Видове енергия: традиционна и алтернативна. Енергия на бъдещето

2024 Автор: Howard Calhoun | [email protected]. Последно модифициран: 2023-12-17 10:19

Всички съществуващи области на енергия могат условно да бъдат разделени на зрели, развиващи се и намиращи се в етап на теоретично изследване. Някои технологии са достъпни за внедряване дори в частна икономика, докато други могат да се използват само в рамките на индустриална подкрепа. Възможно е да се разглеждат и оценяват съвременните видове енергия от различни позиции, но универсалните критерии за икономическа целесъобразност и ефективност на производството са от основно значение. В много отношения концепциите за използване на традиционни и алтернативни технологии за производство на енергия днес се различават по тези параметри.

Традиционна енергия

Това е широк слой от установени топлоенергийни индустрии, осигуряващи около 95% от световните потребители на енергия. Генерирането на ресурса става в специални станции - това са обекти на ТЕЦ, водноелектрически централи, атомни електроцентрали и др. Те работят с готова суровина база, в процеса на преработка на която целевата енергия се генерира. Разграничават се следните етапи на производство на енергия:

• Производство, подготовка и доставка на суровини дообект на производство на един или друг вид енергия. Това могат да бъдат процеси на добив и обогатяване на гориво, изгаряне на петролни продукти и др.
• Прехвърляне на суровини към възли и възли, които директно преобразуват енергията.
• Процеси на преобразуване на енергия от първична към вторична. Тези цикли не присъстват на всички станции, но например за удобство на доставката и последващото разпределение на енергията могат да се използват различни нейни форми - основно топлина и електричество.
• Поддръжка на готова преобразувана енергия, нейното предаване и разпределение.

На последния етап ресурсът се изпраща до крайни потребители, които могат да бъдат както сектори на националната икономика, така и обикновени собственици на жилища.

Топлоенергийна индустрия

Най-разпространената енергийна индустрия в Русия. Топлоелектрическите централи в страната произвеждат повече от 1000 MW, използвайки като суровина въглища, газ, нефтопродукти, шистови находища и торф. Произведената първична енергия допълнително се преобразува в електричество. Технологично, такива станции имат много предимства, които определят тяхната популярност. Те включват невзискателност към работните условия и лекота на техническа организация на работния процес.

Топлоенергийни съоръжения под формата на кондензни съоръжения и комбинирани топлоелектрически централи могат да се изграждат директно в районите, където се добива консумативният ресурс или където се намира консуматорът. Сезонните колебания не влияят на стабилността на станциите, което прави такиваенергийните източници са надеждни. Но ТЕЦ-овете имат и недостатъци, които включват използването на изчерпаеми горивни ресурси, замърсяване на околната среда, необходимостта от свързване на големи количества трудови ресурси и т.н.

Хидроенергия

Хидравличните конструкции под формата на енергийни подстанции са предназначени да генерират електричество в резултат на преобразуване на енергията на водния поток. Тоест, технологичният процес на генериране се осигурява от комбинация от изкуствени и природни явления. По време на работа станцията създава достатъчно налягане на водата, която след това се насочва към лопатките на турбината и задейства електрическите генератори. Хидрологичните видове енергия се различават по вида на използваните агрегати, конфигурацията на взаимодействието на оборудването с естествените водни потоци и др. Според показателите за ефективност могат да се разграничат следните видове водноелектрически централи:

• Малки - генерират до 5 MW.
• Средна - до 25 MW.
• Мощен - повече от 25 MW.

А класификация също се прилага в зависимост от силата на налягането на водата:

• Станции с ниско налягане - до 25 m.
• Средно налягане - от 25 m.
• Високо налягане - над 60 m.

Предимствата на водноелектрическите централи включват екологичност, икономическа наличност (безплатна енергия), неизчерпаем работен ресурс. В същото време хидравличните конструкции изискват големи първоначални разходи за техническата организация на инфраструктурата за съхранение, а също така имат ограничения загеографско местоположение на станциите - само там, където реките осигуряват достатъчно водно налягане.

Ядрена енергетика

В известен смисъл това е подвид топлинна енергия, но на практика показателите за ефективност на атомните електроцентрали са с порядък по-високи от топлоелектрическите централи. Русия използва пълни цикли на производство на ядрена енергия, което позволява генериране на големи количества енергийни ресурси, но съществуват и огромни рискове от използването на технологии за преработка на уранова руда. Обсъждането на проблемите на безопасността и популяризирането на задачите на тази индустрия, по-специално, се извършва от ANO "Информационен център за ядрена енергия", който има представителства в 17 региона на Русия.

Реакторът играе ключова роля в изпълнението на процесите за производство на ядрена енергия. Това е единица, предназначена да поддържа реакциите на делене на атоми, които от своя страна са придружени от освобождаване на топлинна енергия. Има различни видове реактори, които се различават по вида на използваното гориво и охлаждаща течност. Най-често използваната конфигурация е с лек воден реактор, използващ обикновена вода като охлаждаща течност. Урановата руда е основният преработващ ресурс в ядрената енергетика. Поради тази причина атомните електроцентрали обикновено са проектирани да разполагат реактори в близост до уранови находища. Днес в Русия работят 37 реактора, чийто общ производствен капацитет е около 190 милиарда kWh/година.

Характеристики на алтернативната енергия

Почти всички източници на алтернативна енергия се сравняват благоприятнофинансова достъпност и екологичност. Всъщност в този случай преработеният ресурс (нефт, газ, въглища и др.) се заменя с природна енергия. Това може да бъде слънчева светлина, ветрови течения, земна топлина и други естествени източници на енергия, с изключение на хидроложките ресурси, които сега се считат за традиционни. Концепциите за алтернативна енергия съществуват от дълго време, но и до днес те заемат малък дял в общото световно енергийно предлагане. Закъсненията в развитието на тези отрасли са свързани с проблеми в технологичната организация на процесите за производство на електроенергия.

