Racionalno korištenje energije
Iako svijet još ne osjeća nedostatak energetskih resursa, sljedeća dva do tri desetljeća mogla bi biti teška ako alternativni izvori energije ne budu dostupni ili rast potrošnje energije bude ograničen. Jasna je potreba za racionalnijim korištenjem energije. Postoji niz prijedloga za poboljšanje učinkovitosti skladištenja i transporta energije, kao i za njezino učinkovitije korištenje u raznim industrijama, u prometu i svakodnevnom životu.
Pohrana energije. Opterećenje elektrana varira tijekom dana; postoje i sezonske promjene. Učinkovitost elektrana može se povećati korištenjem viška snage za pumpanje vode u veliki rezervoar tijekom razdoblja pada u rasporedu energetskog opterećenja. Voda se tada može ispustiti tijekom vršnih razdoblja, prisiljavajući je da proizvodi dodatnu električnu energiju u elektrani s crpnim skladištenjem.
Šira primjena mogla bi biti korištenje snage osnovnog načina rada elektrane za pumpanje komprimiranog zraka u podzemne šupljine. Turbine na komprimirani zrak uštedjele bi primarne energetske resurse tijekom razdoblja povećanog opterećenja.
Prijenos električne energije. Veliki gubici energije povezani su s prijenosom električne energije. Za njihovo smanjenje širi se korištenje dalekovoda i distribucijskih mreža s povišenom razinom napona. Alternativni smjer su supravodljivi vodovi. Električni otpor nekih metala pada na nulu kada se ohlade na temperature blizu apsolutne nule. Supervodljivi kabeli mogli bi prenositi snagu do 10.000 MW. Utvrđeno je da neki keramički materijali postaju supravodljivi na temperaturama koje nisu jako niske, što je moguće postići konvencionalnom tehnologijom hlađenja. Ovo nevjerojatno otkriće moglo bi dovesti do važnih inovacija ne samo u području prijenosa električne energije, već i u području kopnenog prometa, računalne tehnologije i tehnologije nuklearnih reaktora.
Vodik kao rashladno sredstvo.
Znanstvenici prepoznaju vodik kao gorivo budućnosti. To je zbog činjenice da je vodik moderno koristiti: u svakodnevnom životu umjesto prirodnog plina, malo mijenjajući distribucijske mreže i plamenike; u transportu kao automobilsko gorivo pri modificiranju karburatora.
Jedini nedostatak je što se vodik praktički ne pojavljuje na Zemlji u slobodnom obliku, sav je oksidiran u vodu. Da biste ga dobili, možete koristiti sunčevu energiju. Instalacija za to provodi disocijaciju vode na vodik i kisik kao rezultat elektrolize vode (kada se električna struja propušta kroz vodu). Učinkovitost takve instalacije ne prelazi 15-20%. Vodik bi se mogao transportirati bez većih poteškoća kroz cjevovode prirodnog plina. Također ga možete pohraniti u tekućem obliku u kriogenim spremnicima. Vodik lako difundira u neke metale, kao što je titan. Može se akumulirati u takvim metalima, a zatim osloboditi zagrijavanjem metala.
Magnetohidrodinamika (MHD). Ovo je metoda učinkovitijeg korištenja fosilnih goriva. Ideja je zamijeniti bakrene strujne namote konvencionalnog strojnog generatora strujom ioniziranog (vodljivog) plina. MHD generatori vjerojatno mogu proizvesti najveći ekonomski učinak pri spaljivanju ugljena. Budući da nemaju pokretne mehaničke dijelove, mogu raditi na vrlo visokim temperaturama, a to osigurava visoku učinkovitost. Teoretski, učinkovitost takvih generatora može doseći 50-60%, što bi značilo i do 20% uštede u odnosu na moderne elektrane na fosilna goriva. Osim toga, MHD generatori proizvode manje otpadne topline. Njihova dodatna prednost je što bi u manjoj mjeri zagađivali atmosferu emisijom plinovitih dušikovih oksida i sumpornih spojeva. Stoga bi MHD elektrane mogle, bez zagađivanja okoliša, raditi na ugljen s visokim udjelom sumpora.
Granice potrošnje energije. Kontinuirano povećanje potrošnje energije ne samo da dovodi do iscrpljivanja energetskih resursa i onečišćenja okoliša, već u konačnici može uzrokovati značajne promjene temperature i klime na Zemlji.
Energija kemijskih, nuklearnih, pa čak i geotermalnih izvora na kraju se pretvara u toplinu. Prenosi se u Zemljinu atmosferu i pomiče ravnotežu prema višoj temperaturi. Prema sadašnjoj stopi rasta stanovništva i potrošnje energije po stanovniku, do 2060. porast temperature mogao bi biti 1? C. To će imati značajan učinak na klimu.
I ranije se klima može promijeniti zbog povećanja sadržaja ugljičnog dioksida u atmosferi koji nastaje pri izgaranju fosilnih goriva.
Ekološki problem stavio je čovječanstvo pred izbor daljnjeg puta razvoja: treba li se i dalje usmjeravati prema neograničenom rastu proizvodnje ili taj rast treba biti u skladu sa stvarnim mogućnostima prirodnog okoliša i ljudskog tijela i srazmjerno ne samo neposrednim, nego i udaljenim ciljevima društvenog razvoja.
Tehnološki napredak igra odlučujuću ulogu u nastanku današnje ekološke krize. Razvojem tehnogene civilizacije povećava se rizik od ekoloških kriza i njihovih posljedica. Izvor takvog odnosa je sam čovjek koji je i prirodno biće i nositelj tehnološkog razvoja.
Stvaranje novih tehnologija s malo otpada. A onda će proizvodnja bez otpada u zatvorenom ciklusu osigurati dovoljno visok životni standard bez narušavanja krhke ekološke ravnoteže.
Postupni prijelaz na alternativnu energiju očuvat će čisti zrak, zaustaviti katastrofalno izgaranje atmosferskog kisika, eliminirati toplinsko onečišćenje atmosfere, čime će se spasiti životi budućih potomaka.
Glavni generatori energije su elektrane: termo (TE), hidraulički (HE), nuklearne (NE), kao i transportne jedinice (automobili, dizel lokomotive, motorni brodovi, traktori itd.) Kao energija služe različite vrste goriva. nosači: nafta, loživo ulje, prirodni plin, ugljen, benzin, dizel gorivo, uran, plutonij i hidroresursi. Širi se korištenje obnovljivih izvora energije (OIE): vjetra, sunca i plime. Međutim, fosilna goriva ostaju glavni izvor energije. U različitim zemljama, proizvodnja energije u nuklearnim elektranama iznosi 10 ... 20%, u hidroelektranama 4 ... 20%. Samo 1…2% proizvedene energije dobiva se iz OIE. Vrlo je važno da transportna vozila čine više od 60% ukupne količine proizvedene energije.
Prilikom procjene razvoja energetskog sektora i formiranja energetskog programa treba polaziti ne samo od zadaće proizvodnje potrebne količine energije, već je potrebno uzeti u obzir i raspoložive resurse, ekonomske, ekološke i društvene čimbenici.
Kako bi se stekao holistički pogled na izglede i probleme razvoja energetike u bliskoj budućnosti, preporučljivo je procijeniti mogućnosti svakog od smjerova njegova razvoja, determiniranih vrstom primarnog izvora.
Ulje. Utvrđeno je da se u utrobi planeta nalazi oko 2.000 milijardi tona nafte, od čega je pouzdano istraženo oko 410 milijardi tona. Godišnja svjetska potrošnja nafte približava se 3 milijarde tona, uz prirodnu reprodukciju ne više od 1% . Prilikom planiranja razvoja energetskog sektora za budućnost potrebno je voditi računa, s jedne strane, o ograničenim prirodnim rezervama nafte, as druge strane o činjenici da proizvodnja nafte s vremenom postaje sve kompliciranija. Već sada se oko trećina sve proizvedene nafte vadi iz bušotina izbušenih na dnu mora i oceana. Dubina podvodnih bunara se povećava i već doseže 2 km. Dubina površinskih bušotina također se povećava. Razumna granica dubine bušotina za istraživanje nafte je 4…8 km.
Važno je područje vezano uz razvoj ekonomičnih termoelektrana i, prije svega, dizelskih motora, koji trenutno čine i do 30% ukupne instalirane snage transportnih elektrana. Nažalost, korištenje dizelskih motora dovodi do onečišćenja okoliša. Samo brodski, lokomotivski i industrijski dizelski motori ispuštaju najmanje 3 milijuna tona zraka onečišćenog oksidima dušika, sumpora i ugljika, ugljikovodika i čađe godišnje.
Ugljen. Istražene rezerve ugljena u svijetu su značajne, ali kvalitativno različite. Niska kalorijska vrijednost ugljena iz brojnih ležišta uzrokuje ozbiljne poteškoće u njihovoj upotrebi. Neisplativo je transportirati ovaj ugljen na velike udaljenosti, jer značajan dio čini anorganski otpad. Moguća je prerada ovih ugljena u električnu energiju na mjestu rudarenja. Međutim, takvo rješenje problema zahtijevat će izgradnju dalekovoda ultra dugog dometa (TL), u čijim se mrežama gubi do 10% energije, au distribucijskim mrežama - oko 40% više.
Ipak, kratkoročno će se količina ugljena koji se koristi kao gorivo u energetskom sektoru, iako polako, rasti i premašiti 9 milijardi tona.
Dio iskopanog ugljena postat će sirovina za proizvodnju sintetičkih tekućih goriva na licu mjesta, čija se tehnologija aktivno usavršava.
Osim običnog prirodnog plina, velike su zalihe tog plina povezane s vodom u zonama permafrosta i oceana. Tu je i plin otopljen u podzemnoj hidrosferi. Rezerve takvog plina su značajne i nalaze se u svim regijama planeta. Razvijaju se tehnologije za podizanje podzemnih voda na površinu s njihovim naknadnim vraćanjem u podzemlje nakon odvajanja plina koji se u njima nalazi.
Praksa je uvjerljivo pokazala da je korištenje plina (uglavnom metana) kao energetskog goriva učinkovito. Može se predvidjeti da će u bliskoj budućnosti prioritet imati prirodni plin. I to unatoč činjenici da proizvodnja plina postaje sve teža zbog potrebe za sve dubljim bušotinama i poteškoćama u transportu.
Nuklearna elektrana . Trenutno nuklearna energija čini oko 6% svjetske mješavine goriva i energije i 17% proizvodnje električne energije.
Najveći udio nuklearnih elektrana u proizvodnji električne energije je u Francuskoj (75%), Litvi (73%), Belgiji (~57%), Bugarskoj, Slovačkoj Republici, Švedskoj, Ukrajini, Republici Koreji (od 43 do 47 %).
Toplinski reaktori na uranu - 235 koriste prirodni uran neučinkovito (manje od 1%). Stoga oni mogu biti temelj nuklearne energije samo na ograničeno vrijeme. Dakle, tijekom svog životnog vijeka (50 godina) toplinski reaktor snage 1 GW troši oko 10 tisuća tona prirodnog urana s potencijalnim svjetskim resursom od ~ 10 milijuna tona. Stoga je očito da upotreba produkata fisije, prvenstveno plutonija, u ciklusu nuklearnog goriva postaje neizbježna.
