niso obvladali (v visokotemperaturnih reaktorjih še vedno računajo le na temperature okoli 1000 °C). Zato si raziskovalci prizadevajo razviti procese, ki potekajo v več fazah, kar bi omogočilo proizvodnjo vodika v temperaturnih območjih pod 1000°C.

Leta 1969 je italijanska podružnica Euratoma začela obratovati obrat za termolitično proizvodnjo vodika, ki je deloval učinkovito. 55 % pri 730 °C. Uporabljeni so bili kalcijev bromid, voda in živo srebro. Voda v napravi se razgradi na vodik in kisik, preostali reagenti pa krožijo v ponavljajočih se ciklih. Druge projektirane naprave so delovale pri temperaturah 700–800 °C. Menijo, da bodo visokotemperaturni reaktorji izboljšali učinkovitost. do 85 % takih procesov. Danes ne moremo natančno napovedati, koliko bo vodik stal. Če pa upoštevamo, da cene vseh sodobnih vrst energije rastejo, lahko domnevamo, da bo dolgoročno energija v obliki vodika cenejša kot v obliki zemeljskega plina in morda v obliki električne trenutno.

Uporaba vodika

Ko bo vodik postal tako dostopno gorivo, kot je danes zemeljski plin, ga bo lahko nadomestil povsod. Vodik lahko sežigamo v kuhalnikih, grelnikih vode in pečeh, opremljenih z gorilniki, ki bodo malo ali nič drugačni od sodobnih gorilnikov, ki se uporabljajo za zgorevanje zemeljskega plina.

Kot smo že povedali, pri zgorevanju vodika ne ostanejo škodljivi produkti zgorevanja. Zato za ogrevalne naprave na vodik sistemi za odstranjevanje teh produktov niso potrebni, poleg tega pa lahko vodno paro, ki nastane pri zgorevanju, štejemo za koristen produkt – vlaži zrak (kot je znano, v sodobnih stanovanjih s centralnim ogrevanjem zrak je presuh). In odsotnost dimnikov ne samo pomaga prihraniti stroške gradnje, ampak tudi poveča učinkovitost ogrevanja za 30%.

Vodik lahko služi tudi kot kemična surovina v številnih panogah, na primer pri proizvodnji gnojil in prehrambenih izdelkov, v metalurgiji in petrokemični industriji. Uporablja se lahko tudi za proizvodnjo električne energije v lokalnih termoelektrarnah.

Zaključek.

Vloga energije pri ohranjanju in nadaljnjem razvoju civilizacije je nesporna. V sodobni družbi je težko najti vsaj eno področje človekove dejavnosti, ki ne bi zahtevalo – neposredno ali posredno – več energije, kot jo lahko zagotovijo človeške mišice.

Poraba energije je pomemben pokazatelj življenjskega standarda. V tistih časih, ko je človek pridobival hrano z nabiranjem gozdnih sadežev in lovom na živali, je potreboval približno 8 MJ energije na dan. Po obvladovanju ognja se je ta vrednost povečala na 16 MJ: v primitivni kmetijski družbi je bila 50 MJ, v bolj razviti pa 100 MJ.

V času obstoja naše civilizacije so bili tradicionalni viri energije večkrat zamenjani z novimi, naprednejšimi. Pa ne zato, ker je bil stari vir izčrpan.

Sonce je vedno sijalo in grelo človeka: pa vendar so nekega dne ljudje ukrotili ogenj in začeli kuriti drva. Nato se je les umaknil premogu. Zaloge lesa so se zdele neomejene, toda parni stroji so zahtevali več visokokalorične "krme".

Ampak to je bila le faza. Premog kmalu izgubi vodilni položaj na energetskem trgu zaradi nafte.

In tu je nov krog: nafta in plin še vedno ostajata vodilni vrsti goriva v teh dneh. Toda za vsak nov kubični meter plina ali tono nafte je treba iti dlje proti severu ali vzhodu, se zakopati globlje v zemljo. Ni čudno, da nas bosta nafta in plin vsako leto dražja.

Zamenjava? Potrebujemo novega vodjo energije. Nedvomno bodo jedrski viri.

Zaloge urana, če jih recimo primerjamo z zalogami premoga, se ne zdijo tako velike. Toda na enoto teže vsebuje milijonkrat več energije kot premog.

In rezultat je naslednji: pri proizvodnji električne energije v jedrski elektrarni se verjame, da je treba porabiti sto tisočkrat manj denarja in dela kot pri pridobivanju energije iz premoga. In jedrsko gorivo nadomešča nafto in premog ... Vedno je bilo tako: tudi naslednji vir energije je bil močnejši. To je bila tako rekoč "militantna" linija energije.

Človek se je v iskanju odvečne energije vse globlje poglabljal v spontani svet naravnih pojavov in do nekega časa sploh ni razmišljal o posledicah svojih dejanj in dejanj.

Toda časi so se spremenili. Zdaj, ob koncu 20. stoletja, se začenja nova, pomembna stopnja v zemeljski energiji. Pojavila se je "nežna" energija. Zgrajen tako, da človek ne seka veje, na kateri sedi. Poskrbel je za zaščito že tako močno poškodovane biosfere.

