Είδη ενέργειας: παραδοσιακή και εναλλακτική. Ενέργεια του μέλλοντος

2024 Συγγραφέας: Howard Calhoun | [email protected]. Τελευταία τροποποίηση: 2023-12-17 10:23

Όλοι οι υπάρχοντες τομείς ενέργειας μπορούν να χωριστούν υπό όρους σε ώριμους, αναπτυσσόμενους και βρίσκονται στο στάδιο της θεωρητικής μελέτης. Ορισμένες τεχνολογίες είναι διαθέσιμες για εφαρμογή ακόμη και σε ιδιωτική οικονομία, ενώ άλλες μπορούν να χρησιμοποιηθούν μόνο στο πλαίσιο της βιομηχανικής υποστήριξης. Είναι δυνατό να εξεταστούν και να αξιολογηθούν οι σύγχρονοι τύποι ενέργειας από διαφορετικές θέσεις, αλλά τα καθολικά κριτήρια για την οικονομική σκοπιμότητα και την αποδοτικότητα της παραγωγής είναι θεμελιώδους σημασίας. Από πολλές απόψεις, οι έννοιες της χρήσης παραδοσιακών και εναλλακτικών τεχνολογιών παραγωγής ενέργειας διαφέρουν σήμερα σε αυτές τις παραμέτρους.

Παραδοσιακή Ενέργεια

Πρόκειται για ένα ευρύ στρώμα καθιερωμένων βιομηχανιών θερμότητας και ηλεκτρικής ενέργειας, που παρέχει περίπου το 95% των καταναλωτών ενέργειας παγκοσμίως. Η παραγωγή του πόρου πραγματοποιείται σε ειδικούς σταθμούς - πρόκειται για αντικείμενα θερμοηλεκτρικών σταθμών, υδροηλεκτρικών σταθμών, πυρηνικών σταθμών κ.λπ. Λειτουργούν με μια έτοιμη βάση πρώτης ύλης, στη διαδικασία επεξεργασίας της οποίας η ενέργεια στόχος δημιουργείται. Διακρίνονται τα ακόλουθα στάδια παραγωγής ενέργειας:

• Παραγωγή, προετοιμασία και παράδοση πρώτων υλών σεαντικείμενο παραγωγής ενός ή άλλου τύπου ενέργειας. Αυτές μπορεί να είναι διαδικασίες εξόρυξης και εμπλουτισμού καυσίμων, καύσης προϊόντων πετρελαίου κ.λπ.
• Μεταφορά πρώτων υλών σε μονάδες και συγκροτήματα που μετατρέπουν απευθείας ενέργεια.
• Διαδικασίες μετατροπής ενέργειας από πρωτογενή σε δευτερεύουσα. Αυτοί οι κύκλοι δεν υπάρχουν σε όλους τους σταθμούς, αλλά, για παράδειγμα, για τη διευκόλυνση της παράδοσης και της μετέπειτα διανομής της ενέργειας, μπορούν να χρησιμοποιηθούν διάφορες μορφές - κυρίως θερμότητα και ηλεκτρισμός.
• Διατήρηση τελικής μετατρεπόμενης ενέργειας, μετάδοση και διανομή της.

Στο τελικό στάδιο, ο πόρος αποστέλλεται στους τελικούς χρήστες, οι οποίοι μπορεί να είναι τόσο τομείς της εθνικής οικονομίας όσο και απλοί ιδιοκτήτες σπιτιού.

Βιομηχανία θερμικής ενέργειας

Η πιο κοινή βιομηχανία ενέργειας στη Ρωσία. Οι θερμοηλεκτρικοί σταθμοί της χώρας παράγουν περισσότερα από 1.000 MW χρησιμοποιώντας άνθρακα, φυσικό αέριο, προϊόντα πετρελαίου, κοιτάσματα σχιστόλιθου και τύρφη ως πρώτη ύλη. Η παραγόμενη πρωτογενής ενέργεια μετατρέπεται περαιτέρω σε ηλεκτρική ενέργεια. Τεχνολογικά, τέτοιοι σταθμοί έχουν πολλά πλεονεκτήματα, τα οποία καθορίζουν τη δημοτικότητά τους. Σε αυτά περιλαμβάνονται οι μη απαιτητικές για τις συνθήκες λειτουργίας και η ευκολία τεχνικής οργάνωσης της ροής εργασιών.

