Rodzaje energii: tradycyjna i alternatywna. Energia przyszłości

2024 Autor: Howard Calhoun | [email protected]. Ostatnio zmodyfikowany: 2023-12-17 10:38

Wszystkie istniejące obszary energetyki można warunkowo podzielić na dojrzałe, rozwijające się i będące na etapie studiów teoretycznych. Niektóre technologie są dostępne do wdrożenia nawet w gospodarce prywatnej, podczas gdy inne można stosować tylko w ramach wsparcia przemysłowego. Możliwe jest rozważenie i ocena nowoczesnych rodzajów energii z różnych pozycji, ale uniwersalne kryteria opłacalności ekonomicznej i efektywności produkcji mają fundamentalne znaczenie. Pod wieloma względami koncepcje wykorzystania tradycyjnych i alternatywnych technologii wytwarzania energii różnią się dziś pod względem tych parametrów.

Tradycyjna energia

Jest to szeroka warstwa ugruntowanych branż ciepłowniczych i energetycznych, dostarczająca około 95% światowych konsumentów energii. Wytwarzanie surowca odbywa się na specjalnych stacjach – są to obiekty elektrowni cieplnych, hydroelektrowni, elektrowni jądrowych itp. Pracują one z gotową bazą surowcową, w procesie przetwarzania której docelowa energia jest wygenerowany. Wyróżnia się następujące etapy produkcji energii:

• Produkcja, przygotowanie i dostawa surowców doobiekt produkcji tego lub innego rodzaju energii. Mogą to być procesy wydobycia i wzbogacenia paliwa, spalania produktów naftowych itp.
• Transfer surowców do jednostek i zespołów, które bezpośrednio przekształcają energię.
• Procesy konwersji energii z pierwotnej na wtórną. Cykle te nie występują na wszystkich stacjach, ale np. dla wygody dostawy i późniejszej dystrybucji energii można stosować różne jej formy – głównie ciepło i energię elektryczną.
• Utrzymanie gotowej przetworzonej energii, jej przesył i dystrybucja.

Na ostatnim etapie zasób jest wysyłany do użytkowników końcowych, którymi mogą być zarówno sektory gospodarki narodowej, jak i zwykli właściciele domów.

Energetyka cieplna

Najpopularniejszy przemysł energetyczny w Rosji. Elektrownie cieplne w kraju wytwarzają ponad 1000 MW, wykorzystując jako wsad węgiel, gaz, produkty naftowe, złoża łupkowe i torf. Wygenerowana energia pierwotna jest dalej przetwarzana na energię elektryczną. Technologicznie takie stacje mają wiele zalet, które decydują o ich popularności. Obejmują one mało wymagające warunki pracy i łatwość technicznej organizacji przepływu pracy.

Elektrociepłownie w postaci instalacji kondensacyjnych i elektrociepłowni mogą być budowane bezpośrednio na obszarach, gdzie wydobywany jest zasób konsumpcyjny lub gdzie znajduje się konsument. Wahania sezonowe nie wpływają na stabilność stacji, co sprawia, że m.inźródła energii są niezawodne. Jednak dostawcy TPP mają również wady, do których należą wykorzystanie wyczerpujących się zasobów paliw, zanieczyszczenie środowiska, konieczność podłączenia dużej ilości zasobów pracy itp.

Elektroenergetyka

Konstrukcje hydrauliczne w postaci podstacji energetycznych są przeznaczone do wytwarzania energii elektrycznej w wyniku przetwarzania energii przepływu wody. Oznacza to, że proces technologiczny wytwarzania zapewnia połączenie zjawisk sztucznych i naturalnych. Podczas pracy stacja wytwarza wystarczające ciśnienie wody, która następnie kierowana jest na łopatki turbiny i uruchamia generatory elektryczne. Rodzaje energii hydrologicznej różnią się rodzajem zastosowanych jednostek, konfiguracją interakcji urządzeń z naturalnymi przepływami wody itp. Według wskaźników wydajności można wyróżnić następujące typy elektrowni wodnych:

• Małe - generuj do 5 MW.
• Średnie - do 25 MW.
• Potężny - ponad 25 MW.

Stosowana jest również klasyfikacja w zależności od siły naporu wody:

• Stacje niskociśnieniowe - do 25 m.
• Średnie ciśnienie - od 25 m.
• Wysokie ciśnienie - powyżej 60 m.