Nedvomno bo v prihodnosti vzporedno s smerjo intenzivnega energetskega razvoja tudi ekstenzivna linija dobila široke državljanske pravice: razpršene energente ne prevelike moči, a z visokim izkoristkom, okolju prijazne in enostavne za uporabo.

Osupljiv primer tega je hiter začetek elektrokemične energije, ki jo bo kasneje očitno dopolnila sončna energija. Energija se zelo hitro kopiči, asimilira in absorbira vse najnovejše ideje, izume in znanstvene dosežke. To je razumljivo: energija je dobesedno povezana z Vsem in Vse vleče k energiji in je od nje odvisno.

Torej energetska kemija, vodikova energija, vesoljske elektrarne, v antimaterijo zapečatena energija, kvarki, »črne luknje«, vakuum - to so le najsvetlejši mejniki, poteze, posamezne vrstice scenarija, ki se piše pred našimi očmi in ki lahko se imenuje Tomorrow Energy.

Labirinti energije. Skrivnostni prehodi, ozke, vijugaste poti. Polna skrivnosti, ovir, nepričakovanih spoznanj, krikov žalosti in porazov, krikov veselja in zmag. Energetska pot človeštva je trnova, težka in posredna. Verjamemo pa, da smo na poti v Ero energijskega obilja in da bodo vse ovire, ovire in težave premagane.

Zgodba o energiji je lahko neskončna, z neštetimi alternativnimi oblikami njene uporabe, le da moramo za to razviti učinkovite in varčne metode. Ni tako pomembno, kakšno je vaše mnenje o potrebah po energiji, o virih energije, njeni kakovosti in ceni. Za nas, očitno. Treba se je le strinjati s tem, kar je rekel učeni modrec, čigar ime ostaja neznano: "Ni enostavnih rešitev, obstajajo samo razumne izbire."

Bibliografija

1. 1. Avgusta Goldin. Oceani energije. – Per. iz angleščine – M.: Znanje, 1983. – 144 str.

2. 2. Balanchevadze V.I., Baranovsky A.I. itd.; Ed. A. F. Djakova. Energija danes in jutri. – M.: Energoatomizdat, 1990. – 344 str.

3. 3. Več kot dovolj. Optimističen pogled na prihodnost svetovne energije / Ed. R. Clark: Trans. iz angleščine – M.: Energoatomizdat, 1984. – 215 str.

4. 4. Burdakov V.P. Električna energija iz vesolja. – M.: Energoatomizdat, 1991. – 152 str.

5. 5. Vershinsky N.V. Oceanska energija. – M.: Nauka, 1986. – 152 str.

6. 6. Gurevich Yu. Hladno zgorevanje. //Quantum. – 1990. - 6. št. - Umetnost. 9-15.

7. 7. Viri energije. Dejstva, težave, rešitve. – M.: Znanost in tehnologija, 1997. – 110 str.

8. 8. Kirillin V. A. Energija. Glavni problemi: V vprašanjih in odgovorih. – M.: Znanje, 1990. – 128 str.

9. 9. Kononov Yu D. Energija in ekonomija. Problemi prehoda na nove vire energije. – M.: Nauka, 1981. – 190 str.

10.10 Merkulov O. P. Iskanje energije prihodnosti. – K.: Naukova Dumka, 1991. – 123 str.

11.11.Svetovna energija: napoved razvoja do 2020/Prev. iz angleščine uredil Yu.N. Starshikova. – M.: Energija, 1980. – 256 str.

12.12 Netradicionalni viri energije. – M.: Znanje, 1982. – 120 str.

13.13 Podgorny A. N. Vodikova energija. – M.: Nauka, 1988. – 96 str.

14.14 Sosnov A. Ya. Energija Zemlje. – L.: Lenizdat, 1986. – 104 str.

15.15 Sheidlin A. E. Nova energija. – M.: Nauka, 1987. – 463 str.

16.16 Shulga V. G., Korobko B. P., Zhovmir M. M. Glavni rezultati razvoja netradicionalnih in sodobnih virov energije v Ukrajini // Energija in elektrifikacija. – 1995 - 2. št. - Umetnost. 39-42.

17.17. Svetovna energija: Prevodi poročil XI kongresa MIREK / Ed. P.S. Neporožni. – M.: Energoatomizdat, 1982. – 216 str.

18.18 Svetovni energetski viri / Ed. P.S. Neporožnij, V.I. Popkova. – M.: Energoatomizdat, 1995. – 232 str.

19.19.Ju. Töldeši, J. Lesny. Svet išče energijo. – M.: Mir, 1981. – 440 str.

20.20.Yudasin L.S.. Energija: težave in upi. – M.: Izobraževanje, 1990. – 207 str.

Sistem merjenja toplote pred dvema stoletjema je temeljil na ideji, da se toplotna energija ohranja in ne izgine nikamor, ampak se le premika z enega mesta na drugega. Še vedno uporabljamo naslednja pravila: Za merjenje količine toplote naredimo...