Οι εγκαταστάσεις θερμικής ενέργειας με τη μορφή εγκαταστάσεων συμπύκνωσης και σταθμών συνδυασμένης θερμότητας και ηλεκτρικής ενέργειας μπορούν να κατασκευαστούν απευθείας στις περιοχές όπου εξορύσσεται ο αναλώσιμος πόρος ή όπου βρίσκεται ο καταναλωτής. Οι εποχιακές διακυμάνσεις δεν επηρεάζουν τη σταθερότητα των σταθμών, κάτι που το κάνειοι πηγές ενέργειας είναι αξιόπιστες. Αλλά τα TPP έχουν επίσης μειονεκτήματα, τα οποία περιλαμβάνουν τη χρήση εξαντλημένων πόρων καυσίμου, τη ρύπανση του περιβάλλοντος, την ανάγκη σύνδεσης μεγάλων ποσοτήτων εργατικών πόρων κ.λπ.

Hydropower

Οι υδραυλικές κατασκευές με τη μορφή ενεργειακών υποσταθμών έχουν σχεδιαστεί για να παράγουν ηλεκτρική ενέργεια ως αποτέλεσμα της μετατροπής της ενέργειας της ροής του νερού. Δηλαδή, η τεχνολογική διαδικασία παραγωγής παρέχεται από έναν συνδυασμό τεχνητών και φυσικών φαινομένων. Κατά τη λειτουργία, ο σταθμός δημιουργεί επαρκή πίεση νερού, η οποία στη συνέχεια κατευθύνεται στα πτερύγια του στροβίλου και ενεργοποιεί τις ηλεκτρικές γεννήτριες. Οι υδρολογικοί τύποι ενέργειας διαφέρουν ως προς τον τύπο των χρησιμοποιούμενων μονάδων, τη διαμόρφωση της αλληλεπίδρασης του εξοπλισμού με τις φυσικές ροές νερού κ.λπ. Σύμφωνα με τους δείκτες απόδοσης, διακρίνονται οι ακόλουθοι τύποι υδροηλεκτρικών σταθμών:

• Μικρό - παραγωγή έως 5 MW.
• Μεσαίο - έως 25 MW.
• Ισχυρό - περισσότερα από 25 MW.

Εφαρμόζεται επίσης μια ταξινόμηση ανάλογα με τη δύναμη της πίεσης του νερού:

• Σταθμοί χαμηλής πίεσης - έως 25 m.
• Μέση πίεση - από 25 m.
• Υψηλή πίεση - πάνω από 60 m.

Τα πλεονεκτήματα των υδροηλεκτρικών σταθμών περιλαμβάνουν φιλικότητα προς το περιβάλλον, οικονομική διαθεσιμότητα (δωρεάν ενέργεια), ανεξάντλητο πόρο εργασίας. Ταυτόχρονα, οι υδραυλικές κατασκευές απαιτούν μεγάλο αρχικό κόστος για την τεχνική οργάνωση της υποδομής αποθήκευσης και έχουν επίσης περιορισμούςγεωγραφική θέση σταθμών - μόνο όπου τα ποτάμια παρέχουν επαρκή πίεση νερού.

Βιομηχανία πυρηνικής ενέργειας

Κατά μία έννοια, πρόκειται για ένα υποείδος θερμικής ενέργειας, αλλά στην πράξη, οι δείκτες απόδοσης των πυρηνικών σταθμών ηλεκτροπαραγωγής είναι μια τάξη μεγέθους υψηλότεροι από τους σταθμούς θερμικής ενέργειας. Η Ρωσία χρησιμοποιεί πλήρεις κύκλους παραγωγής πυρηνικής ενέργειας, γεγονός που επιτρέπει την παραγωγή μεγάλων ποσοτήτων ενεργειακών πόρων, αλλά υπάρχουν επίσης τεράστιοι κίνδυνοι από τη χρήση τεχνολογιών επεξεργασίας μεταλλευμάτων ουρανίου. Η συζήτηση των θεμάτων ασφάλειας και η εκλαΐκευση των καθηκόντων αυτού του κλάδου, ειδικότερα, διεξάγεται από το ANO "Κέντρο Πληροφοριών για την Πυρηνική Ενέργεια", το οποίο διαθέτει γραφεία αντιπροσωπείας σε 17 περιοχές της Ρωσίας.

