Vrste energije: tradicionalna i alternativna. Energija budućnosti

2024 Autor: Howard Calhoun | [email protected]. Zadnja izmjena: 2023-12-17 10:20

Sve postojeće oblasti energije mogu se uslovno podeliti na zrele, u razvoju i koje su u fazi teorijskog proučavanja. Neke tehnologije su dostupne za implementaciju čak iu privatnoj privredi, dok se druge mogu koristiti samo u okviru industrijske podrške. Savremene vrste energije moguće je razmatrati i vrednovati sa različitih pozicija, ali su univerzalni kriterijumi ekonomske isplativosti i efikasnosti proizvodnje od fundamentalnog značaja. U mnogim aspektima, koncepti upotrebe tradicionalnih i alternativnih tehnologija za proizvodnju energije danas se razlikuju u ovim parametrima.

Tradicionalna energija

Ovo je širok sloj uspostavljenih industrija toplinske i električne energije, koji osiguravaju oko 95% svjetskih potrošača energije. Proizvodnja resursa odvija se na posebnim stanicama - to su objekti termoelektrana, hidroelektrana, nuklearnih elektrana itd. se generiše. Razlikuju se sljedeće faze proizvodnje energije:

• Proizvodnja, priprema i isporuka sirovina doobjekt proizvodnje jedne ili druge vrste energije. To mogu biti procesi ekstrakcije i obogaćivanja goriva, sagorevanja naftnih derivata, itd.
• Transfer sirovina u jedinice i sklopove koji direktno pretvaraju energiju.
• Procesi pretvaranja energije iz primarne u sekundarnu. Ovi ciklusi nisu prisutni na svim stanicama, ali, na primjer, radi pogodnosti isporuke i naknadne distribucije energije, mogu se koristiti različiti oblici - uglavnom toplina i električna energija.
• Održavanje gotove pretvorene energije, njen prenos i distribucija.

U završnoj fazi, resurs se šalje krajnjim korisnicima, koji mogu biti i sektori nacionalne ekonomije i obični vlasnici kuća.

Industrija termoelektrane

Najčešća energetska industrija u Rusiji. Termoelektrane u zemlji proizvode više od 1.000 MW koristeći ugalj, plin, naftne derivate, nalazišta škriljaca i treset kao sirovinu. Proizvedena primarna energija dalje se pretvara u električnu energiju. Tehnološki, takve stanice imaju puno prednosti, koje određuju njihovu popularnost. To uključuje nezahtjevne uslove rada i lakoću tehničke organizacije toka posla.

Termoenergetski objekti u vidu kondenzacionih objekata i termoelektrana mogu se graditi direktno u prostorima gde se vadi potrošni resurs ili gde se nalazi potrošač. Sezonske fluktuacije ne utiču na stabilnost stanica, što ih činiizvori energije su pouzdani. Ali termoelektrane imaju i nedostatke, koji uključuju korištenje iscrpljivih izvora goriva, zagađenje životne sredine, potrebu za povezivanjem velikih količina radnih resursa, itd.

Hidroelektrana

Hidraulične konstrukcije u obliku energetskih trafostanica dizajnirane su za proizvodnju električne energije kao rezultat pretvaranja energije protoka vode. Odnosno, tehnološki proces generisanja je obezbeđen kombinacijom veštačkih i prirodnih pojava. U toku rada stanica stvara dovoljan pritisak vode, koji se zatim usmjerava na lopatice turbine i aktivira električne generatore. Hidrološke vrste energije razlikuju se po vrsti korišćenih jedinica, konfiguraciji interakcije opreme sa prirodnim tokovima vode itd. Prema pokazateljima performansi mogu se razlikovati sledeće vrste hidroelektrana:

• Mali - generirajte do 5 MW.
• Srednji - do 25 MW.
• Snažan - više od 25 MW.

A klasifikacija se takođe primenjuje u zavisnosti od sile pritiska vode:

• Stanice niskog pritiska - do 25 m.
• Srednji pritisak - od 25 m.
• Visoki pritisak - iznad 60 m.