Vrste energije - vrste energije, ki jih pozna človeštvo

Pojem "energija" je opredeljen kot merilo različnih oblik gibanja snovi in ​​kot merilo prehoda gibanja snovi iz ene oblike v drugo. V skladu s tem ločimo vrste in vrste energije glede na oblike gibanja snovi. Človek se ukvarja z različnimi vrstami energije. Pravzaprav je celoten tehnološki proces pretvorba ene vrste energije v drugo. Med prehodom tehnološke poti se energija večkrat pretvarja iz ene vrste v drugo, kar vodi do zmanjšanja njene uporabne količine zaradi izgub in disipacije v okolju.

Danes znane vrste energije

• Mehanski
• Električni
• Kemični
• Toplotna
• Svetloba (Radiant)
• jedrska (atomska)
• Termonuklearna (fuzija)

Poleg tega poznamo še druge vrste energije, katerih imena imajo opisni in ne fizični pomen, na primer energija vetra ali geotermalna energija. V takšnih primerih se fizična oblika narave energije nadomesti z imenom njenega vira. Zato je pravilneje govoriti o mehanski energiji vetra, energiji vetrnega toka ali toplotni energiji geotermalnih virov. V nasprotnem primeru se lahko število psevdoenergij množi v nedogled, izumljajo se energija smeti, energija vodika, mentalna energija ali vitalna energija in energija rok. S kombinacijo besede »energija« z določenimi predmeti tej povezavi odvzamemo fizični pomen. Nemogoče je izmeriti količino psihične energije ali energije volje. Ostane le namig, da ima predmet neko energijo, vendar ne vemo, kakšno. Izkazalo se je, da je besedilo ali govor posejan z besedo, ki nima pomenske obremenitve, saj vsak predmet nosi energijo in ga je nesmiselno omenjati. In po analogiji z energijo misli naj bi se pojavila masa misli, dolžina, širina in višina misli ter njena gostota. Skratka, takšne fraze so očiten dokaz neumnosti in nepismenosti avtorja ali govorca.

Fizikalni koncepti, povezani z definicijo besede "energija"

Toda vrnimo se k resničnim fizikalnim konceptom, povezanim z definicijo besede "energija". Zgoraj naštete vrste energije človek pozna in uporablja skozi vso zgodovino civilizacije. Edina izjema je energija atomskega razpada, pridobljena šele v začetku 20. stoletja. Tako še danes uporabljamo mehansko energijo pri vožnji s kolesom, uporabi nihalnih ur ali dvigovanju in spuščanju bremen z žerjavom. Električno energijo poznamo že od antičnih časov v obliki strele in statične elektrike. Vendar se je ta vrsta energije začela široko uporabljati šele v 19. stoletju, ko je bil izumljen Voltaic stolpec - enosmerna baterija in. Toda že v pradavnini so ljudje poznali in uporabljali to vrsto energije, čeprav ne povsod. Znan je staroegipčanski nakit in predmeti čaščenja, katerih premaz je bilo mogoče narediti le z elektrolizo. - morda najpogostejša in najpogosteje uporabljena vrsta energije, tako v starih časih kot v naših dneh. Ogenj, premog, gorilnik, vžigalice in številni drugi predmeti, povezani z izgorevanjem, temeljijo na energiji kemijske interakcije organske snovi in ​​kisika. Danes se visokotehnološko "zgorevanje" izvaja v in, v in. Vendar imajo naprave, kot so turbine in motorji z notranjim zgorevanjem, slab posrednik med surovino (kemična energija) in končnim izdelkom (električna energija). Na žalost, učinkovitost toplotnih motorjev je majhna, omejitev pa ne nalaga material, temveč teorija. Kajti omejitev je 40%. Človeška telesa in vse živali delujejo na podlagi kemičnih interakcij, kemične energije. Z uživanjem rastlin prejemamo od njih energijo kemičnih vezi, ki nastanejo zaradi absorpcije sončne energije. Se pravi, posredno se človek hrani tudi s sončno energijo, tako kot se z njo hranijo vsa živa bitja na Zemlji. Sonce je energija, brez katere ne bi bilo življenja na našem planetu. Skoraj vse vrste in vrste energije, razen atomske in termonuklearne, se lahko štejejo za sekundarne glede na sevalno sončno energijo. Mehanska energija plimovanja, kot tudi toplotna energija geotermalnih virov, prav tako nista povezani s sončnim sevanjem.

Termonuklearna energija je osnova za delo našega osrednjega svetila - Sonca

To pomeni, da je sončna energija produkt energije termonuklearne fuzije, ki se sprošča v globinah Sonca. Tako ima velika večina vrst energije, ki jih uporabljamo na Zemlji, svoj primarni izvor v obliki energije termonuklearne fuzije. Jedrska ali atomska energija je edina vrsta energije, ki ne spada v "standardni" naravni energetski cikel. Pred prihodom človeka narava (z redkimi izjemami) ni poznala procesov masnega točkovnega razpada atomskih jeder s sproščanjem ogromne energije. Izjema je afriški naravni "atomski reaktor" - nahajališče uranovih rud, kjer pride do reakcij atomskega razpada s segrevanjem okoliških kamnin. V naravi pa atomski razpad traja milijone let, saj sta razpolovni dobi urana in plutonija zelo dolgi. In čeprav so številni drugi atomi, poleg urana in plutonija, tudi podvrženi atomskemu razpadu, na splošno ti procesi ne povzročajo bistvenih sprememb v okoliški snovi na časovno enoto. Človek je spremenil energetsko ravnovesje planeta z eksplozijami bomb, gradnjo jedrskih elektrarn, kurjenjem nafte, plina in premoga. Seveda so se podobni procesi dogajali pred človekom, vendar so bili raztegnjeni na milijone let. Meteoriti so padali, gozdovi so goreli, ogljikov dioksid se je sproščal iz močvirij in debeline svetovnih oceanov, uran pa je razpadal. Toda počasi - v majhnih količinah na časovno enoto.