Но каква е причината за активното развитие на алтернативната енергия днес? До голяма степен необходимостта от намаляване на степента на замърсяване на околната среда и екологичните проблеми като цяло. Също така в близко бъдеще човечеството може да се сблъска с изчерпването на традиционните ресурси, използвани в производството на енергия. Ето защо, въпреки организационните и икономически пречки, все повече внимание се обръща на проекти за развитие на алтернативни форми на енергия.

Геотермална енергия

Един от най-често срещаните начини за получаване на енергия у дома. Геотермалната енергия се генерира в процеса на натрупване, пренос и преобразуване на вътрешната топлина на Земята. В промишлен мащаб подземните скали се обслужват на дълбочини до 2-3 km, където температурата може да надвишава 100°C. Що се отнася до индивидуалното използване на геотермални системи, по-често се използват повърхностни акумулатори, разположени не в кладенци на дълбочина, ахоризонтално. За разлика от други подходи за генериране на алтернативна енергия, почти всички геотермални източници на енергия в производствения цикъл се извършват без стъпка на преобразуване. Тоест първичната топлинна енергия в същата форма се доставя на крайния потребител. Следователно се използва такава концепция като геотермални отоплителни системи.

Слънчева енергия

Една от най-старите концепции за алтернативна енергия, използваща фотоволтаични и термодинамични системи като оборудване за съхранение. За реализиране на метода на фотоелектрическо генериране се използват преобразуватели на енергията на светлинните фотони (кванти) в електричество. Термодинамичните инсталации са по-функционални и благодарение на слънчевите потоци могат да генерират както топлина с електричество, така и механична енергия, за да създадат движеща сила.

Схемите са доста прости, но има много проблеми при работата на такова оборудване. Това се дължи на факта, че слънчевата енергия по принцип се характеризира с редица характеристики: нестабилност поради ежедневни и сезонни колебания, зависимост от времето, ниска плътност на светлинните потоци. Ето защо, на етапа на проектиране на слънчеви панели и батерии, много внимание се отделя на изследването на метеорологичните фактори.

Вълнова енергия

Процесът на генериране на електричество от вълните възниква в резултат на трансформацията на енергията на прилива. В сърцето на повечето електроцентрали от този тип е басейн,което се организира или при отделянето на устието на реката, или чрез блокиране на залива с язовир. В образуваната преграда са разположени водостоци с хидравлични турбини. Тъй като нивото на водата се променя по време на приливи, лопатките на турбината се въртят, което допринася за генерирането на електричество. Отчасти този вид енергия е подобен на принципите на работа на водноелектрическите централи, но механиката на взаимодействие със самия воден ресурс има значителни разлики. Вълновите станции могат да се използват по бреговете на моретата и океаните, където нивото на водата се покачва до 4 m, което прави възможно генерирането на мощност до 80 kW/m. Липсата на такива структури се дължи на факта, че водостоците нарушават обмяната на прясна и морска вода и това се отразява негативно върху живота на морските организми.

Вятърна енергия

Друг метод за генериране на електроенергия, достъпен за използване в частни домакинства, характеризиращ се с технологична простота и икономическа достъпност. Кинетичната енергия на въздушните маси действа като преработен ресурс, а двигател с въртящи се лопатки действа като батерия. Обикновено вятърната енергия използва генератори на електрически ток, които се активират в резултат на въртене на вертикални или хоризонтални ротори с витла. Средната домашна станция от този тип е в състояние да генерира 2-3 kW.

Енергийни технологии на бъдещето

Според експертите до 2100 г. комбинираният дял на въглищата и петрола в глобалния баланс ще бъде около 3%, което би трябвало да отблъсне термоядрената енергиякато вторичен източник на енергийни ресурси. Слънчевите станции трябва да заемат първо място, както и новите концепции за преобразуване на космическа енергия на базата на безжични предавателни канали. Процесите на превръщане в енергията на бъдещето трябва да започнат още през 2030 г., когато ще настъпи периодът на изоставяне на източниците на въглеводородни горива и преминаването към „чисти“и възобновяеми ресурси..

Руската енергетика

Бъдещето на домашната енергетика се свързва главно с развитието на традиционните начини за трансформиране на природните ресурси. Ключовото място в индустрията ще трябва да заеме ядрената енергетика, но в комбиниран вариант. Инфраструктурата на атомните електроцентрали ще трябва да бъде допълнена с елементи на хидравличното инженерство и средства за преработка на екологично чисти биогорива. Не последното място във възможните перспективи за развитие се отдава на слънчевите батерии. В Русия дори днес този сегмент предлага много атрактивни идеи - по-специално панели, които могат да работят дори през зимата. Батериите преобразуват енергията на светлината като такава, дори без термично натоварване.

Заключение

Съвременните проблеми с енергоснабдяването поставят най-големите държави пред избора между електроенергия и екологична чистота при производството на топлинна и електрическа енергия. Повечето от разработените алтернативни енергийни източници, с всичките си предимства, не са в състояние да заменят напълно традиционните ресурси, които от своя страна могат да се използват още няколко десетилетия. Следователно енергията на бъдещето е многоекспертите го представят като своеобразна симбиоза на различни концепции за генериране на енергия. Освен това се очакват нови технологии не само на индустриално ниво, но и в домакинствата. В това отношение може да се отбележат принципите на градиент-температура и биомаса за генериране на енергия.