Prednosti hidroelektrana su ekološka prihvatljivost, ekonomska dostupnost (besplatna energija), neiscrpan radni resurs. Istovremeno, hidraulične konstrukcije zahtijevaju velike početne troškove za tehničku organizaciju skladišne infrastrukture, a također imaju ograničenja nageografska lokacija stanica - samo tamo gdje rijeke pružaju dovoljan pritisak vode.

Nuklearna energetska industrija

U određenom smislu, ovo je podvrsta toplotne energije, ali u praksi su pokazatelji performansi nuklearnih elektrana za red veličine veći od termoelektrana. Rusija koristi pune cikluse proizvodnje nuklearne energije, što omogućava stvaranje velikih količina energetskih resursa, ali postoje i veliki rizici korištenja tehnologija prerade rude uranijuma. Raspravu o sigurnosnim pitanjima i popularizaciji zadataka ove industrije, posebno, sprovodi ANO "Informacioni centar za nuklearnu energiju", koji ima predstavništva u 17 regiona Rusije.

Reaktor igra ključnu ulogu u izvođenju procesa proizvodnje nuklearne energije. Ovo je jedinica dizajnirana da podrži reakcije fisije atoma, koje su, zauzvrat, praćene oslobađanjem toplinske energije. Postoje različite vrste reaktora, koji se razlikuju po vrsti goriva i rashladne tečnosti koja se koristi. Najčešće korištena konfiguracija je s lakovodnim reaktorom koji koristi običnu vodu kao rashladno sredstvo. Uranijumska ruda je glavni prerađivački resurs u industriji nuklearne energije. Iz tog razloga, nuklearne elektrane su obično dizajnirane da lociraju reaktore u blizini nalazišta uranijuma. Danas u Rusiji radi 37 reaktora, čiji je ukupan proizvodni kapacitet oko 190 milijardi kWh godišnje.

Karakteristike alternativne energije

Gotovo svi izvori alternativne energije su povoljnifinansijska pristupačnost i ekološka prihvatljivost. Naime, u ovom slučaju se prerađeni resurs (nafta, gas, ugalj, itd.) zamjenjuje prirodnom energijom. To može biti sunčeva svjetlost, strujanja vjetra, toplina zemlje i drugi prirodni izvori energije, s izuzetkom hidroloških resursa, koji se danas smatraju tradicionalnim. Koncepti alternativne energije postoje dugo vremena, ali do danas zauzimaju mali udio u ukupnoj svjetskoj opskrbi energijom. Zastoji u razvoju ovih industrija povezani su sa problemima u tehnološkoj organizaciji procesa proizvodnje električne energije.

Ali koji je razlog za aktivan razvoj alternativne energije danas? U velikoj mjeri, potreba za smanjenjem stope zagađenja okoliša i ekoloških problema općenito. Također, u bliskoj budućnosti, čovječanstvo bi se moglo suočiti sa iscrpljivanjem tradicionalnih resursa koji se koriste u proizvodnji energije. Stoga se i pored organizacionih i ekonomskih prepreka sve više pažnje poklanja projektima razvoja alternativnih oblika energije.

Geotermalna energija

Jedan od najčešćih načina da dobijete energiju kod kuće. Geotermalna energija nastaje u procesu akumulacije, prijenosa i transformacije unutrašnje topline Zemlje. U industrijskim razmjerima, podzemne stijene se servisiraju na dubinama do 2-3 km, gdje temperatura može preći 100°C. Što se tiče individualne upotrebe geotermalnih sistema, češće se koriste površinski akumulatori, koji se ne nalaze u bušotinama na dubini, većhorizontalno. Za razliku od drugih pristupa generiranju alternativne energije, gotovo svi izvori geotermalne energije u proizvodnom ciklusu rade bez koraka konverzije. Odnosno, primarna toplotna energija u istom obliku se isporučuje krajnjem potrošaču. Stoga se koristi koncept geotermalnog grijanja.

Solarna energija

Jedan od najstarijih koncepata alternativne energije, koji koristi fotonaponske i termodinamičke sisteme kao opremu za skladištenje. Za implementaciju metode fotoelektrične proizvodnje koriste se pretvarači energije svjetlosnih fotona (kvanta) u električnu energiju. Termodinamičke instalacije su funkcionalnije i, zbog solarnih tokova, mogu generirati i toplinu pomoću električne i mehaničke energije kako bi stvorile pokretačku snagu.