Brzi reaktor, koji svakoj fisivnoj jezgri omogućuje reprodukciju više od jedne jezgre novog nuklearnog goriva, omogućuje naglo povećanje upotrebe prirodnog urana (~ 200 puta). Nuklearna energija kapaciteta 4000 GW, koja funkcionira 2500 godina, postaje stvarna.
Međutim, velike nesreće, problemi neširenja nuklearnog oružja, rukovanje ozračenim nuklearnim gorivom i radioaktivnim otpadom doveli su do neuspjeha prvotnih planova.
Mnogo se radi na poboljšanju operativne sigurnosti. Razvijene reaktore treće-četvrte generacije karakterizira procjena rizika za čovjeka od manje od 10 do minus 7, što je znatno više nego u termoelektrani.
Nuklearna energija, koja zadovoljava suvremene zahtjeve sigurnosti i učinkovitosti, sposobna je osigurati značajan dio povećanja svjetskih potreba za proizvodnjom energije u razdoblju nakon 2020. godine, što je objektivno potrebno zbog rasta svjetske populacije. Nuklearna energija će omogućiti stabilizaciju potrošnje konvencionalnih goriva i emisija kemijskog izgaranja.
hidroelektrana . Hidroelektrane daju relativno malu količinu električne energije. Značajna inercija TE i NEK pri promjeni načina rada i najveća učinkovitost pri radu u jednom zadanom stacionarnom režimu dovodi do potrebe korištenja HE kao regulatora Jedinstvenog energetskog sustava.
Praksa stvaranja velikih hidroelektrana s velikim akumulacijama neminovno je povezana s gubitkom velikih površina oranica, livada i šuma za poljoprivredu, a velike umjetne akumulacije na kraju dovode do ekološki nepovoljnih posljedica.
Istodobno, nema sumnje u svrsishodnost šireg korištenja hidroenergije u malim vodotocima korištenjem tzv. rukavnih prijenosnih elektrana, koje se sastoje od malih generatora i hidroturbina. Iako je snaga takvih instalacija mala - 1 ... 5 kW, ali je trošak kilovat-sata niži od onih sličnih elektrana na motorima s unutarnjim izgaranjem.
PREKO. Obnovljivi izvori energije obično uključuju sunčevu energiju u svim njezinim manifestacijama: toplinu sunčevog zračenja koju prima Zemlja, energiju vjetra, plimu i oseku, energiju valova, kao i rast biomase na Zemlji, bioplin iz životinjskog otpada itd. Prema optimističnim procjenama, bez štete za okoliš zbog OIE, u načelu je moguće dobiti nekoliko puta više energije nego što se trenutno proizvodi u svijetu.
Poznato je da elektrane koje rade na goriva koja sadrže ugljik ispuštaju u okoliš ugljični dioksid koji je još uvijek nemoguće uhvatiti. Kao rezultat, njegova koncentracija raste, remeti toplinsku ravnotežu planeta, što dovodi do njegovog zagrijavanja (efekt staklenika).
Ova nepovoljna perspektiva može se izbjeći proširenjem korištenja obnovljivih izvora energije. Prema procjenama stručnjaka, doprinos OIE svjetskom energetskom sektoru do 2020. iznosit će 9-10%.
Sunčeva energija je prirodna za Zemlju, sav život joj duguje svoje postojanje. Razvoj metoda i sredstava korištenja sunčeve energije u proizvodnji i svakodnevnom životu već se pretvara u globalni zadatak cijelog čovječanstva.
Geotermalne elektrane koriste temperaturu Zemlje. To mogu biti prirodne podzemne rezerve tople vode ili pare, kao i crpljenje vode duboko u zemlju. Naravno, korištenje takvih instalacija je svrsishodno u određenim područjima, na primjer, na Kamčatki, na Islandu.
Pažnju energetskih znanstvenika privlače izgledi za korištenje
obnovljive biomase, čiji se godišnji rast procjenjuje na 107 milijardi tona Energija koju ova količina biomase posjeduje je ekvivalentna 40 milijardi tona nafte.
Iz zelene mase kao rezultat prerade dobiva se visokooktansko gorivo u obliku etera i alkohola.
Ušteda energije. Zadatak osiguravanja energije izgradnjom energetskog potencijala nepodnošljiv je čak i za najrazvijenije zemlje. Da bi tempo povećanja opskrbe električnom energijom bio realan, potrebno je voditi aktivnu politiku štednje energije u dva smjera: povećati učinkovitost samih elektrana i time dobiti više energije, te smanjiti gubitak energije. energije i energetskih resursa posvuda.
Učinkovitost energetskih resursa u Ukrajini je oko 40%. Dakle, 60% je gubitak, od čega se otprilike 20% može klasificirati kao spriječiti. Za smanjenje potrošnje energije potrebna je aktivna provedba relevantne državne politike uz uvođenje naprednih tehnologija i opreme. Značajne uštede energije mogu se postići i u socijalnoj sferi ako se, na primjer, poveća kapacitet toplinske zaštite zgrada u izgradnji. Trenutno postoje građevinski materijali koji omogućuju uštedu do 50% topline koja se koristi za grijanje zgrada. Zidovi zgrada, prekriveni posebnim prozirnim pločama, propuštaju toplinu sunčevih zraka i ne odaju toplinu prema van. Značajne uštede postiže se prelaskom na fluorescentne žarulje za rasvjetu, koje troše oko 8 puta manje energije od žarulja sa žarnom niti. Uvođenje tehnologija koje štede energiju i resurse je duga, teška i skupa stvar, ali neizbježna i na kraju isplativa
Ekologija i zaštita okoliša. Razvoj energetike neraskidivo je povezan s problemima ekologije i zaštite okoliša. Elektrane na ugljen emituju godišnje oko 300...350 milijuna tona pepela, preko 100...120 milijuna tona sumpornih i dušikovih oksida. Pepeo iz termoelektrana na ugljen sadrži radioaktivne izotope kalija, radija i torija, čija je količina gotovo 10 puta veća (u smislu doze zračenja) nego u emisijama nuklearnih elektrana koje normalno rade. U usporedbi s najboljim biljkama na svijetu, naše biljke ispuštaju red veličine više čestica, 3 puta više sumpora, 2 puta više dušikovih oksida. Sumporni plinovi u okolišu posebno su štetni za stanovništvo, divlje životinje, tlo i vodena tijela. Moderna postrojenja za pročišćavanje otpadnih voda zahtijevaju mnogo novca. Sasvim je točno to reći čist Ne možete dobiti energiju besplatno. Napredne industrijske zemlje troše do 5% bruto nacionalnog proizvoda.
Ozbiljni ekološki problemi nastaju razvojem nuklearne energije, a posebice oni povezani s potrebom dugotrajnog zbrinjavanja njezinog otpada.
Razvoj nuklearne energije otežan je reakcijom flore i faune na radioaktivne nuklide koji se nakupljaju u tlu. Ako je svijet evoluirao da se prilagodi prirodnim nuklidima, onda oni drugačije reagiraju na umjetne nuklide, koje biljke i životinje dobro apsorbiraju. Mogu se akumulirati do koncentracije 70-100 puta veće nego u okolnom tlu, što je vrlo opasno.
Određene poteškoće nastaju na Zemlji u vezi sa zadatkom očuvanja zaliha slatke vode za ljude, koja se naširoko koristi kao rashladno sredstvo u energetskim sustavima. Poznato je da trenutno rezerve slatke vode iznose samo 2,8% mase Zemlje, a samo 0,3% je dostupno za ljudsku upotrebu. Stoga je zadatak štednje slatke vode ili njezine zamjene desaliniziranom morskom vodom već sada aktualan.
Sve navedeno ukazuje da je pristup problemima razvoja energetike samo s ekonomskog stajališta neprihvatljiv. Potrebno je povezati ekonomske aspekte s društvenim i ekološkim.
Zašto se baš sada, kao nikada prije, postavilo pitanje: što čeka čovječanstvo - energetska glad ili energetsko obilje? Članci o energetskoj krizi ne silaze sa stranica novina i časopisa. Zbog nafte nastaju ratovi, države cvjetaju i postaju sve siromašnije, mijenjaju se vlade. Izvještaji o pokretanju novih instalacija ili o novim izumima u području energetike počeli su se pripisivati kategoriji novinskih senzacija. Razvijaju se gigantski energetski programi, čija će provedba zahtijevati ogromne napore i ogromne materijalne izdatke.
Ako je krajem prošlog stoljeća najčešća energija sada - energija - igrala, općenito, pomoćnu i beznačajnu ulogu u svjetskoj ravnoteži, onda je već 1930. godine u svijetu proizvedeno oko 300 milijardi kilovat-sati električne energije. Prognoza prema kojoj će se 2000. godine proizvesti 30.000 milijardi kilovat-sati je sasvim realna! Divovske brojke, neviđene stope rasta! I dalje će biti malo energije, a potražnja za njom raste još brže.
Razina materijalne, a u konačnici i duhovne kulture ljudi izravno ovisi o količini energije kojom raspolažu. Za vađenje rude, topljenje metala iz nje, izgradnju kuće, izradu bilo koje stvari, trebate potrošiti energiju. A ljudske potrebe stalno rastu, a ljudi je sve više.
Pa zašto prestati? Znanstvenici i izumitelji dugo su razvili brojne načine za proizvodnju energije, prvenstveno električne. Ajmo onda graditi sve više elektrana, a energije će biti koliko treba! Ispostavilo se da je takvo naizgled očito rješenje složenog problema ispunjeno mnogim zamkama.
Neumoljivi zakoni prirode govore da je iskoristivu energiju moguće dobiti samo njezinom transformacijom iz drugih oblika. Vječni motori, koji navodno proizvode energiju, a ne uzimaju je niotkuda, nažalost su nemogući. A struktura svjetskog energetskog gospodarstva do danas se razvila na način da se četiri od svakih pet proizvedenih kilovata dobiva u principu na isti način na koji se primitivni čovjek zagrijavao, odnosno sagorijevanjem goriva ili korištenjem kemijsku energiju pohranjenu u njoj, pretvarajući je u električnu u termoelektranama.
Naravno, metode spaljivanja goriva postale su mnogo složenije i savršenije.
Novi čimbenici - povećanje cijena nafte, brzi razvoj nuklearne energije, sve veći zahtjevi za zaštitom okoliša, zahtijevali su novi pristup energetici.
U izradi Energetskog programa sudjelovali su najistaknutiji znanstvenici naše zemlje, stručnjaci iz raznih ministarstava i resora. Uz pomoć najnovijih matematičkih modela elektronička su računala izračunala nekoliko stotina opcija za strukturu buduće energetske bilance zemlje. Pronađena su temeljna rješenja koja su odredila strategiju energetskog razvoja zemlje za naredna desetljeća.
Iako će se energetski sektor u bliskoj budućnosti i dalje temeljiti na termoenergetici korištenjem neobnovljivih izvora, njegova će se struktura promijeniti. Korištenje ulja mora se smanjiti. Proizvodnja električne energije u nuklearnim elektranama značajno će se povećati. Korištenje divovskih rezervi jeftinog ugljena, koje još nisu dotaknute, počet će, primjerice, u bazenima Kuznjeck, Kansk-Achinsk i Ekibastuz. Uvelike će se koristiti prirodni plin, čije rezerve u zemlji daleko nadmašuju one u drugim zemljama.
Energetski program zemlje temelj je naše tehnologije i gospodarstva uoči 21. stoljeća.