Ο αντιδραστήρας παίζει βασικό ρόλο στην εκτέλεση των διαδικασιών παραγωγής πυρηνικής ενέργειας. Πρόκειται για μια μονάδα σχεδιασμένη να υποστηρίζει τις αντιδράσεις σχάσης ατόμων, οι οποίες, με τη σειρά τους, συνοδεύονται από την απελευθέρωση θερμικής ενέργειας. Υπάρχουν διαφορετικοί τύποι αντιδραστήρων, που διαφέρουν ως προς τον τύπο του καυσίμου και του ψυκτικού που χρησιμοποιείται. Η πιο συχνά χρησιμοποιούμενη διαμόρφωση είναι με έναν αντιδραστήρα ελαφρού νερού που χρησιμοποιεί συνηθισμένο νερό ως ψυκτικό. Το μετάλλευμα ουρανίου είναι ο κύριος πόρος επεξεργασίας στη βιομηχανία πυρηνικής ενέργειας. Για το λόγο αυτό, οι πυρηνικοί σταθμοί είναι συνήθως σχεδιασμένοι για να εντοπίζουν αντιδραστήρες κοντά σε κοιτάσματα ουρανίου. Σήμερα, υπάρχουν 37 αντιδραστήρες σε λειτουργία στη Ρωσία, η συνολική δυναμικότητα παραγωγής των οποίων είναι περίπου 190 δισεκατομμύρια kWh/έτος.

Χαρακτηριστικά της εναλλακτικής ενέργειας

Σχεδόν όλες οι πηγές εναλλακτικής ενέργειας συγκρίνονται ευνοϊκάοικονομική προσιτότητα και φιλικότητα προς το περιβάλλον. Μάλιστα, σε αυτή την περίπτωση, ο επεξεργασμένος πόρος (πετρέλαιο, αέριο, άνθρακας κ.λπ.) αντικαθίσταται με φυσική ενέργεια. Αυτό μπορεί να είναι το φως του ήλιου, τα ρεύματα ανέμου, η θερμότητα της γης και άλλες φυσικές πηγές ενέργειας, με εξαίρεση τους υδρολογικούς πόρους, που θεωρούνται πλέον παραδοσιακοί. Οι εναλλακτικές έννοιες της ενέργειας υπάρχουν εδώ και πολύ καιρό, αλλά μέχρι σήμερα καταλαμβάνουν ένα μικρό μερίδιο στο συνολικό παγκόσμιο ενεργειακό ανεφοδιασμό. Οι καθυστερήσεις στην ανάπτυξη αυτών των βιομηχανιών συνδέονται με προβλήματα στην τεχνολογική οργάνωση των διαδικασιών παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας.

Αλλά ποιος είναι ο λόγος για την ενεργό ανάπτυξη της εναλλακτικής ενέργειας σήμερα; Σε μεγάλο βαθμό, η ανάγκη μείωσης του ποσοστού περιβαλλοντικής ρύπανσης και γενικότερα των περιβαλλοντικών προβλημάτων. Επίσης, στο εγγύς μέλλον, η ανθρωπότητα μπορεί να αντιμετωπίσει την εξάντληση των παραδοσιακών πόρων που χρησιμοποιούνται στην παραγωγή ενέργειας. Επομένως, ακόμη και παρά τα οργανωτικά και οικονομικά εμπόδια, δίνεται όλο και μεγαλύτερη προσοχή σε έργα για την ανάπτυξη εναλλακτικών μορφών ενέργειας.