Zaletami elektrowni wodnych są przyjazność dla środowiska, dostępność ekonomiczna (darmowa energia), niewyczerpane zasoby robocze. Jednocześnie konstrukcje hydrotechniczne wymagają dużych nakładów początkowych na organizację techniczną infrastruktury magazynowej, a także mają ograniczenia w zakresiepołożenie geograficzne stacji - tylko tam, gdzie rzeki zapewniają wystarczające ciśnienie wody.

Energetyka jądrowa

W pewnym sensie jest to podgatunek energii cieplnej, ale w praktyce wskaźniki wydajności elektrowni jądrowych są o rząd wielkości wyższe niż elektrowni cieplnych. Rosja wykorzystuje pełne cykle wytwarzania energii jądrowej, co pozwala na generowanie dużych ilości surowców energetycznych, ale istnieją też ogromne zagrożenia związane z wykorzystaniem technologii przetwarzania rudy uranu. Dyskusje na temat bezpieczeństwa i popularyzacji zadań tej branży w szczególności prowadzi ANO „Centrum Informacyjne Energetyki Jądrowej”, które posiada przedstawicielstwa w 17 regionach Rosji.

Reaktor odgrywa kluczową rolę w realizacji procesów wytwarzania energii jądrowej. Jest to jednostka zaprojektowana do wspomagania reakcji rozszczepienia atomów, którym z kolei towarzyszy uwalnianie energii cieplnej. Istnieją różne typy reaktorów, różniące się rodzajem zastosowanego paliwa i chłodziwa. Najczęściej stosowaną konfiguracją jest reaktor na lekką wodę, w którym jako chłodziwo stosuje się zwykłą wodę. Ruda uranu jest głównym surowcem przetwórczym w energetyce jądrowej. Z tego powodu elektrownie jądrowe są zwykle projektowane tak, aby umieszczać reaktory w pobliżu złóż uranu. Obecnie w Rosji działa 37 reaktorów, których łączna moc wytwórcza wynosi około 190 miliardów kWh/rok.

Charakterystyka alternatywnych źródeł energii

Prawie wszystkie źródła alternatywnych źródeł energii wypada korzystnie w porównaniuprzystępność finansowa i przyjazność dla środowiska. W rzeczywistości w tym przypadku przetworzony surowiec (ropa, gaz, węgiel itp.) jest zastępowany energią naturalną. Mogą to być promienie słoneczne, prądy wiatrowe, ciepło ziemi i inne naturalne źródła energii, z wyjątkiem zasobów hydrologicznych, które obecnie uważane są za tradycyjne. Koncepcje alternatywnych źródeł energii istnieją od dawna, ale do dziś zajmują niewielki udział w całkowitych światowych dostawach energii. Opóźnienia w rozwoju tych branż wiążą się z problemami w organizacji technologicznej procesów wytwarzania energii elektrycznej.

Ale jaki jest dzisiaj powód aktywnego rozwoju alternatywnych źródeł energii? W dużej mierze potrzeba zmniejszenia stopnia zanieczyszczenia środowiska i problemów środowiskowych w ogóle. Również w niedalekiej przyszłości ludzkość może stanąć w obliczu wyczerpywania się tradycyjnych zasobów wykorzystywanych do produkcji energii. Dlatego nawet pomimo przeszkód organizacyjnych i ekonomicznych coraz więcej uwagi poświęca się projektom rozwoju alternatywnych form energii.

Energia geotermalna

Jeden z najczęstszych sposobów na uzyskanie energii w domu. Energia geotermalna powstaje w procesie akumulacji, przekazywania i przekształcania ciepła wewnętrznego Ziemi. W skali przemysłowej podziemne skały są obsługiwane na głębokościach do 2-3 km, gdzie temperatura może przekroczyć 100°C. Jeśli chodzi o indywidualne użytkowanie systemów geotermalnych, częściej stosuje się akumulatory powierzchniowe, zlokalizowane nie w studniach na głębokości, alepoziomo. W przeciwieństwie do innych podejść do generowania energii alternatywnej, prawie wszystkie źródła energii geotermalnej w cyklu produkcyjnym nie wymagają etapu konwersji. Oznacza to, że pierwotna energia cieplna w tej samej postaci jest dostarczana do odbiorcy końcowego. Dlatego stosowana jest koncepcja geotermalnych systemów grzewczych.

Energia słoneczna

Jedna z najstarszych koncepcji alternatywnych źródeł energii, wykorzystująca systemy fotowoltaiczne i termodynamiczne jako urządzenia magazynujące. Do realizacji metody generacji fotoelektrycznej wykorzystuje się konwertery energii fotonów światła (kwanty) na energię elektryczną. Instalacje termodynamiczne są bardziej funkcjonalne i dzięki przepływom słonecznym mogą generować zarówno ciepło z energią elektryczną, jak i energię mechaniczną, tworząc siłę napędową.