Ali znanstvenici također gledaju naprijed, izvan rokova postavljenih Energetskim programom. Na pragu 21. stoljeća, a trezveno se ubrajaju u realnosti trećeg tisućljeća. Nažalost, rezerve nafte, plina, ugljena nikako nisu beskrajne. Prirodi su bili potrebni milijuni godina da stvori ove rezerve, oni će se potrošiti za stotine godina. Danas je svijet počeo ozbiljno razmišljati o tome kako spriječiti grabežljivu pljačku zemaljskog bogatstva. Uostalom, samo pod ovim uvjetom rezerve goriva mogu trajati stoljećima. Nažalost, mnoge zemlje koje proizvode naftu žive za danas. Nemilice troše zalihe nafte koje im je dala priroda. Sada mnoge od tih zemalja, posebno u Perzijskom zaljevu, doslovno plivaju u zlatu, ne misleći da će za nekoliko desetljeća te rezerve ponestati. Što će se onda dogoditi – a to će se dogoditi prije ili kasnije – kada se iscrpe naftna i plinska polja? Nedavni porast cijena nafte, koji je neophodan ne samo za energiju, već i za transport i kemiju, natjerao nas je na razmišljanje o drugim vrstama goriva prikladnih za zamjenu nafte i plina. Posebno su tada bile promišljene one zemlje u kojima nema vlastitih rezervi nafte i plina i koje ih moraju otkupljivati.
U međuvremenu, sve više znanstvenika i inženjera u svijetu traži nove, netradicionalne izvore koji bi mogli preuzeti barem dio brige za opskrbu čovječanstva energijom. Istraživači traže rješenja za ovaj problem na različite načine. Najprimamljivije je, naravno, korištenje vječnih, obnovljivih izvora energije – energije tekuće vode i vjetra, oceanske plime, topline zemljine unutrašnjosti, sunca. Mnogo se pozornosti posvećuje razvoju nuklearne energije, znanstvenici traže načine da na Zemlji reproduciraju procese koji se odvijaju u zvijezdama i opskrbe ih kolosalnim rezervama energije.
Energija – tamo gdje je sve počelo
Danas nam se može činiti da je razvoj i usavršavanje čovjeka nezamislivo spor. Doslovno je morao čekati usluge prirode. Bio je praktički bespomoćan pred hladnoćom, stalno su mu prijetile divlje životinje, život mu je stalno visio o koncu. No postupno se čovjek toliko razvio da je uspio pronaći oružje, koje ga je, u kombinaciji sa sposobnošću mišljenja i stvaranja, konačno uzdiglo iznad svih životnih sredina. Isprva se vatra minirala slučajno – na primjer, iz gorućeg drveća koje je udario grom, zatim se počelo svjesno minirati: zbog trenja dva prikladna komada drva jedan o drugi, osoba je prvo zapalila vatru 80 - Prije 150 tisuća godina. Životvorna, tajanstvena, koja nadahnjuje samopouzdanje i osjećaj ponosa VATRA.
Nakon toga, ljudi više nisu odbijali priliku koristiti vatru u borbi protiv teške hladnoće i grabežljivih životinja, za kuhanje hrane dobivene teškoćom. Koliko je to zahtijevalo spretnosti, ustrajnosti, iskustva i samo sreće! Zamislite osobu okruženu netaknutom prirodom – bez građevina koje bi ga štitile, bez poznavanja barem elementarnih fizikalnih zakona, s vokabularom koji ne prelazi nekoliko desetina. (Usput, koliko nas, čak i onih sa solidnom znanstvenom pozadinom, moglo bi zapaliti vatru ne pribjegavajući ikakvim tehničkim sredstvima, čak ni šibicama?) Čovjek je jako dugo išao do ovog otkrića i širio se. Polako, ali označio je jednu od velikih prekretnica u povijesti civilizacije.
Vrijeme je prolazilo. Ljudi su se naučili grijati, ali starci nisu imali na raspolaganju nikakvu snagu, osim vlastitih mišića, koji bi im pomogli u pokoravanju prirode. Pa ipak, postupno, malo po malo, počeli su koristiti snagu pripitomljenih životinja, vjetra i vode. Prema povjesničarima, prve tegleće životinje upregnute su u plug prije oko 5000 godina. Spominjanje prve upotrebe vodene energije - pokretanje prvog mlina s kotačem koji je pokretao vodeni mlaz - odnosi se na početak naše kronologije. Međutim, trebalo je još tisuću godina prije nego što je ovaj izum postao široko rasprostranjen. A najstarije vjetrenjače koje su danas poznate u Europi izgrađene su u 11. stoljeću.
Stoljećima je upotreba novih izvora energije – kućnih ljubimaca, vjetra i vode – ostala vrlo niska. Glavni izvor energije, uz pomoć kojeg je osoba gradila stambene objekte, obrađivala polja, “putovala”, branila se i napadala, bila je snaga vlastitih ruku i nogu. I tako se nastavilo otprilike do sredine našeg tisućljeća. Istina, već 1470. godine porinut je prvi veliki brod s četiri jarbola; oko 1500. godine briljantni Leonardo da Vinci predložio je ne samo vrlo genijalan model tkalačkog stana, već i projekt izgradnje letećeg stroja. Posjeduje i mnoge druge, za ono vrijeme jednostavno fantastične ideje i planove, čija je provedba trebala pridonijeti širenju znanja i proizvodnih snaga. Ali prava prekretnica u tehničkoj misli čovječanstva nastupila je relativno nedavno, prije nešto više od tri stoljeća.
Jedan od prvih divova na putu znanstvenog napretka čovječanstva nesumnjivo je bio Isaac Newton. Ovaj izvanredni engleski prirodoslovac cijeli je svoj dugi život i izuzetan talent posvetio znanosti fizike, astronomije i matematike. Formulirao je osnovne zakone klasične mehanike, razvio teoriju gravitacije, postavio temelje hidrodinamike i akustike, značajno pridonio razvoju optike i zajedno s Leibitzom stvorio načela teorije račun infinitezimala i teorija simetričnih funkcija. Fizika 18. i 19. stoljeća s pravom se naziva Newtonovom. Djela Isaaca Newtona na mnogo su načina pomogla da se poveća snaga ljudskih mišića i kreativne mogućnosti ljudskog mozga.
Prednosti hidroelektrana su očigledne - stalno obnovljiva opskrba energijom same prirode, jednostavnost rada, bez zagađenja okoliša. I iskustvo izgradnje i upravljanja vodenim kotačima moglo bi biti od velike pomoći hidroenergetskoj industriji. Međutim, izgradnja velike hidroelektrane pokazala se puno težim zadatkom od izgradnje male brane za okretanje mlinskog kotača. Za postavljanje u rotaciju moćnih hidroturbina potrebno je akumulirati ogromnu zalihu vode iza brane. Za izgradnju brane potrebno je toliko materijala za polaganje da će se volumen divovskih egipatskih piramida činiti beznačajnim u usporedbi s njim.
Stoga je početkom 20. stoljeća izgrađeno tek nekoliko hidroelektrana. U blizini Pjatigorska, na Sjevernom Kavkazu, na planinskoj rijeci Podkumok, uspješno je radila prilično velika elektrana sa smislenim nazivom "Bijeli ugljen". Ovo je bio tek početak.
Već u povijesnom planu GOELRO-a bila je predviđena izgradnja velikih hidroelektrana. Godine 1926. puštena je u rad hidroelektrana Volkhovskaya, sljedeće godine započela je izgradnja poznate hidroelektrane Dnjepar. Dalekovidna energetska politika koja se vodi u našoj zemlji dovela je do toga da smo, kao ni jedna druga država na svijetu, razvili sustav moćnih hidroelektrana. Niti jedna država ne može se pohvaliti takvim energetskim divovima kao što su Volga, Krasnojarsk i Bratsk, Sayano-Shushenskaya HE. Ove postaje, koje doslovce daju oceane energije, postale su središta oko kojih su se razvili moćni industrijski kompleksi.
No, zasad samo mali dio zemljinog hidroenergetskog potencijala služi ljudima. Svake godine ogromni potoci vode, nastali kišama i otapanjem snijega, neiskorišteni se slijevaju u mora. Kad bi ih bilo moguće odgoditi uz pomoć brana, čovječanstvo bi dobilo dodatnu kolosalnu količinu energije.
geotermalna energija
Zemlja, ovaj mali zeleni planet, naš je zajednički dom iz kojeg još ne možemo, niti želimo otići. U usporedbi s bezbroj drugih planeta, Zemlja je doista mala: većina je prekrivena ugodnim i životvornim zelenilom. Ali ova lijepa i mirna planeta ponekad pobjesni, a onda su s njom loše šale - u stanju je uništiti sve što nam je milostivo darivao od pamtivijeka. Strašni tornada i tajfuni oduzimaju tisuće života, nesalomive vode rijeka i mora uništavaju sve što im se nađe na putu, šumski požari pustoše ogromna područja zajedno sa zgradama i usjevima u nekoliko sati.
Ali sve su to sitnice u usporedbi s erupcijom probuđenog vulkana. Teško da ćete naći druge primjere spontanog oslobađanja prirodne energije na Zemlji koja bi po snazi mogla konkurirati nekim vulkanima.
Od davnina ljudi su znali za spontane manifestacije gigantske energije koja vreba u utrobi zemaljske kugle. Sjećanje čovječanstva čuva legende o katastrofalnim vulkanskim erupcijama koje su odnijele milijune ljudskih života, neprepoznatljivo promijenile izgled mnogih mjesta na Zemlji. Snaga erupcije čak i relativno malog vulkana je kolosalna, mnogo puta premašuje snagu najvećih elektrana stvorenih ljudskim rukama. Istina, nema potrebe govoriti o izravnom korištenju energije vulkanskih erupcija - do sada ljudi nemaju priliku obuzdati ovaj neposlušni element, a, na sreću, te su erupcije prilično rijetki događaji. Ali to su manifestacije energije koja vreba u utrobi zemlje, kada samo mali djelić te neiscrpne energije nađe izlaz kroz otvore vulkana koji dišu vatru.
Energija zemlje – geotermalna energija temelji se na korištenju prirodne topline Zemlje. Gornji dio zemljine kore ima toplinski gradijent od 20-30°C na 1 km dubine, a prema Whiteu (1965.) količinu topline sadržanu u zemljinoj kori do dubine od 10 km (bez površine temperatura) je približno 12,6-10^26 J. Ovi resursi su ekvivalentni sadržaju topline od 4,6 10 16 tona ugljena (pod pretpostavkom da je prosječna kalorijska vrijednost ugljena 27,6-10 9 J / t), što je više od 70 tisuća puta veći od toplinskog sadržaja svih tehnički i ekonomski isplativih svjetskih resursa ugljena. Međutim, geotermalna toplina u gornjem dijelu zemljine kore (do dubine od 10 km) previše je raspršena da bi se na njezinoj osnovi rješavali svjetski energetski problemi. Resursi prikladni za industrijsku uporabu su pojedinačna ležišta geotermalne energije, koncentrirana na dubini dostupnoj za razvoj, koja imaju određene količine i temperature dovoljne za korištenje za proizvodnju električne ili toplinske energije.