Γεωθερμική Ενέργεια

Ένας από τους πιο συνηθισμένους τρόπους για να αποκτήσετε ενέργεια στο σπίτι. Η γεωθερμική ενέργεια παράγεται κατά τη διαδικασία συσσώρευσης, μεταφοράς και μετασχηματισμού της εσωτερικής θερμότητας της Γης. Σε βιομηχανική κλίμακα, οι υπόγειοι βράχοι εξυπηρετούνται σε βάθη έως και 2-3 km, όπου η θερμοκρασία μπορεί να ξεπεράσει τους 100°C. Όσον αφορά την ατομική χρήση γεωθερμικών συστημάτων, χρησιμοποιούνται συχνότερα επιφανειακοί συσσωρευτές, που δεν βρίσκονται σε φρεάτια σε βάθος, αλλάοριζόντια. Σε αντίθεση με άλλες προσεγγίσεις για την παραγωγή εναλλακτικής ενέργειας, σχεδόν όλες οι πηγές γεωθερμικής ενέργειας στον κύκλο παραγωγής κάνουν χωρίς βήμα μετατροπής. Δηλαδή, πρωτογενής θερμική ενέργεια με την ίδια μορφή παρέχεται στον τελικό καταναλωτή. Ως εκ τούτου, χρησιμοποιείται μια τέτοια έννοια όπως τα συστήματα γεωθερμικής θέρμανσης.

Ηλιακή ενέργεια

Μία από τις παλαιότερες ιδέες εναλλακτικής ενέργειας, που χρησιμοποιεί φωτοβολταϊκά και θερμοδυναμικά συστήματα ως εξοπλισμό αποθήκευσης. Για την εφαρμογή της μεθόδου φωτοηλεκτρικής παραγωγής χρησιμοποιούνται μετατροπείς της ενέργειας των φωτονίων φωτός (κβάντα) σε ηλεκτρική ενέργεια. Οι θερμοδυναμικές εγκαταστάσεις είναι πιο λειτουργικές και, λόγω των ηλιακών ροών, μπορούν να παράγουν θερμότητα με ηλεκτρική και μηχανική ενέργεια για να δημιουργήσουν κινητήρια δύναμη.

Τα σχήματα είναι αρκετά απλά, αλλά υπάρχουν πολλά προβλήματα στη λειτουργία τέτοιου εξοπλισμού. Αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι η ηλιακή ενέργεια, καταρχήν, χαρακτηρίζεται από μια σειρά από χαρακτηριστικά: αστάθεια λόγω ημερήσιων και εποχιακών διακυμάνσεων, εξάρτηση από τον καιρό, χαμηλή πυκνότητα ροών φωτός. Ως εκ τούτου, στο στάδιο του σχεδιασμού των ηλιακών συλλεκτών και των μπαταριών, δίνεται μεγάλη προσοχή στη μελέτη των μετεωρολογικών παραγόντων.

Ενέργεια κυμάτων

Η διαδικασία παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας από τα κύματα συμβαίνει ως αποτέλεσμα του μετασχηματισμού της ενέργειας της παλίρροιας. Στην καρδιά των περισσότερων σταθμών ηλεκτροπαραγωγής αυτού του τύπου βρίσκεται μια πισίνα,που οργανώνεται είτε κατά το διαχωρισμό των εκβολών του ποταμού, είτε με απόφραξη του κόλπου με φράγμα. Στο διαμορφωμένο φράγμα είναι διατεταγμένοι οχετοί με υδραυλικούς στρόβιλους. Καθώς η στάθμη του νερού αλλάζει κατά τη διάρκεια της παλίρροιας, τα πτερύγια του στροβίλου περιστρέφονται, γεγονός που συμβάλλει στην παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας. Εν μέρει, αυτός ο τύπος ενέργειας είναι παρόμοιος με τις αρχές λειτουργίας των υδροηλεκτρικών σταθμών, αλλά η μηχανική αλληλεπίδρασης με τον ίδιο τον υδάτινο πόρο έχει σημαντικές διαφορές. Οι σταθμοί κυμάτων μπορούν να χρησιμοποιηθούν στις ακτές των θαλασσών και των ωκεανών, όπου η στάθμη του νερού ανεβαίνει στα 4 m, καθιστώντας δυνατή την παραγωγή ισχύος έως και 80 kW/m. Η έλλειψη τέτοιων δομών οφείλεται στο γεγονός ότι οι οχετοί διαταράσσουν την ανταλλαγή γλυκού και θαλασσινού νερού και αυτό επηρεάζει αρνητικά τη ζωή των θαλάσσιων οργανισμών.