Alternativni viri

Danes se aktivno razvijajo alternativne vrste energije in alternativne. Vendar že te besede vsebujejo napačen odnos do besede »energija«. S tem, ko vire energije imenujemo »alternativni«, jih primerjamo s »tradicionalnimi« viri – premogom, nafto in plinom. In to je razumljivo. Toda ko rečemo "alternativna energija", govorimo neumnosti, saj različne vrste energije obstajajo zunaj naših želja. In ni jasno, kakšna je alternativa vetrni energiji, ker preprosto obstaja. Ali kaj je alternativa sončni in termonuklearni energiji naše zvezde. V vsakem primeru ga uporabljamo in čudno je, da ga imenujemo alternativa, saj zanj ni alternativ. V naslednjih tisočletjih ne bomo nikamor odšli od uporabe sončne energije, saj na njej temelji celoten ekosistem planeta. Podobno nenavadne so videti tudi besede »netradicionalne vrste energije«, »obnovljive vrste energije« ali »okolju prijazne vrste energije«. Katera vrsta energije je tradicionalna? Kako lahko obnovimo eno ali drugo vrsto energije? Kako preveriti energijsko čistost okolja? Bolj smiselno in pravilno je sklicevati se na »tradicionalnost«, »obnovljivost« in »prijaznost do okolja«. Potem bo vse takoj postalo jasno in razumljivo. In potem, ko razvrstite vzročno-posledična razmerja, lahko začnete iskanje. Netradicionalne vrste virov energije lahko zlahka najdemo s preučevanjem narave in sveta okoli nas. Tukaj boste našli gnoj za ogrevanje, seno in generator, ki uporablja mišično moč.

Obnovljive vire energije je treba iskati le v okolju naravnih procesov

Podobnih procesov ni tako veliko in vsi so povezani z gibanjem snovi po planetu - zemlje, vode, zraka, pa tudi z aktivnostmi živih organizmov. Čeprav, strogo gledano, obnovljivih virov energije ni, saj ima naša glavna "baterija" - Sonce - omejeno življenjsko dobo. In za iskanje okolju prijaznih virov je treba najprej jasno definirati kriterije prijaznosti do okolja, saj pravzaprav vsak človekov poseg v energetsko bilanco planeta povzroča škodo okolju. Strogo gledano, okolju prijaznih virov energije ne more biti, ker bodo v vsakem primeru vplivali na okolje. Ta vpliv lahko le zmanjšamo na minimum oziroma ga kompenziramo. V tem primeru je treba morebitne kompenzacijske učinke izvajati v okviru modela globalne analitične napovedi.

Zaradi razvoja proizvodnih tehnologij in znatnega poslabšanja okoljskih razmer v mnogih regijah sveta se človeštvo sooča s problemom iskanja novih virov energije. Po eni strani mora količina proizvedene energije zadostovati za razvoj proizvodnje, znanosti in javnega sektorja, po drugi strani pa proizvodnja energije ne sme negativno vplivati ​​na okolje.

Ta formulacija vprašanja je privedla do iskanja tako imenovanih alternativnih virov energije - virov, ki izpolnjujejo zgornje zahteve. S prizadevanji svetovne znanosti je bilo odkritih veliko takšnih virov, večina jih je trenutno že v bolj ali manj široki uporabi. Predstavljamo vam kratek pregled le-teh:

Sončna energija

V več kot 80 državah se aktivno uporabljajo sončne elektrarne, ki pretvarjajo sončno energijo v električno. Obstajajo različni načini takšne predelave in temu primerno tudi različne vrste sončnih elektrarn. Najpogostejše postaje so tiste, ki uporabljajo fotoelektrične pretvornike (fotocelice), združene v solarne panele. Večina največjih fotovoltaičnih naprav na svetu je v ZDA.

Vetrna energija

Vetrne elektrarne (vetrne elektrarne) se zelo uporabljajo v ZDA, na Kitajskem, v Indiji, pa tudi v nekaterih zahodnoevropskih državah (na primer na Danskem, kjer se na ta način proizvede 25 % vse električne energije). Vetrna energija je zelo obetaven vir alternativne energije, trenutno številne države znatno širijo uporabo tovrstnih elektrarn.