S geološkog stajališta, izvori geotermalne energije mogu se podijeliti na hidrotermalne konvektivne sustave, vruće suhe sustave vulkanskog porijekla i sustave s visokim toplinskim protokom.
hidrotermalni sustavi
Kategorija hidrotermalnih konvektivnih sustava uključuje podzemne bazene pare ili tople vode koji izlaze na površinu zemlje, tvoreći gejzire, sumporna blatna jezera i fumarole. Formiranje takvih sustava povezano je s prisutnošću izvora topline vruće ili rastaljene stijene smještene relativno blizu zemljine površine. Iznad ove zone visokotemperaturne stijene je formacija propusne stijene koja sadrži vodu koja se uzdiže kao rezultat njezine vruće stijene ispod. Propusna stijena je zauzvrat prekrivena nepropusnom stijenom koja tvori "zamku" za pregrijanu vodu. Međutim, prisutnost pukotina ili pora u ovoj stijeni omogućuje da se vruća voda ili mješavina vode i pare dignu na površinu zemlje. Hidrotermalni konvektivni sustavi obično se nalaze duž granica tektonskih ploča zemljine kore, koje karakterizira vulkanska aktivnost.
U principu, za proizvodnju električne energije u poljima tople vode koristi se metoda koja se temelji na korištenju pare koja nastaje isparavanjem vruće tekućine na površini. Ova metoda koristi fenomen da kada se topla voda (pod visokim tlakom) približi bušotinama iz bazena na površinu, tlak pada i oko 20% tekućine ključa i pretvara se u paru. Ova para se odvaja od vode pomoću separatora i šalje u turbinu. Voda koja izlazi iz separatora može se podvrgnuti daljnjoj obradi ovisno o njezinom mineralnom sastavu. Ta se voda može odmah pumpati natrag u stijene ili, ako je to ekonomski opravdano, uz prethodno vađenje minerala iz nje. Primjeri geotermalnih polja tople vode su Wairakei i Broadlands na Novom Zelandu, Cerro Prieto u Meksiku, Salton Sea u Kaliforniji, Otake u Japanu.
Druga metoda proizvodnje električne energije iz geotermalnih voda visoke ili srednje temperature je korištenje procesa koji koristi dvostruki (binarni) ciklus. U tom procesu voda dobivena iz bazena koristi se za zagrijavanje sekundarne rashladne tekućine (freon ili izobutan), koja ima nisku točku vrelišta. Para nastala vrenjem ove tekućine koristi se za pogon turbine. Ispušna para se kondenzira i ponovno prolazi kroz izmjenjivač topline, stvarajući tako zatvoreni ciklus. Instalacije koje koriste freon kao sekundarno rashladno sredstvo trenutno su pripremljene za industrijski razvoj u temperaturnom rasponu od 75-150 °C i jediničnoj električnoj snazi u rasponu od 10-100 kW. Takve se instalacije mogu koristiti za proizvodnju električne energije na prikladnim mjestima, posebno u udaljenim ruralnim područjima.
Vrući sustavi vulkanskog porijekla
Druga vrsta geotermalnih resursa (vrući sustavi vulkanskog podrijetla) su magma i nepropusne vruće suhe stijene (zone očvrsnute stijene oko magme i stijena iznad njih). Dobivanje geotermalne energije izravno iz magme još nije tehnički izvedivo. Tehnologija potrebna za iskorištavanje snage vrućih suhih stijena tek se počinje razvijati. Preliminarni tehnički razvoj metoda korištenja ovih energetskih resursa predviđa izgradnju zatvorenog kruga s tekućinom koja cirkulira kroz vruću stijenu ( riža. 5). Najprije se buši bušotina koja dolazi do područja vruće stijene; zatim se kroz nju u stijenu pod visokim pritiskom pumpa hladna voda, što dovodi do stvaranja pukotina u njoj. Nakon toga se kroz tako formiranu zonu slomljene stijene buši druga bušotina. Konačno, hladna voda s površine se pumpa u prvi bunar. Dok prolazi kroz vruću stijenu, zagrijava se i izvlači se kroz drugu bušotinu u obliku pare ili tople vode, koja se zatim može koristiti za proizvodnju električne energije na jedan od načina o kojima smo ranije govorili.
Sustavi visokog toplinskog toka
Geotermalni sustavi trećeg tipa postoje u područjima gdje se duboko usađeni sedimentni bazen nalazi u zoni s visokim vrijednostima protoka topline. U područjima kao što su pariški ili mađarski bazeni, temperatura vode koja dolazi iz bunara može doseći 100 °C.
Posebna kategorija naslaga ovog tipa nalazi se u područjima gdje je normalni protok topline kroz tlo zarobljen u izolacijskim nepropusnim slojevima gline koji nastaju u brzo silažnim geosinklinalnim zonama ili u područjima slijeganja zemljine kore. Temperatura vode koja dolazi iz geotermalnih naslaga u geotlačnim zonama može doseći 150–180 °C, a tlak na ušću bušotine je 28–56 MPa. Dnevna proizvodnja po bušotini može biti nekoliko milijuna kubnih metara tekućine. Geotermalni bazeni u zonama povećanog geotlaka pronađeni su u mnogim područjima tijekom istraživanja nafte i plina, primjerice u Sjevernoj i Južnoj Americi, Dalekom i Srednjem istoku, Africi i Europi. Mogućnost korištenja takvih ležišta u energetske svrhe još nije dokazana.
Energija oceana
Oštar porast cijena goriva, poteškoće u dobivanju, izvješća o iscrpljivanju resursa goriva - svi ovi vidljivi znakovi energetske krize izazvali su u mnogim zemljama značajan interes posljednjih godina za nove izvore energije, uključujući energiju oceana.
Toplinska energija oceana
Poznato je da su rezerve energije u Svjetskom oceanu kolosalne, jer dvije trećine zemljine površine (361 milijun km 2) zauzimaju mora i oceani - Tihi ocean je 180 milijuna km 2 . Atlantska - 93 milijuna km2, Indijska - 75 milijuna km2.struja procjenjuje se na vrijednost reda od 10 18 J. Međutim, do sada su ljudi u stanju koristiti samo beznačajan dio te energije, pa čak i tada po cijenu velika i polako otplaćujuća kapitalna ulaganja, tako da se takva energija do sada činila neperspektivnom.
Posljednje desetljeće karakteriziraju određeni uspjesi u korištenju toplinske energije oceana. Tako su nastale mini-OTES i OTES-1 instalacije (OTES su početna slova engleskih riječi Ocean Thermal Energy Conversion, tj. pretvorba toplinske energije oceana - govorimo o pretvorbi u električnu energiju). U kolovozu 1979. u blizini Havajskih otoka počela je raditi mini-OTES termoelektrana. Probni rad instalacije tijekom tri i pol mjeseca pokazao je njegovu dovoljnu pouzdanost. Uz kontinuirani 24-satni rad nije bilo kvarova, ali ako se računaju manji tehnički problemi koji se obično javljaju prilikom testiranja bilo koje nove instalacije. Ukupna snaga mu je u prosjeku iznosila 48,7 kW, maksimalno -53 kW; Instalacija je dala 12 kW (maksimalno 15) vanjskoj mreži za nosivost, točnije, za punjenje baterija. Ostatak proizvedene energije utrošen je za vlastite potrebe elektrane. To uključuje troškove energije za rad tri crpke, gubitke u dva izmjenjivača topline, turbini i generatoru električne energije.
Iz sljedećeg proračuna bile su potrebne tri pumpe: jedna za dovod toplih vrsta iz oceana, druga za crpljenje hladne vode s dubine od oko 700 m, treća za pumpanje sekundarnog radnog fluida unutar samog sustava, odnosno od kondenzatora do isparivač. Amonijak se koristi kao sekundarni radni fluid.
Mini-OTES jedinica je montirana na teglenicu. Ispod njegovog dna nalazi se dugačak cjevovod za dovod hladne vode. Cjevovod je polietilenska cijev dužine 700 m s unutarnjim promjerom 50 cm.Cjevovod je pričvršćen na dno posude posebnom bravom koja omogućuje, po potrebi, brzo odvajanje. Polietilenska cijev se istovremeno koristi za sidrenje sustava cijevi-posuda. Originalnost ovakvog rješenja je nesumnjiva, budući da je sidrenje za snažnije OTEC sustave koji se trenutno razvijaju vrlo ozbiljan problem.
Po prvi put u povijesti tehnologije, mini-OTES jedinica je uspjela prenijeti korisnu snagu na vanjsko opterećenje, istovremeno pokrivajući vlastite potrebe. Iskustvo stečeno tijekom rada mini-OTES-a omogućilo je brzu izgradnju snažnije termoelektrane OTEC-1 i početak projektiranja još snažnijih sustava ovog tipa.
Nove OTES stanice s kapacitetom od nekoliko desetaka i stotina megavat dizajnirani su bez broda. Ovo je jedna grandiozna cijev u čijem se gornjem dijelu nalazi okrugla strojarnica u kojoj su smješteni svi potrebni uređaji za pretvorbu energije ( riža. 6). Gornji kraj cjevovoda za vodu bit će smješten u oceanu na dubini od 25–0 m. Oko cijevi se projektira strojnica na dubini od oko 100 m. Tu će biti ugrađene turbinske jedinice koje rade na parama amonijaka, kao i sva ostala oprema. Masa cijele konstrukcije prelazi 300 000 tona Čudovišna cijev koja ide gotovo kilometar u hladne dubine oceana, a u njenom gornjem dijelu nalazi se nešto poput malog otoka. I nikakav brod, osim, naravno, uobičajenih brodova potrebnih za održavanje sustava i komunikaciju s obalom.
Energija oseke i oseke.
Ljudi su stoljećima razmišljali o uzroku oseke i oseke mora. Danas pouzdano znamo da je snažan prirodni fenomen - ritmičko kretanje morskih voda - uzrokovan silama privlačenja Mjeseca i Sunca. Budući da je Sunce 400 puta dalje od Zemlje, mnogo manja masa Mjeseca djeluje na zemaljska ognjišta dvostruko više od mase Sunca. Stoga plima koju uzrokuje mjesec (mjesečeva plima) igra odlučujuću ulogu. U moru se plime izmjenjuju s osekama teoretski nakon 6 sati 12 minuta i 30 sekundi. Ako su Mjesec, Sunce i Zemlja na istoj pravoj liniji (tzv. sizigija), Sunce svojim privlačenjem pojačava utjecaj Mjeseca i tada nastaje jaka plima (plima sizigija, odnosno visoka voda). Kada je Sunce pod pravim kutom u odnosu na segment Zemlja-Mjesec (kvadrat), javlja se slaba plima (kvadrat ili niska voda). Jake i slabe plime izmjenjuju se svakih sedam dana.
Međutim, pravi tijek oseke i oseke vrlo je složen. Na njega utječu značajke kretanja nebeskih tijela, priroda obale, dubina vode, morske struje i vjetar.
Najveći i najjači plimni valovi javljaju se u plitkim i uskim zaljevima ili ušćima rijeka koje se ulijevaju u mora i oceane. Plimni val Indijskog oceana kotrlja se protiv struje Gangesa na udaljenosti od 250 km od njegova ušća. Plimni val Atlantskog oceana proteže se 900 km uz Amazonu. U zatvorenim morima, kao što su Crno ili Sredozemno, javljaju se mali plimni valovi visine 50-70 cm.