Šeme su prilično jednostavne, ali postoji mnogo problema u radu takve opreme. To je zbog činjenice da solarnu energiju, u principu, karakterizira niz karakteristika: nestabilnost zbog dnevnih i sezonskih fluktuacija, ovisnost o vremenu, niska gustina svjetlosnih tokova. Stoga se u fazi projektovanja solarnih panela i baterija velika pažnja poklanja proučavanju meteoroloških faktora.

Energija talasa

Proces generisanja električne energije iz talasa nastaje kao rezultat transformacije energije plime. U srcu većine elektrana ovog tipa je bazen,koji se organizuje ili prilikom odvajanja ušća rijeke, ili pregradom uvale branom. U formiranoj barijeri su raspoređeni propusti sa hidrauličnim turbinama. Kako se nivo vode mijenja tokom plime, lopatice turbine se rotiraju, što doprinosi stvaranju električne energije. Djelomično je ova vrsta energije slična principima rada hidroelektrana, ali mehanika interakcije sa samim vodnim resursom ima značajne razlike. Talasne stanice se mogu koristiti na obalama mora i okeana, gdje se nivo vode diže do 4 m, što omogućava proizvodnju snage do 80 kW/m. Nedostatak ovakvih konstrukcija je zbog činjenice da propusti remete razmjenu slatke i morske vode, a to negativno utiče na život morskih organizama.

Energija vjetra

Još jedna metoda proizvodnje električne energije dostupna za korištenje u privatnim domaćinstvima, koju karakterizira tehnološka jednostavnost i ekonomska pristupačnost. Kinetička energija zračnih masa djeluje kao prerađeni resurs, a motor s rotirajućim lopaticama djeluje kao baterija. Tipično, energija vjetra koristi generatore električne struje, koji se aktiviraju kao rezultat rotacije vertikalnih ili horizontalnih rotora s propelerima. Prosječna domaća stanica ovog tipa može proizvesti 2-3 kW.

Energetske tehnologije budućnosti

Prema ekspertima, do 2100. kombinovani udeo uglja i nafte u globalnom bilansu biće oko 3%, što bi trebalo da potisne termonuklearnu energijukao sekundarni izvor energetskih resursa. Solarne stanice bi trebalo da zauzmu prvo mjesto, kao i novi koncepti za pretvaranje svemirske energije bazirane na bežičnim kanalima za prijenos. Procesi pretvaranja u energiju budućnosti trebali bi započeti već 2030. godine, kada će nastupiti period napuštanja izvora ugljikovodičnih goriva i prelaska na „čiste“i obnovljive izvore.

Russian Energy Outlook

Budućnost domaće energije uglavnom je povezana sa razvojem tradicionalnih načina transformacije prirodnih resursa. Ključno mjesto u industriji morat će zauzeti nuklearna energija, ali u kombinovanoj verziji. Infrastruktura nuklearnih elektrana morat će biti dopunjena elementima hidrauličkog inženjeringa i sredstvima za preradu ekološki prihvatljivih biogoriva. Ne posljednje mjesto u mogućim perspektivama razvoja dato je solarnim baterijama. U Rusiji, čak i danas, ovaj segment nudi mnogo atraktivnih ideja - posebno panele koji mogu raditi čak i zimi. Baterije pretvaraju energiju svjetlosti kao takvu, čak i bez termičkog opterećenja.

Zaključak

Savremeni problemi snabdevanja energijom stavljaju najveće države pred izbor između električne energije i ekološke čistoće proizvodnje toplotne i električne energije. Većina razvijenih alternativnih izvora energije, sa svim svojim prednostima, nije u stanju u potpunosti zamijeniti tradicionalne resurse, koji se, pak, mogu koristiti još nekoliko desetljeća. Stoga je energija budućnosti mnogostručnjaci ga predstavljaju kao svojevrsnu simbiozu različitih koncepata proizvodnje energije. Štaviše, nove tehnologije se očekuju ne samo na industrijskom nivou, već iu domaćinstvima. U tom smislu, može se primijetiti princip gradijenta-temperature i biomase proizvodnje energije.