Biogoriva

Glavni prednosti tega energenta pred drugimi vrstami goriva sta njegova prijaznost do okolja in obnovljivost. Vse vrste biogoriv ne veljajo za alternativne vire energije: tradicionalna drva so prav tako biogorivo, vendar niso alternativni vir energije. Alternativna biogoriva so lahko trdna (šota, lesnopredelovalni in kmetijski odpadki), tekoča (biodizel in biokurilno olje, pa tudi metanol, etanol, butanol) in plinasta (vodik, metan, bioplin).

Energija plimovanja in valovanja

Za razliko od tradicionalne hidroelektrarne, ki izkorišča energijo vodnega toka, alternativna hidroelektrarna še ni postala razširjena. Glavne slabosti elektrarn na plimovanje so visoki stroški njihove izgradnje in dnevne spremembe moči, zaradi česar je tovrstne elektrarne priporočljivo uporabljati le kot del elektroenergetskih sistemov, ki uporabljajo tudi druge vire energije. Glavne prednosti so visoka okoljska prijaznost in nizki stroški proizvodnje energije.

Toplotna energija Zemlje

Za razvoj tega vira energije se uporabljajo geotermalne elektrarne, ki uporabljajo energijo visokotemperaturne podzemne vode, pa tudi vulkanov. Trenutno je bolj razširjena hidrotermalna energija, ki izkorišča energijo toplih podzemnih vrelcev. Petrotermalna energija, ki temelji na uporabi "suhe" toplote iz zemeljske notranjosti, je trenutno slabo razvita; Glavna težava je nizka donosnost tega načina pridobivanja energije.

Atmosferska elektrika

(Strele na zemeljskem površju se pojavljajo skoraj istočasno na različnih mestih na planetu.)

Energija neviht, ki temelji na zajemanju in kopičenju energije strele, je še v povojih. Glavni problemi nevihtne energije so gibljivost nevihtnih front, pa tudi hitrost atmosferskih električnih razelektritev (strele), ki otežujejo akumulacijo njihove energije.

Ni skrivnost, da so viri, ki jih danes uporablja človeštvo, omejeni, poleg tega lahko njihovo nadaljnje pridobivanje in uporaba vodita ne le v energetsko, ampak tudi v okoljsko katastrofo. Viri, ki jih človeštvo tradicionalno uporablja - premog, plin in nafta - bodo zmanjkali v nekaj desetletjih, zato je treba ukrepe sprejeti zdaj, v našem času. Seveda lahko upamo, da bomo spet našli kakšno bogato nahajališče, tako kot je bilo v prvi polovici prejšnjega stoletja, a znanstveniki so prepričani, da tako velikih nahajališč ni več. A v vsakem primeru bo tudi odkritje novih nahajališč le odložilo neizogibno; treba je poiskati načine za proizvodnjo alternativne energije in prehod na obnovljive vire, kot so veter, sonce, geotermalna energija, energija vodnih tokov in drugi, ter pri hkrati pa je treba nadaljevati z razvojem energetsko varčnih tehnologij.

V tem članku si bomo ogledali nekaj najbolj obetavnih, po mnenju sodobnih znanstvenikov, idej, na katerih bo zgrajen energetski sektor prihodnosti.

Sončne postaje

Ljudje se že dolgo sprašujejo, ali je mogoče segreti vodo pod sončnimi žarki, posušiti oblačila in lončenino, preden jo pošljejo v pečico, vendar teh metod ni mogoče imenovati učinkovite. Prva tehnična sredstva za pretvarjanje sončne energije so se pojavila v 18. stoletju. Francoski znanstvenik J. Buffon je pokazal poskus, v katerem mu je uspelo v jasnem vremenu s pomočjo velikega konkavnega ogledala vžgati suh les z razdalje približno 70 metrov. Njegov rojak, slavni znanstvenik A. Lavoisier, je z lečami koncentriral sončno energijo, v Angliji pa so ustvarili bikonveksno steklo, ki je s fokusiranjem sončnih žarkov v le nekaj minutah stopilo lito železo.

Naravoslovci so izvedli številne poskuse, ki so dokazali, da je sonce na zemlji možno. Toda sončna baterija, ki bi pretvarjala sončno energijo v mehansko, se je pojavila relativno nedavno, leta 1953. Ustvarili so ga znanstveniki ameriške nacionalne vesoljske agencije. Že leta 1959 je bila sončna baterija prvič uporabljena za opremljanje vesoljskega satelita.

Morda so že takrat, ko so ugotovili, da so takšne baterije v vesolju veliko učinkovitejše, znanstveniki prišli na idejo o izdelavi vesoljskih sončnih postaj, saj sonce v eni uri ustvari toliko energije, kot je ne porabi vse človeštvo. na leto, zakaj ga torej ne bi uporabili? Kakšna bo industrija sončne energije v prihodnosti?

Po eni strani se zdi, da je uporaba sončne energije idealna možnost. Vendar pa so stroški ogromne vesoljske sončne postaje zelo visoki, poleg tega pa bo drago tudi njeno delovanje. Sčasoma, ko bodo uvedene nove tehnologije za dostavo tovora v vesolje, pa tudi novi materiali, bo izvedba takšnega projekta postala mogoča, vendar za zdaj lahko uporabljamo le relativno majhne baterije na površini planeta. Mnogi bodo rekli, da je tudi to dobro. Da, to je mogoče v zasebnem domu, toda za oskrbo velikih mest z energijo potrebujete bodisi veliko sončnih kolektorjev bodisi tehnologijo, ki jih bo naredila učinkovitejše.