Maksimalna moguća snaga u jednom ciklusu plime - oseke, tj. od jedne plime do druge, izražava se jednadžbom
gdje R – gustoća vode, g je akceleracija gravitacije, S je područje plimnog bazena, R- razlika u razinama za vrijeme plime.
Kao što se vidi iz (formule, za korištenje energije plime i oseke, takva mjesta na morskoj obali mogu se smatrati najprikladnijima, gdje plime i oseke imaju veliku amplitudu, a kontura i topografija obale omogućuju uređenje veliki zatvoreni "bazeni".
Kapacitet elektrana ponegdje bi mogao biti 2-20 MW.
Budući da je energija sunčevog zračenja raspoređena na velikom području (drugim riječima, ima malu gustoću), svaka instalacija za izravno korištenje sunčeve energije mora imati sabirni uređaj (kolektor) dovoljne površine.
Najjednostavniji uređaj ove vrste je ravni kolektor; u principu, ovo je crna ploča, dobro izolirana odozdo, prekrivena je staklom ili plastikom koja propušta svjetlost, ali ne otkriva infracrveno toplinsko zračenje. U prostoru između mjedi i stakla najčešće se postavljaju crne cijevi kroz koje struji voda, ulje, živa, zrak, ugljični anhidrid itd. P. Sunčevo zračenje, prodorno kai kroz staklo ili plastiku u kolektor, apsorbiraju ih crne cijevi i ploča i zagrijavaju radni nju u tijelo u cijevima. Toplinsko zračenje ne može napustiti kolektor, pa je temperatura u njemu mnogo viša (za 200–500°S) od temperature okolnog zraka. To je takozvani efekt staklenika. Obične vrtne perike su, zapravo, jednostavni sakupljači sunčevog zračenja. Ali što dalje od tropa, to manje eff Horizontalni kolektor je ok, a preteško i skupo ga je rotirati da bi pratio Sunce. Stoga se takvi kolektori obično postavljaju pod određenim optimalnim kutom prema jugu.
Složeniji i skuplji kolektor je konkavno zrcalo, koje koncentrira upadno zračenje u malom volumenu blizu određene geometrijske točke, fokusa. Reflektirajuća površina zrcala izrađena je od metalizirane plastike ili se sastoji od mnogih malih ravnih zrcala pričvršćenih na veliku paraboličnu bazu. Zahvaljujući posebnim mehanizmima, kolektori ovog tipa su stalno okrenuti prema Suncu - to vam omogućuje da prikupite što više sunčevog zračenja. Temperatura u radnom prostoru kolektora ogledala doseže 3000°C i više.
Sunčeva energija je jedna od materijalno najintenzivnijih vrsta proizvodnje energije. Velika upotreba sunčeve energije povlači gigantski porast potrebe za materijalima, a time i za radnim resursima za vađenje sirovina, njihovo obogaćivanje, proizvodnju materijala, proizvodnju heliostata, kolektora, druge opreme, i njihov transport. Proračuni pokazuju da će za proizvodnju 1 MW* godine električne energije korištenjem sunčeve energije biti potrebno od 10.000 do 40.000 radnih sati. U tradicionalnoj energiji na fosilna goriva, ta brojka iznosi 200-500 čovjek-sati.
Do sada je električna energija koju proizvode sunčeve zrake puno skuplja od one dobivene tradicionalnim metodama. Znanstvenici se nadaju da će pokusi koje će provoditi na eksperimentalnim objektima i postajama pomoći u rješavanju ne samo tehničkih, već i ekonomskih problema. No, unatoč tome, konverterske stanice solarne energije se grade i rade.
Od 1988. godine na poluotoku Kerč radi Krimska solarna elektrana. Čini se da mu je mjesto odredio sam zdrav razum. Pa, ako će se takve stanice graditi bilo gdje, to je prvenstveno u regiji odmarališta, lječilišta, odmarališta, turističkih ruta; u regiji u kojoj je potrebno puno energije, ali je još važnije održavati okoliš čistim, čija je dobrobit, a prije svega čistoća zraka, ljekovita za čovjeka.
Krimska solarna elektrana je mala - kapacitet je samo 5 MW. U određenom smislu, ona je test snage. Iako, čini se, što još treba pokušati kada se zna iskustvo izgradnje solarnih stanica u drugim zemljama.
Na otoku Siciliji početkom 80-ih, solarna elektrana snage 1 MW davala je struju. Princip njegovog rada je također toranj. Ogledala usmjeravaju sunčeve zrake na prijemnik koji se nalazi na visini od 50 metara. Tamo se stvara para s temperaturom većom od 600 °C, koja pokreće tradicionalnu turbinu na koju je priključen strujni generator. Nepobitno je dokazano da elektrane snage 10-20 MW, ali i mnogo više, mogu raditi na tom principu ako se slični moduli grupiraju međusobno povezujući ih.
Malo drugačiji tip elektrane u Alqueriji u južnoj Španjolskoj. Njegova razlika je u tome što sunčeva toplina usmjerena na vrh tornja pokreće ciklus natrija, koji već zagrijava vodu u paru. Ova opcija ima niz prednosti. Natrijev akumulator topline osigurava ne samo kontinuirani rad elektrane, već i omogućuje djelomično akumuliranje viška energije za rad u oblačnom vremenu i noću. Kapacitet španjolske stanice je samo 0,5 MW. Ali na njegovom principu mogu se stvoriti mnogo veće - do 300 MW. U instalacijama ovog tipa koncentracija sunčeve energije je toliko visoka da učinkovitost procesa parne turbine nije ništa lošija nego u tradicionalnim termoelektranama.
Prema mišljenju stručnjaka, najatraktivnija ideja u pogledu pretvorbe sunčeve energije je korištenje fotoelektričnog efekta u poluvodičima.
No, na primjer, solarna elektrana u blizini ekvatora s dnevnom snagom od 500 MWh (približno količinom energije koju proizvodi prilično velika hidroelektrana) s učinkovitošću od 10% bi zahtijevalo efektivnu površinu od oko 500.000 m 2 . Jasno je da tako ogromna količina solarnih poluvodičkih ćelija može. isplatiti tek kada im je proizvodnja stvarno jeftina. Učinkovitost solarnih elektrana na drugim područjima Zemlje bila bi niska zbog nestabilnih atmosferskih uvjeta, relativno niskog intenziteta sunčevog zračenja koje atmosfera apsorbira čak i za sunčanih dana, kao i fluktuacija zbog izmjenjivanja dana. i noć.
Ipak, solarne fotoćelije već danas nalaze svoju specifičnu primjenu. Pokazali su se praktički nezamjenjivi izvori električne struje u raketama, satelitima i automatskim međuplanetarnim stanicama, a na Zemlji - prvenstveno za napajanje telefonskih mreža u neelektrificiranim područjima ili za male potrošače struje (radio oprema, električni brijači i upaljači itd.). ) . Poluvodičke solarne baterije prvi put su postavljene na treći sovjetski umjetni satelit Zemlje (lansiran u orbitu 15. svibnja 1958.).
Radovi u tijeku, procjene u tijeku. Zasad se, mora se priznati, ne zalažu za solarne elektrane: danas su te konstrukcije među najsloženijim i najskupljim tehničkim metodama korištenja sunčeve energije. Potrebne su nam nove opcije, nove ideje. U njima nema nestašice. Provedba je lošija.
Atomska energija.
Prilikom proučavanja raspada atomskih jezgri, pokazalo se da svaka jezgra teži manje od zbroja masa njezinih protona i neutrona. To je zato što kada se protoni i neutroni spoje u jezgru, oslobađa se puno energije. Gubitak mase jezgri po 1 g jednak je količini toplinske energije koja bi se dobila spaljivanjem 300 vagona ugljena. Stoga ne čudi da su istraživači uložili sve napore da pronađu ključ koji bi omogućio "otvaranje" atomske jezgre i oslobađanje ogromne energije skrivene u njoj.
U početku se ovaj zadatak činio nepremostivim. Nije slučajno što su znanstvenici odabrali neutron kao instrument. Ova čestica je električno neutralna i na nju ne utječu električne odbojne sile. Stoga neutron može lako prodrijeti u atomsku jezgru. Neutroni su bombardirali jezgre atoma pojedinih elemenata. Kad je red došao na uran, pokazalo se da se ovaj teški element ponaša drugačije od ostalih. Usput, treba podsjetiti da prirodni uran sadrži tri izotopa: uran-238 (238 U), uran-235 (235 U) i uran-234 (234 U), a broj označava maseni broj.
Pokazalo se da je atomska jezgra urana-235 mnogo manje stabilna od jezgri drugih elemenata i izotopa. Pod utjecajem jednog neutrona dolazi do fisije (cijepanja) urana, njegova se jezgra raspada na dva približno identična fragmenta, na primjer, na jezgre kriptona i barija. Ti se fragmenti raspršuju u različitim smjerovima velikom brzinom.
Ali glavna stvar u ovom procesu je da raspad jedne jezgre urana proizvodi dva ili tri nova slobodna neutrona. Razlog je taj što teška jezgra urana sadrži više neutrona nego što je potrebno za stvaranje dvije manje atomske jezgre. Previše je “građevinskog materijala” i atomska jezgra mora ga se riješiti.
Svaki od novih neutrona može učiniti ono što je učinio prvi kada je razdvojio jednu jezgru. Doista, povoljan izračun: umjesto jednog neutrona, dobivamo dva ili tri s istom sposobnošću da razdvoje sljedeće dvije ili tri jezgre urana-235. I tako dalje: dolazi do lančane reakcije, a ako se ne kontrolira, ona postaje lavina i završava snažnom eksplozijom – eksplozijom atomske bombe. Naučivši regulirati ovaj proces, ljudi su dobili priliku gotovo kontinuirano primati energiju iz atomskih jezgri urana. Taj se proces kontrolira u nuklearnim reaktorima.
Nuklearni reaktor je uređaj u kojem se odvija kontrolirana lančana reakcija. U ovom slučaju, raspad atomskih jezgri služi kao regulirani izvor topline i neutrona.
Prvi projekt nuklearnog reaktora razvio je 1939. godine francuski znanstvenik Frederic Joliot-Curie. Ali ubrzo su nacisti okupirali Francusku, a projekt nije proveden.
Lančana reakcija fisije urana prvi put je izvedena 1942. godine u SAD-u, u reaktoru koji je skupina istraživača predvođena talijanskim znanstvenikom Enricom Fermijem izgradila na stadionu Sveučilišta u Chicagu. Ovaj reaktor je imao dimenzije 6x6x6,7 m i snagu od 20 kW; radio je bez vanjskog hlađenja.
Prvi nuklearni reaktor u SSSR-u (i u Europi) izgrađen je pod vodstvom akad. I. V. Kurchatova i lansiran 1946. godine
Nuklearna energija se danas razvija brzinom bez presedana. Za trideset godina ukupni kapacitet nuklearnih jedinica narastao je s 5 tisuća na 23 milijuna kilovata! Neki znanstvenici su mišljenja da će do 21. stoljeća oko polovice svjetske električne energije proizvoditi nuklearne elektrane.
U principu, nuklearni reaktor je prilično jednostavan - u njemu se, baš kao iu običnom kotlu, voda pretvara u paru. Da biste to učinili, koristite energiju oslobođenu tijekom lančane reakcije raspada atoma urana ili drugog nuklearnog goriva. Ne postoji ogroman parni kotao u nuklearnoj elektrani, koji se sastoji od tisuća kilometara čeličnih cijevi, kroz koje voda kruži pod ogromnim pritiskom, pretvarajući se u paru. Ovaj kolos je zamijenjen relativno malim nuklearnim reaktorom.