Schematy są dość proste, ale jest wiele problemów w działaniu takiego sprzętu. Wynika to z faktu, że energia słoneczna zasadniczo charakteryzuje się szeregiem cech: niestabilnością spowodowaną wahaniami dobowymi i sezonowymi, zależnością od pogody, małą gęstością strumieni świetlnych. Dlatego na etapie projektowania paneli słonecznych i baterii wiele uwagi poświęca się badaniu czynników meteorologicznych.

Energia fal

Proces generowania elektryczności z fal następuje w wyniku transformacji energii pływów. Sercem większości elektrowni tego typu jest basen,która jest organizowana albo podczas oddzielania ujścia rzeki, albo przez blokowanie zatoki zaporą. W uformowanej przegrodzie umieszczono przepusty z turbinami hydraulicznymi. Gdy poziom wody zmienia się podczas przypływów, łopatki turbiny obracają się, co przyczynia się do wytwarzania energii elektrycznej. Po części ten rodzaj energii jest podobny do zasad działania elektrowni wodnych, ale mechanika interakcji z samym zasobem wodnym ma znaczne różnice. Stacje falowe mogą być stosowane na wybrzeżach mórz i oceanów, gdzie poziom wody podnosi się do 4 m, umożliwiając generowanie mocy do 80 kW/m. Brak takich konstrukcji wynika z faktu, że przepusty zakłócają wymianę wody słodkiej i morskiej, a to negatywnie wpływa na życie organizmów morskich.

Energia wiatrowa

Kolejna metoda wytwarzania energii elektrycznej dostępna do użytku w gospodarstwach domowych, charakteryzująca się prostotą technologiczną i przystępną ceną. Energia kinetyczna mas powietrza działa jak przetworzony zasób, a silnik z obracającymi się łopatkami działa jak akumulator. Zazwyczaj energetyka wiatrowa wykorzystuje generatory prądu elektrycznego, które są uruchamiane w wyniku obrotu pionowych lub poziomych wirników ze śmigłami. Przeciętna stacja tego typu jest w stanie wygenerować 2-3 kW.

Technologie energetyczne przyszłości

Według ekspertów do 2100 r. łączny udział węgla i ropy w bilansie światowym wyniesie około 3%, co powinno odsunąć energię termojądrowąjako wtórne źródło surowców energetycznych. Na pierwszym miejscu powinny znaleźć się stacje słoneczne, a także nowe koncepcje konwersji energii kosmicznej w oparciu o bezprzewodowe kanały transmisyjne. Procesy stawania się energią przyszłości powinny rozpocząć się już w 2030 roku, kiedy nadejdzie okres porzucania źródeł paliw węglowodorowych i przejścia na „czyste” i odnawialne zasoby.

Rosyjska prognoza energetyczna

Przyszłość energetyki domowej wiąże się głównie z rozwojem tradycyjnych sposobów przekształcania zasobów naturalnych. Kluczowe miejsce w branży będzie musiało zająć energetyka jądrowa, ale w wersji łączonej. Infrastrukturę elektrowni jądrowych trzeba będzie uzupełnić o elementy hydrotechniki i sposoby przetwarzania przyjaznych środowisku biopaliw. Nie ostatnie miejsce w możliwych perspektywach rozwoju zajmują baterie słoneczne. W Rosji nawet dziś ten segment oferuje wiele atrakcyjnych pomysłów - w szczególności panele, które mogą działać nawet zimą. Baterie przetwarzają energię światła jako taką, nawet bez obciążenia termicznego.

Wniosek

Współczesne problemy z zaopatrzeniem w energię stawiają największe państwa przed wyborem między mocą a ekologiczną czystością wytwarzania ciepła i energii elektrycznej. Większość opracowanych alternatywnych źródeł energii, ze wszystkimi ich zaletami, nie jest w stanie w pełni zastąpić tradycyjnych zasobów, które z kolei mogą być wykorzystywane przez kilka kolejnych dekad. Dlatego energii przyszłości jest wieleeksperci przedstawiają to jako swoistą symbiozę różnych koncepcji wytwarzania energii. Co więcej, nowe technologie są oczekiwane nie tylko na poziomie przemysłowym, ale także w gospodarstwach domowych. W związku z tym można zauważyć gradient-temperaturę i zasady wytwarzania energii z biomasy.