Tu je prisotna tudi ekonomska plat vprašanja: vsak proračun bo močno trpel, če mu bo zaupana naloga preoblikovanja celotnega mesta (ali celotne države) na sončne celice. Zdi se, da bi bilo mogoče mestne prebivalce zavezati k plačilu določenih zneskov za prenovo, vendar bodo v tem primeru nesrečni, saj če bi bili ljudje pripravljeni na takšne stroške, bi to že zdavnaj storili sami: vsi ima možnost nakupa sončne baterije.

V zvezi s sončno energijo obstaja še en paradoks: proizvodni stroški. Neposredno pretvarjanje sončne energije v električno ni najbolj učinkovito. Do sedaj ni bilo mogoče najti boljšega načina, kot je uporaba sončnih žarkov za segrevanje vode, ki se spremeni v paro in nato vrti dinamo. V tem primeru je izguba energije minimalna. Človeštvo želi uporabiti »okolju prijazne« solarne panele in sončne postaje za varčevanje z viri na zemlji, vendar bo takšen projekt zahteval ogromno istih virov in »neekološke« energije. Na primer, v Franciji so nedavno zgradili sončno elektrarno s površino približno dveh kvadratnih kilometrov. Stroški gradnje so bili okoli 110 milijonov evrov brez obratovalnih stroškov. Ob vsem tem je treba upoštevati, da je življenjska doba takih mehanizmov približno 25 let.

Veter

Energijo vetra so ljudje uporabljali tudi že od pradavnine, najenostavnejša primera sta jadranje in mlini na veter. Vetrne turbine se uporabljajo še danes, še posebej pa so učinkovite na območjih s stalnim vetrom, kot je obala. Znanstveniki nenehno postavljajo ideje, kako posodobiti obstoječe naprave za pretvorbo vetrne energije, ena izmed njih so vetrne turbine v obliki lebdečih turbin. Zaradi nenehnega vrtenja bi lahko "viseli" v zraku na razdalji nekaj sto metrov od tal, kjer je veter močan in stalen. To bi pomagalo pri elektrifikaciji podeželskih območij, kjer standardne vetrne turbine niso mogoče. Poleg tega bi lahko takšne lebdeče turbine opremili z internetnimi moduli, s pomočjo katerih bi ljudem omogočili dostop do svetovnega spleta.

Plimovanje in valovanje

Razmah sončne in vetrne energije postopoma izginja, druge naravne energije pa so pritegnile zanimanje raziskovalcev. Uporaba oseke in oseke se šteje za bolj obetavno. S tem problemom se ukvarja že okoli sto podjetij po vsem svetu in obstaja več projektov, ki so dokazali učinkovitost tega načina pridobivanja električne energije. Prednost pred sončno energijo je, da so izgube pri pretvarjanju ene energije v drugo minimalne: plimski val vrti ogromno turbino, ki proizvaja elektriko.

Projekt Oyster je ideja o namestitvi ventila na tečajih na oceansko dno, ki bo potiskal vodo na obalo in s tem vrtel preprosto hidroelektrično turbino. Samo ena taka instalacija bi lahko zagotovila elektriko majhni soseski.

Plimne valove že uspešno uporabljajo v Avstraliji: v mestu Perth so postavili naprave za razsoljevanje, ki delujejo na to vrsto energije. Njihovo delo omogoča oskrbo s svežo vodo približno pol milijona ljudi. V tem sektorju proizvodnje energije je mogoče združiti tudi naravno energijo in industrijo.

Uporaba je nekoliko drugačna od tehnologij, ki smo jih vajeni v rečnih hidroelektrarnah. Hidroelektrarne pogosto povzročajo škodo okolju: okolica je poplavljena in ekosistem je uničen, vendar so elektrarne, ki delujejo na plimske valove, v tem pogledu veliko varnejše.

Človeška energija

Eden najbolj fantastičnih projektov na našem seznamu je uporaba energije živih ljudi. Sliši se osupljivo in celo nekoliko grozljivo, a ni tako strašno. Znanstveniki negujejo idejo, kako uporabiti mehansko energijo gibanja. Ti projekti se nanašajo na mikroelektroniko in nanotehnologijo z nizko porabo energije. Čeprav se sliši kot utopija, ni pravega razvoja, je pa ideja zelo zanimiva in znanstvenikom ne zapusti glave. Strinjam se, naprave, ki se bodo, tako kot avtomatska ura, polnile s prstom po senzorju ali preprosto obešanjem tablice ali telefona v torbi med hojo, bodo zelo priročne. Da ne govorimo o oblačilih, ki bi lahko, napolnjena z raznimi mikronapravami, energijo človeškega gibanja pretvarjala v elektriko.