Nuklearni reaktori na toplinskim neutronima međusobno se razlikuju uglavnom po dva načina: koje se tvari koriste kao moderator neutrona, a koje kao rashladno sredstvo, uz pomoć koje se toplina odvodi iz jezgre reaktora. Trenutno su najrasprostranjeniji reaktori s vodom pod tlakom, u kojima obična voda služi i kao moderator neutrona i kao rashladno sredstvo, uran-grafitni reaktori (moderator je grafit, rashladna tekućina je obična voda), plinsko-grafitni reaktori (moderator je grafit , rashladno sredstvo je plin, često ugljični dioksid), teški vodeni reaktori (moderator - teška voda, rashladna tekućina - teška ili obična voda).
Ni riža. 9 prikazan je shematski dijagram reaktora s vodom pod pritiskom. Jezgra reaktora je posuda debelih stijenki koja sadrži vodu i sklopove gorivnih elemenata koji su uronjeni u nju. Toplinu koju stvaraju gorivne šipke preuzima voda, čija temperatura značajno raste.
Dizajneri su snagu takvih reaktora doveli do milijun kilovata. Moćne elektrane instalirane su u Zaporožju, Balakovu i drugim nuklearnim elektranama. Uskoro će reaktori ovog dizajna, po svemu sudeći, sustići po snazi rekordera - milijun i pol iz nuklearne elektrane Ignalina.
No, ipak, budućnost nuklearne energije, po svemu sudeći, ostat će s trećom vrstom reaktora, čiji princip rada i dizajn predlažu znanstvenici - reaktori na brzim neutronima. Nazivaju se i reaktorima za razmnožavanje. Konvencionalni reaktori koriste spore neutrone, koji izazivaju lančanu reakciju u prilično rijetkom izotopu - uranu-235, što je samo oko jedan posto u prirodnom uranu. Zato je potrebno graditi goleme pogone u kojima se atomi urana doslovno prosijavaju, birajući od njih atome samo jedne vrste urana-235. Ostatak urana ne može se koristiti u konvencionalnim reaktorima. Postavlja se pitanje: hoće li ovaj rijedak izotop urana biti dovoljan za neko vrijeme ili će se čovječanstvo ponovno suočiti s problemom nedostatka energetskih resursa?
Prije više od trideset godina taj se problem postavio osoblju laboratorija Fizičko-energetskog instituta. Bila je riješena. Voditelj laboratorija Aleksandar Iljič Lejpunski predložio je dizajn reaktora na brzim neutronima. Godine 1955. izgrađena je prva takva instalacija. Prednosti reaktora na brze neutrone su očite. U njima se za dobivanje energije mogu iskoristiti sve rezerve prirodnog urana i torija, a ogromne su – samo u Svjetskom oceanu otopljeno je više od četiri milijarde tona urana.
Nema sumnje da je nuklearna energija zauzela čvrsto mjesto u energetskoj bilanci čovječanstva. Zasigurno će se razvijati i u budućnosti, bez izostanka opskrbljivati ljudima prijeko potrebnu energiju. No, bit će potrebne dodatne mjere kako bi se osigurala pouzdanost nuklearnih elektrana, njihov nesmetan rad, a znanstvenici i inženjeri će moći pronaći potrebna rješenja.
Energija vodika
Mnogi stručnjaci izražavaju zabrinutost zbog sve većeg trenda kontinuirane elektrifikacije gospodarstva i gospodarstva: sve više kemijskih goriva sagorijeva se u termoelektranama, a stotine novih nuklearnih elektrana, kao i novonastalih solarnih, vjetro- i geotermalnih elektrana, će u sve većem obimu (i u konačnici isključivo) raditi za proizvodnju električne energije. Stoga su znanstvenici zauzeti potragom za temeljno novim energetskim sustavima.
učinkovitosti termoelektrana je relativno niska, iako projektanti čine sve napore da je povećaju. U suvremenim elektranama na fosilna goriva iznosi oko 40%, a u nuklearnim elektranama 33%. U tom slučaju se veliki dio energije gubi s otpadnom toplinom (npr. zajedno s toplom vodom koja se ispušta iz rashladnih sustava), što dovodi do tzv. toplinskog onečišćenja okoliša. Iz toga proizlazi da termoelektrane treba graditi na onim mjestima gdje postoji dovoljna količina rashladne vode, odnosno u vjetrovitim područjima gdje hlađenje zraka neće negativno utjecati na mikroklimu. Tome se dodaju sigurnosni i higijenski problemi. Zato bi buduće velike nuklearne elektrane trebale biti smještene što dalje od gusto naseljenih područja. No, na taj se način izvori električne energije uklanjaju od njenih potrošača, što uvelike otežava problem prijenosa energije.
Prijenos električne energije žicom vrlo je skup: to je oko trećine cijene energije za potrošača. Kako bi se smanjili troškovi, dalekovodi se grade na sve višim naponima, koji će uskoro doseći 1500 kV. No, nadzemni visokonaponski vodovi zahtijevaju otuđenje velike kopnene površine, a osim toga, ranjivi su na vrlo jake vjetrove i druge meteorološke čimbenike. A podzemni kabelski vodovi koštaju 10 do 20 puta više, a postavljaju se samo u iznimnim slučajevima (na primjer, kada je to uzrokovano arhitektonskim ili pouzdanim razlozima).
Najozbiljniji problem je akumulacija i skladištenje električne energije, budući da elektrane najekonomičnije rade pri konstantnoj snazi i punom opterećenju. U međuvremenu, potražnja za električnom energijom se mijenja tijekom dana, tjedna i godine, tako da joj treba prilagoditi snagu elektrana. Jedini način pohrane velikih količina električne energije za buduću upotrebu trenutno su crpne elektrane, ali one su pak povezane s mnogim problemima.
Svi ti problemi s kojima se susreće moderna energetika mogli bi, prema mišljenju mnogih stručnjaka, omogućiti korištenje vodika kao goriva i stvaranje takozvane vodikove energetske ekonomije.
Vodik, najjednostavniji i najlakši od svih kemijskih elemenata, može se smatrati idealnim gorivom. Dostupan je gdje god ima vode. Izgaranjem vodika nastaje voda koja se može ponovno razgraditi na vodik i kisik, a taj proces ne uzrokuje nikakvo onečišćenje okoliša. Plamen vodika ne ispušta u atmosferu produkte koji neizbježno prate izgaranje bilo koje druge vrste goriva: ugljični dioksid, ugljični monoksid, sumporov dioksid, ugljikovodici, pepeo, organski peroksidi itd. Vodik ima vrlo visoku ogrjevnu vrijednost: izgaranje 1 g vodika proizvodi 120 J toplinske energije, a pri izgaranju 1 g benzina - samo 47 J.
Vodik se može transportirati i distribuirati cjevovodima poput prirodnog plina. Cjevovodni transport goriva najjeftiniji je način prijenosa energije na velike udaljenosti. Osim toga, cjevovodi su položeni pod zemljom, što ne remeti krajolik. Plinovodi zauzimaju manje površine nego nadzemni električni vodovi. Prijenos energije u obliku plina vodika kroz cjevovod od 750 mm preko 80 km koštao bi manje od prijenosa iste količine energije u obliku izmjenične struje kroz podzemni kabel. Na udaljenostima većim od 450 km, cjevovodni transport vodika jeftiniji je nego korištenjem nadzemnog dalekovoda 40 kV DC, a na udaljenosti većim od 900 km jeftiniji je od nadzemnog dalekovoda 500 kV AC.
Vodik je sintetičko gorivo. Može se dobiti iz ugljena, nafte, prirodnog plina ili razgradnjom vode. Prema procjenama, danas svijet proizvodi i troši oko 20 milijuna tona vodika godišnje. Polovica te količine troši se na proizvodnju amonijaka i gnojiva, a ostatak - na uklanjanje sumpora iz plinovitih goriva, u metalurgiji, za hidrogenaciju ugljena i drugih goriva. U današnjem gospodarstvu, vodik ostaje više kemikalija nego energetska sirovina.
Suvremene i obećavajuće metode proizvodnje vodika
Danas se vodik proizvodi uglavnom (oko 80%) iz nafte. Ali to je neekonomičan proces za energiju, jer energija dobivena iz takvog vodika košta 3,5 puta više od energije izgaranja benzina. Osim toga, cijena takvog vodika stalno raste kako cijene nafte rastu.
Mala količina vodika se proizvodi elektrolizom. Proizvodnja vodika elektrolizom vode skuplja je od proizvodnje iz nafte, ali će se razvojem nuklearne energije proširiti i pojeftiniti. Stanice za elektrolizu vode mogu se postaviti u blizini nuklearnih elektrana, gdje će se sva energija koju proizvede elektrana koristiti za razgradnju vode uz stvaranje vodika. Istina, cijena elektrolitskog vodika ostat će viša od cijene električne struje, ali troškovi transporta i distribucije vodika su toliko mali da će konačna cijena za potrošača biti sasvim prihvatljiva u odnosu na cijenu električne energije.
Danas istraživači intenzivno rade na smanjenju troškova tehnoloških procesa za proizvodnju vodika velikih razmjera zbog učinkovitije razgradnje vode visokotemperaturnom elektrolizom vodene pare, korištenjem katalizatora, polunepropusnih membrana itd.
Velika se pozornost posvećuje termolitičkoj metodi, koja se (u budućnosti) sastoji u razgradnji vode na vodik i kisik na temperaturi od 2500 ° C. No, inženjeri još nisu svladali takvu temperaturnu granicu u velikim tehnološkim jedinicama, uključujući i one koje rade na atomskoj energiji (u visokotemperaturnim reaktorima zasad računaju samo na temperaturu od oko 1000 ° C). Stoga istraživači nastoje razviti procese koji se odvijaju u nekoliko faza, a koji bi omogućili proizvodnju vodika u temperaturnim rasponima ispod 1000°C.
1969. godine u talijanskom ogranku Euratoma pušteno je u rad postrojenje za termolitičku proizvodnju vodika, koje je radilo učinkovito. 55% na 730°C. U ovom slučaju korišteni su kalcijev bromid, voda i živa. Voda u biljci se razgrađuje na vodik i kisik, a preostali reagensi kruže u ponovljenim ciklusima. Ostalo - projektirane instalacije koje rade - na temperaturama od 700–800°C. Vjeruje se da će visokotemperaturni reaktori povećati učinkovitost. takvih procesa do 85%. Danas nismo u mogućnosti točno predvidjeti koliko će vodik koštati. No s obzirom na to da cijene svih modernih oblika energije imaju tendenciju rasta, može se pretpostaviti da će dugoročno energija u obliku vodika biti jeftinija nego u obliku prirodnog plina, a možda i u obliku električne energije.
Upotreba vodika
Kada vodik postane jednako pristupačno gorivo kao što je prirodni plin danas, moći će ga zamijeniti posvuda. Vodik se može sagorijevati u pećima, bojlerima i pećima za grijanje opremljenim plamenicima koji se malo ili nimalo razlikuju od današnjih plamenika koji se koriste za sagorijevanje prirodnog plina.