Αιολική ενέργεια

Μια άλλη μέθοδος παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας διαθέσιμη για χρήση σε ιδιωτικά νοικοκυριά, που χαρακτηρίζεται από τεχνολογική απλότητα και οικονομική προσιτότητα. Η κινητική ενέργεια των μαζών αέρα λειτουργεί ως επεξεργασμένος πόρος και ένας κινητήρας με περιστρεφόμενες λεπίδες λειτουργεί ως μπαταρία. Τυπικά, η αιολική ενέργεια χρησιμοποιεί γεννήτριες ηλεκτρικού ρεύματος, οι οποίες ενεργοποιούνται ως αποτέλεσμα της περιστροφής κάθετων ή οριζόντιων ρότορων με έλικες. Ένας μέσος οικιακός σταθμός αυτού του τύπου είναι ικανός να παράγει 2-3 kW.

Ενεργειακές τεχνολογίες του μέλλοντος

Σύμφωνα με τους ειδικούς, έως το 2100 το συνδυασμένο μερίδιο άνθρακα και πετρελαίου στο παγκόσμιο ισοζύγιο θα είναι περίπου 3%, το οποίο θα πρέπει να απωθήσει τη θερμοπυρηνική ενέργειαως δευτερεύουσα πηγή ενεργειακών πόρων. Οι ηλιακοί σταθμοί θα πρέπει να λάβουν την πρώτη θέση, καθώς και νέες ιδέες για τη μετατροπή της διαστημικής ενέργειας με βάση τα ασύρματα κανάλια μετάδοσης. Οι διαδικασίες να γίνουν η ενέργεια του μέλλοντος θα πρέπει να ξεκινήσουν ήδη από το 2030, όταν θα έρθει η περίοδος εγκατάλειψης των πηγών καυσίμων υδρογονανθράκων και η μετάβαση σε «καθαρούς» και ανανεώσιμους πόρους.

Ρωσικές Ενεργειακές Προοπτικές

Το μέλλον της εγχώριας ενέργειας συνδέεται κυρίως με την ανάπτυξη παραδοσιακών τρόπων μετατροπής των φυσικών πόρων. Τη θέση κλειδί στη βιομηχανία θα πρέπει να καταλάβει η πυρηνική ενέργεια, αλλά σε συνδυασμένη έκδοση. Η υποδομή των πυρηνικών σταθμών ηλεκτροπαραγωγής θα πρέπει να συμπληρωθεί με στοιχεία υδραυλικής μηχανικής και μέσα επεξεργασίας φιλικών προς το περιβάλλον βιοκαυσίμων. Δεν δίνεται η τελευταία θέση στις πιθανές προοπτικές ανάπτυξης στις ηλιακές μπαταρίες. Στη Ρωσία, ακόμη και σήμερα, αυτό το τμήμα προσφέρει πολλές ελκυστικές ιδέες - ειδικότερα, πάνελ που μπορούν να λειτουργήσουν ακόμη και το χειμώνα. Οι μπαταρίες μετατρέπουν την ενέργεια του φωτός ως τέτοια, ακόμη και χωρίς θερμικό φορτίο.

Συμπέρασμα

Τα σύγχρονα προβλήματα στον ενεργειακό εφοδιασμό θέτουν τα μεγαλύτερα κράτη πριν από την επιλογή μεταξύ ηλεκτρικής ενέργειας και περιβαλλοντικής καθαριότητας παραγωγής θερμότητας και ηλεκτρικής ενέργειας. Οι περισσότερες από τις αναπτυγμένες εναλλακτικές πηγές ενέργειας, με όλα τα πλεονεκτήματά τους, δεν είναι σε θέση να αντικαταστήσουν πλήρως τους παραδοσιακούς πόρους, οι οποίοι, με τη σειρά τους, μπορούν να χρησιμοποιηθούν για αρκετές ακόμη δεκαετίες. Επομένως, η ενέργεια του μέλλοντος είναι πολλήοι ειδικοί το παρουσιάζουν ως ένα είδος συμβίωσης διαφόρων εννοιών παραγωγής ενέργειας. Επιπλέον, νέες τεχνολογίες αναμένονται όχι μόνο σε βιομηχανικό επίπεδο, αλλά και σε νοικοκυριά. Από αυτή την άποψη, μπορεί κανείς να σημειώσει τις αρχές κλίσης θερμοκρασίας και βιομάζας της παραγωγής ενέργειας.