V laboratoriju Lawrence v Berkeleyju so na primer znanstveniki poskušali uresničiti zamisel o uporabi virusov za pritisk na elektriko. Obstajajo tudi majhni mehanizmi, ki jih poganja gibanje, vendar takšna tehnologija še ni bila dana v proizvodnjo. Da, globalne energetske krize se ne da reševati na ta način: koliko ljudi bo moralo »vrteti pedala«, da bo delovala cela elektrarna? Toda kot eden od ukrepov, ki se uporablja v kompleksu, je teorija precej izvedljiva.

Takšne tehnologije bodo še posebej učinkovite na težko dostopnih mestih, na polarnih postajah, v gorah in tajgi, med popotniki in turisti, ki nimajo vedno možnosti napolniti svojega pripomočka, vendar je pomembno ostati v stiku, še posebej, če skupina je v kritični situaciji. Toliko stvari bi lahko preprečili, če bi ljudje vedno imeli zanesljivo komunikacijsko napravo, ki ne bi bila odvisna od stenske vtičnice.

Vodikove gorivne celice

Morda je vsak lastnik avtomobila ob pogledu na indikator količine bencina, ki se približuje ničli, pomislil, kako super bi bilo, če bi avto vozil na vodo. Zdaj pa so njegovi atomi pritegnili pozornost znanstvenikov kot pravi energetski objekti. Dejstvo je, da delci vodika – najpogostejšega plina v vesolju – vsebujejo ogromno energije. Poleg tega motor ta plin izgoreva tako rekoč brez stranskih produktov, kar pomeni, da dobimo okolju zelo prijazno gorivo.

Vodik je gorivo za nekatere module ISS in raketoplane, na Zemlji pa obstaja predvsem v obliki spojin, kot je voda. V osemdesetih letih je Rusija razvila letala, ki uporabljajo kot gorivo vodik, te tehnologije so celo uvedli v prakso, eksperimentalni modeli pa so dokazali njihovo učinkovitost. Ko se vodik loči, se premakne v posebno gorivno celico, po kateri se lahko neposredno proizvaja elektrika. To ni energija prihodnosti, to je že realnost. Podobni avtomobili se že proizvajajo v precej velikih količinah. Podjetje Honda je, da bi poudarilo vsestranskost vira energije in avtomobila kot celote, izvedlo poskus, s katerim so avto priključili na domače električno omrežje, ne pa zato, da bi ga ponovno napolnili. Avto lahko zasebni dom oskrbuje z energijo več dni ali prevozi skoraj petsto kilometrov brez dolivanja goriva.

Edina pomanjkljivost takšnega energenta je trenutno razmeroma visoka cena tako okolju prijaznih avtomobilov in seveda dokaj majhno število vodikovih polnilnic, vendar je njihova gradnja v mnogih državah že načrtovana. Tako na primer v Nemčiji že načrtujejo, da bodo do leta 2017 postavili sto bencinskih črpalk.

Toplota zemlje

Pretvarjanje toplotne energije v električno je bistvo geotermalne energije. V nekaterih državah, kjer je uporaba drugih industrij težavna, se uporablja precej široko. Na primer, na Filipinih 27% vse električne energije prihaja iz geotermalnih postaj, na Islandiji pa je ta številka približno 30%. Bistvo tega načina pridobivanja energije je precej preprosto, mehanizem je podoben preprostemu parnemu stroju. Da bi dosegli domnevno "jezero" magme, je treba izvrtati vodnjak, skozi katerega se dovaja voda. Ob stiku z vročo magmo se voda takoj spremeni v paro. Dvigne se tam, kjer vrti mehansko turbino in tako proizvaja elektriko.

Prihodnost geotermalne energije je v iskanju velikih "odlagališč" magme. Na omenjeni Islandiji jim je denimo uspelo: vroča magma je v delčku sekunde vso vbrizgano vodo spremenila v paro pri temperaturi okoli 450 stopinj Celzija, kar je absolutni rekord. Takšna visokotlačna para lahko večkrat poveča učinkovitost geotermalne postaje, kar bi lahko bila spodbuda za razvoj geotermalne energije po vsem svetu, še posebej na območjih, nasičenih z vulkani in termalnimi vrelci.

Uporaba jedrskih odpadkov

Jedrska energija je nekoč povzročila pravo senzacijo. Tako je bilo, dokler ljudje niso spoznali nevarnosti tega energetskega sektorja. Nesreče so možne, nihče ni imun na takšne primere, vendar so zelo redki, vendar se radioaktivni odpadki pojavljajo nenehno in do nedavnega znanstveniki niso mogli rešiti tega problema. Dejstvo je, da je uranove palice, tradicionalno »gorivo« jedrskih elektrarn, mogoče uporabiti le v 5-odstotnem obsegu. Ko je ta majhen del izčrpan, se celotna palica pošlje na "odlagališče".

Prej je bila uporabljena tehnologija, pri kateri so bile palice potopljene v vodo, kar je upočasnilo nevtrone in ohranilo stabilno reakcijo. Zdaj namesto vode uporabljajo tekoči natrij. Ta zamenjava omogoča ne le uporabo celotne količine urana, temveč tudi predelavo več deset tisoč ton radioaktivnih odpadkov.