Kao što smo već rekli, kada se vodik izgori, ne ostaju štetni produkti izgaranja. Stoga nema potrebe za sustavima za uklanjanje ovih proizvoda za uređaje za grijanje na vodik. Štoviše, vodena para nastala tijekom izgaranja može se smatrati korisnim proizvodom - vlaži zrak (kao što znate, u modernim stanovima s centralnim grijanjem, zrak je previše suh). A odsutnost dimnjaka ne samo da pomaže u uštedi troškova izgradnje, već i povećava učinkovitost grijanja za 30%.
Vodik može poslužiti i kao kemijska sirovina u mnogim industrijama, na primjer, u proizvodnji gnojiva i prehrambenih proizvoda, u metalurgiji i petrokemiji. Također se može koristiti za proizvodnju električne energije u lokalnim termoelektranama.
Zaključak.
Uloga energije u održavanju i daljnjem razvoju civilizacije je neosporna. U modernom društvu teško je pronaći barem jedno područje ljudske aktivnosti koje ne bi zahtijevalo - izravno ili neizravno - više energije nego što ljudski mišići mogu pružiti.
Potrošnja energije važan je pokazatelj životnog standarda. U ono vrijeme kada je čovjek dobivao hranu sakupljajući šumsko voće i loveći životinje, dnevno mu je trebalo oko 8 MJ energije. Nakon ovladavanja vatrom ta se vrijednost povećala na 16 MJ: u primitivnom poljoprivrednom društvu iznosila je 50 MJ, a u razvijenijem 100 MJ.
Tijekom postojanja naše civilizacije mnogo je puta došlo do promjene tradicionalnih izvora energije u nove, naprednije. I to ne zato što je stari izvor iscrpljen.
Sunce je uvijek sjalo i grijalo čovjeka: ipak, jednog dana ljudi su ukrotili vatru i počeli paliti drva. Tada je drvo ustupilo mjesto ugljenu. Činilo se da su zalihe drva neograničene, ali parni strojevi su zahtijevali više kalorične "hrane".
Ali to je bila samo pozornica. Ugljen uskoro gubi vodstvo na energetskom tržištu zbog nafte.
A sada novi krug u naše dane, vodeće vrste goriva su i dalje nafta i plin. Ali za svaki novi kubični metar plina ili tonu nafte treba ići dalje na sjever ili istok, dublje kopati u zemlju. Nije ni čudo što će nas nafta i plin svake godine sve više koštati.
Zamjena? Trebamo novog energetskog lidera. Oni će nesumnjivo biti nuklearni izvori.
Zalihe urana, ako ih, recimo, usporedimo s rezervama ugljena, ne izgledaju tako velike. Ali s druge strane, po jedinici težine, sadrži milijune puta više energije od ugljena.
A rezultat je sljedeći: pri proizvodnji električne energije u nuklearnim elektranama smatra se da se mora potrošiti sto tisuća puta manje novca i rada nego pri vađenju energije iz ugljena. A nuklearno gorivo dolazi umjesto nafte i ugljena... Uvijek je bilo ovako: sljedeći izvor energije također je bio moćniji. To je bila, da tako kažem, "militantna" linija energije.
U potrazi za viškom energije, osoba je uranjala sve dublje i dublje u elementarni svijet prirodnih pojava i do nekog vremena nije stvarno razmišljala o posljedicama svojih djela i postupaka.
Ali vremena su se promijenila. Sada, na kraju 20. stoljeća, počinje nova, značajna faza zemaljske energije. Bilo je "štedljive" energije. Izgrađen tako da čovjek ne reže granu na kojoj sjedi. Brinuo se o zaštiti ionako teško oštećene biosfere.
Bez sumnje, u budućnosti, paralelno s linijom intenzivnog razvoja, elektroprivreda će dobiti široka prava građanstva i opsežnu liniju: raspršeni izvori energije ne prevelike snage, ali visoke učinkovitosti, ekološki prihvatljivi, jednostavni za korištenje.
Upečatljiv primjer toga je brz početak elektrokemijske energije, koja će kasnije, očito, biti nadopunjena sunčevom energijom. Energija se vrlo brzo akumulira, asimilira, upija sve najnovije ideje, izume, dostignuća znanosti. To je razumljivo: energija je doslovno povezana sa svime, a sve je privučeno energijom, ovisi o njoj.
Dakle, energetska kemija, energija vodika, svemirske elektrane, energija zapečaćena u antimateriji, kvarkovi, "crne rupe", vakuum - to su samo najupečatljivije prekretnice, dodiri, pojedinačne karakteristike scenarija koji nam se ispisuje pred očima i koji može se nazvati sutra.Energija.
Energetski labirinti. Tajanstveni prolazi, uske, vijugave staze. Pun misterija, prepreka, neočekivanih uvida, krikova tuge i poraza, klikova radosti i pobjeda. Trnovit, težak, neizravni energetski put čovječanstva. Ali vjerujemo da smo na putu u Eru energetskog obilja i da će sve prepreke, barijere i poteškoće biti prevladane.
Priča o energiji je beskrajna, alternativni oblici njezina korištenja su bezbrojni, s tim da za to moramo razviti učinkovite i ekonomične metode. Nije toliko važno kakvo je vaše mišljenje o potrebama za energijom, o energentima, njezinoj kvaliteti i cijeni. Nas, očito. treba se samo složiti s onim što je rekao učeni mudrac, čije ime ostaje nepoznato: "Nema lakih odluka, postoje samo razumni izbori."
Bibliografija
1. 1. Augusta Goldin. Oceani energije. - Per. s engleskog. - M.: Znanje, 1983. - 144 str.
2. 2. Balanchevadze V. I., Baranovsky A. I. i drugi; Ed. A. F. Djakova. Energija danas i sutra. – M.: Energoatomizdat, 1990. – 344 str.
3. 3. Više nego dovoljno. Optimističan pogled na budućnost svjetske energije / Ed. R. Clark: Per. s engleskog. – M.: Energoatomizdat, 1984. – 215 str.
4. 4. Burdakov V.P. Električna energija iz svemira. – M.: Energoatomizdat, 1991. – 152 str.
5. 5. N. V. Vershinsky, Energija oceana. – M.: Nauka, 1986. – 152 str.
6. 6. Gurevich Yu. Hladno spaljivanje. //Kvantni. - 1990. - br. 6. - čl. 9-15 (prikaz, stručni).
7. 7. Izvori energije. Činjenice, problemi, rješenja. - M.: Znanost i tehnologija, 1997. - 110 str.
8. 8. Kirillin V. A. Energija. Glavni problemi: U pitanjima i odgovorima. - M.: Znanje, 1990. - 128 str.
9. 9. Yu. D. Kononov.Energija i ekonomija. Problemi prijelaza na nove izvore energije. – M.: Nauka, 1981. – 190 str.
10. 10. Merkulov O. P. Na tragu energije budućnosti. - K .: Naukova Dumka, 1991. - 123 str.
11. 11. Svjetska energija: prognoza razvoja do 2020. / Per. s engleskog. izd. Yu. N. Starshikova. - M.: Energija, 1980. - 256 str.
12.12 Netradicionalni izvori energije. - M.: Znanje, 1982. - 120 str.
13.13 Podgorny A. N. Energija vodika. - 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 uvođenja netradicionalnih i inovativnih izvora energije u Ukrajini.// Energija i elektrifikacija. - 1995. - br.2. - čl. 39-42 (prikaz, stručni).
17. 17. Energija svijeta: Prijevodi izvještaja XI kongresa MIREC-a / Ed. P. S. Neporožni. – M.: Energoatomizdat, 1982. – 216 str.
18.18 Energetski resursi svijeta / Ed. P.S. Neporozhny, V.I. Popkov. – M.: Energoatomizdat, 1995. – 232 str.
19.19.Yu. Töldeshi, Y. Lesny. Svijet traži energiju. – M.: Mir, 1981. – 440 str.
20.20.Yudasin L.S. Energija: problemi i nade. - M.: Prosvjeta, 1990. - 207 str.
Kratki opis
Ako je krajem prošlog stoljeća najčešća energija sada - električna - igrala, općenito, pomoćnu i beznačajnu ulogu u svjetskoj ravnoteži, onda je već 1930. godine u svijetu proizvedeno oko 300 milijardi kilovat-sati električne energije. Prognoza prema kojoj će se 2000. godine proizvesti 30.000 milijardi kilovat-sati je sasvim realna! Divovske brojke, neviđene stope rasta! I dalje će biti malo energije, potražnja za njom raste još brže.
Uvod…………………………………………………………………………………3
1. Vrste energije……………………………………………………………………………4
1. Energija sunca…………………………………………………………………………4
2. Energija vjetra……………………………………………………………………….5
3. Energija rijeka………………………………………………………………………………………..6
4. Energija zemlje…………………………………………………………………………..6
5. Energija oceana………………………………………………………………………….7
6. Atomska energija……………………………………………………………………….14
Zaključak………………………………………………………………………..16
Literatura………………………………………………………….17
Radni sadržaj - 2 datoteke
Ali ne samo za grijanje ljudi crpe energiju iz dubina zemlje. Elektrane na tople podzemne izvore rade već duže vrijeme. Prva takva elektrana, još uvijek vrlo male snage, izgrađena je 1904. godine u malom talijanskom gradiću Larderellu, nazvanom po francuskom inženjeru Larderelliju, koji je davne 1827. izradio projekt korištenja brojnih toplih izvora na tom području. Postupno je rastao kapacitet elektrane, puštalo se u pogon sve više novih jedinica, korišteni su novi izvori tople vode, a danas je snaga stanice već dosegla impresivnu vrijednost - 360 tisuća kilovata. Na Novom Zelandu postoji takva elektrana u regiji Wairakei, njen kapacitet je 160.000 kilovata. 120 kilometara od San Francisca u Sjedinjenim Državama, geotermalna stanica kapaciteta 500 tisuća kilovata proizvodi električnu energiju.
vat.
- Energija oceana
Poznato je da su rezerve energije u oceanima kolosalne. Dakle, toplinska (unutarnja) energija koja odgovara pregrijavanju površinskih voda oceana u usporedbi s vodama dna, recimo, za 20 stupnjeva, ima vrijednost reda 10^26 J. Kinetička energija oceanskih struja je procijenjena na vrijednost reda 10^18 J. Međutim, do sada su ljudi u stanju iskoristiti samo male djeliće te energije, pa čak i tada po cijenu velikih i polagano otplatljivih kapitalnih ulaganja, tako da takva energija ima daleko se činilo neperspektivnim.
Međutim, kontinuirano vrlo brzo iscrpljivanje fosilnih goriva (prvenstveno nafte i plina), čija je uporaba također povezana sa značajnim onečišćenjem okoliša (uključujući ovdje i toplinsko "zagađenje" i povećanje razine atmosferskog ugljičnog dioksida prijeteći klimatskim posljedicama) , oštro ograničenje rezervi urana (čija upotreba energije također stvara opasni radioaktivni otpad) i neizvjesnost vremenskih i ekoloških posljedica industrijske upotrebe fuzijske energije tjeraju znanstvenike i inženjere da posvećuju sve veću pozornost pronalaženju načina za smanjenje troškova -učinkovito iskoristiti goleme i bezopasne izvore energije i ne samo padove razine vode u rijekama, već i sunčevu toplinu, vjetar i energiju u oceanima.
Najočitiji način korištenja energije oceana je izgradnja plimnih elektrana (TE). Od 1967. godine, na ušću rijeke Rance u Francuskoj, na plimi i oseci do 13 metara visine, radi TE snage 240 tisuća kW s godišnjom snagom od 540 tisuća kWh. Sovjetski inženjer Bernstein razvio je zgodan način za izgradnju PES jedinica koje se vuku plutaju na prava mjesta i izračunao je isplativ postupak za uključivanje PES-a u elektroenergetsku mrežu u satima njihovog maksimalnog opterećenja od strane potrošača. Njegove ideje testirane su u PES-u izgrađenom 1968. u Kislaya Gubi kod Murmanska; TE od 6 milijuna kW u zaljevu Mezen u Barentsovom moru čeka na svoj red.
Neočekivana prilika za oceansku energiju bio je uzgoj brzorastućih divovskih algi kelp iz splavi u oceanu, koje se lako prerađuju u metan kako bi zamijenile prirodni plin kao izvor energije. Prema dostupnim procjenama, jedan hektar nasada kelpa dovoljan je da u potpunosti osigura energiju za svaku osobu – potrošača.
"Oceanotermal Energy Conversion" (OTEC) dobio je veliku pozornost. generiranje električne energije zbog temperaturne razlike između površinskih i dubokih oceanskih voda koje usisava pumpa, na primjer, kada se koriste hlapljive tekućine kao što su propan, freon ili amonij u zatvorenom turbinskom ciklusu. Donekle slični, ali koliko se čini, vjerojatno udaljeniji su izgledi za dobivanje električne energije zbog razlike između slane i slatke vode, primjerice morske i riječne vode.
Mnogo je inženjerskog umijeća već uloženo u makete elektrogeneratora koji rade na valovima mora, a raspravlja se o izgledima za elektrane snage više tisuća kilovata. Divovske turbine na tako intenzivnim i stabilnim oceanskim strujama kao što je Golfska struja obećavaju još više.
Čini se da se neke od predloženih oceanskih elektrana mogu implementirati i postati profitabilne već sada. Istodobno, treba očekivati da će kreativni entuzijazam, umjetnost i domišljatost znanstvenih i inženjerskih radnika unaprijediti postojeće i stvoriti nove izglede za industrijsko korištenje energetskih resursa oceana. Čini se da bi se uz sadašnji tempo znanstvenog i tehnološkog napretka u narednim desetljećima trebali dogoditi značajni pomaci u energiji oceana.
Ocean je ispunjen izvanzemaljskom energijom koja u njega dolazi iz svemira. Dostupan je i siguran, te ne zagađuje okoliš, neiscrpan i besplatan.
Energija sunca dolazi iz svemira. Zagrijava zrak i stvara vjetrove koji uzrokuju valove. Zagrijava ocean koji pohranjuje toplinsku energiju. Pokreće struje, koje u isto vrijeme mijenjaju svoj smjer pod utjecajem rotacije Zemlje.
Energija sunčeve i lunarne privlačnosti dolazi iz svemira. To je pokretačka snaga sustava Zemlja-Mjesec i uzrokuje oseke i oseke. Ocean nije ravno, beživotno vodeno prostranstvo, već ogromna smočnica nemirne energije. Ovdje pljušte valovi, rađaju se oseke i tokovi, sijeku se struje, a sve se to puni energijom. Plutače i svjetionici na valove već su prošarali obalne vode Japana. Dugi niz godina zviždaljke američke obalne straže djeluju zbog vibracija valova.
Danas jedva da postoji obalna regija koja nema svog izumitelja koji radi na uređaju koji koristi energiju valova.
Od 1966. dva francuska grada u potpunosti zadovoljavaju svoje potrebe za električnom energijom iz energije plime i oseke. Elektrana na rijeci Rance (Bretany), koja se sastoji od dvadeset i četiri reverzibilna turbogeneratora, koristi ovu energiju. Izlazna snaga elektrane od 240 megavata jedna je od najmoćnijih hidroelektrana u Francuskoj.
Sedamdesetih godina prošlog stoljeća situacija se u energetskom sektoru promijenila. Svaki put kada su dobavljači na Bliskom istoku, Africi i Južnoj Americi podigli cijenu nafte, energija plime i oseke postala je privlačnija jer se uspješno natjecala u cijeni s fosilnim gorivima.
Ubrzo nakon toga u Sovjetskom Savezu, Južnoj Koreji i Engleskoj porastao je interes za obrise obala i mogućnosti izgradnje elektrana na njima. U tim su zemljama počeli ozbiljno razmišljati o korištenju energije plimnih valova i izdvajanju sredstava za znanstvena istraživanja u ovom području, njihovom planiranju.
Ne tako davno, skupina oceanskih znanstvenika skrenula je pozornost na činjenicu da Golfska struja nosi svoje vode blizu obale Floride brzinom od 5 milja na sat. Ideja korištenja ovog toka tople vode bila je vrlo primamljiva. Je li moguće? Mogu li divovske turbine i podvodni propeleri nalik vjetrenjačama generirati električnu energiju izvlačeći energiju iz struja i volje? "Može" - takav je zaključak 1974. godine MacArthurov komitet, koji je pod okriljem Nacionalne uprave za oceane i atmosferu u Miamiju (Florida). Opće je mišljenje bilo da postoje određeni problemi, ali da se svi mogu riješiti u u slučaju aproprijacija, budući da "u ovom projektu nema ničega što bi premašilo mogućnosti suvremene inženjerske i tehnološke misli".
Jedan od najperspektivnijih znanstvenika predvidio je da bi električna energija iz Golfske struje mogla biti konkurentna već 1980-ih.
Ocean pruža prekrasno okruženje za život, koje uključuje hranjive tvari, soli i druge minerale. U tom okruženju kisik otopljen u vodi hrani sve morske životinje od najmanjih do najvećih, od amebe do morskog psa. Otopljeni ugljični dioksid na sličan način podržava život svih morskih biljaka od jednostaničnih dijatomeja do 200-300 stopa (60-90 metara) visokih algi. Morski biolog treba samo napraviti korak naprijed kako bi prešao s percepcije oceana kao prirodnog sustava za održavanje života na pokušaj znanstvenog izdvajanja energije iz tog sustava.
Uz potporu američke mornarice, sredinom 1970-ih, tim oceanskih znanstvenika, pomorskih inženjera i ronilaca stvorio je prvu svjetsku oceansku energetsku farmu 40 stopa ispod suncem okupanog Pacifika u blizini San Clementa. Farma je bila mala. Uglavnom, sve je to bio samo eksperiment. Na farmi je rasla divovska kalifornijska alga.
Prema direktoru projekta dr. Howardu A. Wilcoxu, iz Centra za istraživanje morskih i oceanskih sustava u San Diegu, Kalifornija, "do 50% energije ovih algi može se pretvoriti u gorivo - u prirodni plin metan. Oceanske farme od budućnost, uzgoj smeđih algi na površini od oko 100.000 hektara (40.000 hektara), moći će osigurati energiju koja je dovoljna da u potpunosti zadovolji potrebe američkog grada od 50.000 stanovnika."
Ocean je oduvijek bio bogat energijom valova, plime i oseke i struja. U davna vremena, promatrajući kretanje vodenih struja, ribari nisu znali ništa o "energijama plime" niti o "uzgajanju kelpa", ali su znali da je lakše izaći na more za vrijeme oseke, a vratiti se za vrijeme plime. Naravno, znali su i da ponekad valovi jako i strašno udaraju o obalu, bacajući kamenje na njezine stijene, te o "morskim rijekama" koje su ih uvijek nosile na prave otoke i da se uvijek mogu prehraniti.školjke, rakovi , ribe i jestive alge koje rastu u oceanu.U današnjoj rastućoj potrebi za novim gorivima, oceanografi, kemičari, fizičari, inženjeri i tehnolozi sve više pažnje posvećuju oceanu kao potencijalnom izvoru energije.
Ogromna količina soli otopljena je u oceanu. Može li se salinitet koristiti kao izvor energije?
Može biti. Velika koncentracija soli u oceanu navela je brojne istraživače na Oceanografskom institutu Scrippa u La Colli (Kalifornija) i drugim centrima na ideju stvaranja takvih instalacija. Smatraju da je za dobivanje velike količine energije sasvim moguće dizajnirati baterije u kojima bi se odvijale reakcije između slane i neslane vode.
Temperatura oceanske vode varira od mjesta do mjesta. Između Tropika Raka i Tropika Jarca, površina vode se zagrijava do 82 stupnja Fahrenheita (27 C). Na dubini od 2000 stopa (600 metara) temperatura pada na 35, 36, 37 ili 38 stupnjeva Fahrenheita (2-3,5 C). Postavlja se pitanje: je li moguće koristiti temperaturnu razliku za proizvodnju energije? Može li termoelektrana koja pluta pod vodom proizvoditi električnu energiju?
Da, i moguće je.
Početkom 1920-ih Georges Claude, nadaren, odlučan i vrlo uporan francuski fizičar, odlučio je istražiti ovu mogućnost. Odabravši dio oceana u blizini obale Kube, nakon niza neuspješnih pokušaja, uspio je dobiti instalaciju kapaciteta 22 kilovata. Ovo je bilo veliko znanstveno dostignuće i pozdravili su ga mnogi znanstvenici.
Korištenjem tople vode na površini i hladne vode na dubini, te stvaranjem odgovarajuće tehnologije, imamo sve što je potrebno za proizvodnju električne energije, osigurani su zagovornici korištenja oceanske toplinske energije. "Prema našim procjenama, u tim površinskim vodama postoje rezerve energije koje su 10.000 puta veće od svjetskih potreba za njom."
"Jao", prigovorili su skeptici, "Georges Claude je dobio samo 22 kilovata struje u zaljevu Matanzas. Je li to ostvarilo profit?" Nije išlo, jer da bi dobio ova 22 kilovata, Claude je morao potrošiti 80 kilovata na rad svojih pumpi.
Danas će profesor John Isaac s SCRIPP instituta za oceanografiju učiniti izračune točnijim. Prema njegovim riječima, moderna tehnologija omogućit će stvaranje elektrana koje koriste temperaturnu razliku u oceanu za proizvodnju električne energije, što bi je proizvodilo dvostruko više od današnje svjetske potrošnje. To će biti električna energija koju proizvodi Termoelektrana Ocean (OTES).
Naravno, ovo je ohrabrujuća prognoza, ali čak i ako se obistini, rezultati neće pomoći u rješavanju svjetskih energetskih problema. Naravno, pristup OTEC-ovom opskrbi električnom energijom pruža velike mogućnosti, ali (barem za sada) struja neće podizati avione u nebo, pomicati automobile, kamione i autobuse, niti voziti brodove po morima.
No, avioni i automobili, autobusi i kamioni mogu se pokretati plinom koji se može izvući iz vode, a vode ima dovoljno u morima. Ovaj plin je vodik i može se koristiti kao gorivo. Vodik je jedan od najzastupljenijih elemenata u svemiru. U oceanu se nalazi u svakoj kapi vode. Sjećate li se formule vode? Formula HOH znači da se molekula vode sastoji od dva atoma vodika i jednog atoma kisika. Vodik ekstrahiran iz vode može se spaliti kao gorivo i koristiti ne samo za pogon raznih vozila, već i za proizvodnju električne energije.