Osvoboditev planeta jedrske energije je pomembna, vendar obstaja en "ampak" v sami tehnologiji. Uran je vir in njegove zaloge na Zemlji so omejene. Če bo ves planet prešel izključno na energijo, pridobljeno iz jedrskih elektrarn (na primer v ZDA jedrske elektrarne proizvedejo le 20% vse porabljene električne energije), bodo zaloge urana zelo hitro izčrpane, kar bo spet vodilo človeštvo na pragu energetske krize, zato je jedrska energija, čeprav posodobljena, le začasen ukrep.

Rastlinsko gorivo

Tudi Henry Ford, ko je ustvaril svoj model T, je pričakoval, da bo že deloval na biogorivo. Vendar so takrat odkrili nova naftna polja in potreba po alternativnih virih energije je za nekaj desetletij izginila, zdaj pa se ponovno vrača.

V zadnjih petnajstih letih se je uporaba rastlinskih goriv, ​​kot sta etanol in biodizel, večkrat povečala. Uporabljajo se kot samostojni viri energije in kot dodatki k bencinu. Pred časom so upe polagali v posebno poljščino prosa, imenovano "repica". Je popolnoma neprimeren za prehrano ljudi ali živine, ima pa visoko vsebnost olja. Iz tega olja so začeli proizvajati »biodizel«. Toda ta pridelek bo zavzel preveč prostora, če ga poskusite pridelati dovolj, da bi zagotovili gorivo za vsaj del planeta.

Zdaj znanstveniki govorijo o uporabi alg. Njihova vsebnost olja je približno 50 %, kar bo olajšalo pridobivanje olja, odpadke pa je mogoče pretvoriti v gnojila, na podlagi katerih bodo vzgojene nove alge. Ideja velja za zanimivo, vendar še ni dokazala svoje sposobnosti preživetja: uspešni poskusi na tem področju še niso bili objavljeni.

Termonuklearna fuzija

Prihodnji energetski sektor sveta po mnenju sodobnih znanstvenikov ni mogoč brez tehnologije. To je trenutno najbolj obetaven razvoj, v katerega se že vlagajo milijarde dolarjev.

B uporablja energijo cepitve. Nevarno je, ker obstaja grožnja nenadzorovane reakcije, ki bo uničila reaktor in povzročila izpust ogromne količine radioaktivnih snovi: morda se vsi spomnijo nesreče v jedrski elektrarni Černobil.

Fuzijske reakcije, kot že ime pove, uporabljajo energijo, ki se sprosti, ko se atomi spajajo. Posledično v nasprotju z atomsko fisijo ne nastanejo radioaktivni odpadki.

Glavna težava je v tem, da termonuklearna fuzija proizvaja snov, ki ima tako visoko temperaturo, da lahko uniči celoten reaktor.

Prihodnost je realnost. In fantazije so tukaj neprimerne, trenutno se je na francoskem ozemlju že začela gradnja reaktorja. V pilotni projekt, ki ga financirajo številne države, med katerimi so poleg EU Kitajska in Japonska, ZDA, Rusija in druge, je bilo vloženih več milijard dolarjev. Sprva so prvi poskusi načrtovali začetek leta 2016, vendar so izračuni pokazali, da je proračun premajhen (namesto 5 milijard je bilo potrebnih 19), zato je bil začetek prestavljen za nadaljnjih 9 let. Morda bomo čez nekaj let videli, česa je zmožna termonuklearna energija.

Problemi sedanjosti in priložnosti prihodnosti

Ne le znanstveniki, ampak tudi pisci znanstvene fantastike dajejo veliko idej za uvedbo tehnologije prihodnosti v energetski sektor, vendar se vsi strinjajo, da doslej nobena od predlaganih možnosti ne more v celoti zadovoljiti vseh potreb naše civilizacije. Na primer, če bi vsi avtomobili v Združenih državah poganjali biogorivo, bi bilo treba površino, ki je enaka polovici celotne države, posejati s polji oljne ogrščice, ne da bi upoštevali dejstvo, da v ZDA ni veliko zemlje, primerne za kmetovanje. . Poleg tega so doslej vsi načini pridobivanja alternativne energije dragi. Morda se vsak navaden meščan strinja, da je pomembno uporabljati okolju prijazne, obnovljive vire, a ne takrat, ko mu povedo, kakšna je cena takšnega prehoda v tem trenutku. Znanstvenike na tem področju čaka še veliko dela. Nova odkritja, novi materiali, nove ideje - vse to bo človeštvu pomagalo pri uspešnem soočanju z nastajajočo krizo virov. Planete je mogoče rešiti le s celovitimi ukrepi. Na nekaterih območjih je bolj priročno uporabljati proizvodnjo vetrne energije, na drugih je bolj priročno uporabljati sončne celice itd. Morda pa bo glavni dejavnik zmanjšanje porabe energije na splošno in ustvarjanje tehnologij za varčevanje z energijo. Vsak človek mora razumeti, da je odgovoren za planet in vsak si mora zastaviti vprašanje: »Kakšno energijo izberem za prihodnost?« Preden preidete na druge vire, bi se morali vsi zavedati, da je to res potrebno. Le s celostnim pristopom bo mogoče rešiti problem porabe energije.