Защо сега, повече от всякога, възниква въпросът: какво очаква човечеството - енергиен глад или енергийно изобилие? Статии за енергийната криза не напускат страниците на вестници и списания. Заради петрола възникват войни, държавите процъфтяват и обедняват, а правителствата се сменят. Съобщенията за стартиране на нови инсталации или нови изобретения в областта на енергетиката започнаха да се класифицират като вестникарски сензации. Разработват се гигантски енергийни програми, чието изпълнение ще изисква огромни усилия и огромни материални разходи.

Ако в края на миналия век най-разпространената днес енергия - енергията - играеше като цяло спомагателна и незначителна роля в световния баланс, то още през 1930 г. светът произвежда около 300 милиарда киловатчаса електроенергия. Съвсем реалистична е прогнозата, според която през 2000 г. ще бъдат произведени 30 хиляди милиарда киловатчаса! Гигантски числа, безпрецедентни темпове на растеж! И все пак ще има малко енергия и нуждите от нея ще растат още по-бързо.

Нивото на материалната и в крайна сметка духовната култура на хората е правопропорционално на количеството енергия, с която разполагат. За да копаете руда, да топите метал от нея, да построите къща, да правите каквото и да е нещо, трябва да изразходвате енергия. И човешките нужди нарастват през цялото време, а хората стават все повече и повече.

И така, за какво е спирката? Учените и изобретателите отдавна са разработили множество начини за производство на енергия, предимно електрическа. Тогава да строим все повече и повече електроцентрали и енергия ще има колкото е необходимо! Оказва се, че такова на пръв поглед очевидно решение на сложен проблем е изпълнено с много клопки.

Безмилостните закони на природата твърдят, че можете да получите енергия, подходяща за използване, само чрез нейните трансформации от други форми. Вечните двигатели, които уж произвеждат енергия и не я вземат отникъде, за съжаление, са невъзможни. И структурата на световната енергийна икономика до момента се е развила по такъв начин, че четири от всеки пет произведени киловата се получават по принцип по същия начин, по който първобитният човек е използвал за затопляне, тоест при изгаряне на гориво или когато се използва съхраняваната в него химическа енергия, тя се превръща в електрическа в топлоелектрическите централи.

Разбира се, методите за изгаряне на гориво са станали много по-сложни и сложни.

Нови фактори – повишените цени на петрола, бързото развитие на ядрената енергетика и повишените изисквания за опазване на околната среда – наложиха нов подход към енергетиката.

В разработването на Енергийната програма участваха най-изявените учени от страната ни, специалисти от различни министерства и ведомства. С помощта на най-новите математически модели електронните компютри са изчислили няколкостотин варианта на структурата на бъдещия енергиен баланс на страната. Бяха взети фундаментални решения, които определиха стратегията за енергийно развитие на страната през следващите десетилетия.

Въпреки че енергийният сектор в близко бъдеще все още ще се основава на невъзобновяеми топлинни и енергийни източници, неговата структура ще се промени. Употребата на масло трябва да се намали. Производството на електроенергия в атомните електроцентрали ще се увеличи значително. Ще започне използването на все още недокоснати огромни запаси от евтини въглища, например в басейните Кузнецк, Канск-Ачинск, Екибастуз. Ще се използва широко природен газ, чиито запаси в страната далеч надхвърлят тези в други страни.

Енергийната програма на страната е в основата на нашите технологии и икономика в навечерието на 21 век.

Но учените също гледат напред, отвъд крайните срокове, определени от енергийната програма. На прага на 21-ви век и те трезво си дават обратно броене в реалностите на третото хилядолетие. За съжаление запасите от нефт, газ и въглища в никакъв случай не са безкрайни. На природата са били необходими милиони години, за да създаде тези резервати и те ще бъдат консумирани след стотици години. Днес светът започна сериозно да мисли как да предотврати хищническото ограбване на земните богатства. Всъщност само при това условие запасите от гориво могат да издържат векове. За съжаление днес живеят много страни производителки на петрол. Те безмилостно изразходват дарените им от природата запаси от петрол. Сега много от тези страни, особено в района на Персийския залив, буквално плуват в злато, без да мислят, че след няколко десетилетия тези резерви ще се изчерпят. Какво ще се случи тогава – и това ще стане рано или късно – когато нефтените и газовите находища се изчерпят? Полученото увеличение на цените на петрола, което е необходимо не само за енергетиката, но и за транспорта и химията, накара хората да се замислят за други видове горива, подходящи за замяна на нефт и газ. Особено внимателни бяха онези страни, в които няма собствени запаси от нефт и газ и които трябва да ги купуват.

Междувременно все повече научни инженери в света търсят нови, нетрадиционни източници, които биха могли да поемат поне част от грижите за снабдяването на човечеството с енергия. Изследователите търсят решение на този проблем по различни пътища. Най-изкушаващо, разбира се, е използването на вечни, възобновяеми източници на енергия – енергия на течаща вода и вятър, океански приливи, топлина на земните недра, слънце. Много внимание се отделя на развитието на ядрената енергетика, учените търсят начини да възпроизведат на Земята процесите, протичащи в звездите, и да ги снабдят с колосални запаси от енергия.

Енергия - как започна всичко

Днес може да ни се струва, че развитието и усъвършенстването на човека е било невъобразимо бавно. Той буквално трябваше да чака услуги от природата. Той беше практически беззащитен срещу студа, непрекъснато беше заплашен от диви зверове, животът му постоянно висеше на косъм. Но постепенно човекът се развива толкова много, че успява да намери оръжие, което в съчетание със способността да мисли и създава, най-накрая го издига над всяка жизнена среда. Първоначално огънят е произведен случайно - например от горящи дървета, които са били ударени от мълния, след това те започват да извличат умишлено: поради триенето на две подходящи парчета дърво един в друг, човек първо запали огън 80 -Преди 150 хиляди години. Животворящ, мистериозен, вдъхващ увереност и чувство на гордост ОГЪН.

След това хората вече не се отказаха от възможността да използват огъня в борбата срещу суровото студено време и хищните животни, за готвене на трудно спечелена храна. Колко сръчност, постоянство, опит и само късмет изискваше това! Представете си човек, заобиколен от недокосната природа – без сгради, които да го защитават, без познаване на поне елементарни физични закони, с речник, ненадхвърлящ няколко десетки. (Между другото, колко от нас, дори и тези със солидна научна подготовка, биха могли да запалят огън, без да прибягват до каквито и да било технически средства - поне кибрит?) Човекът отиваше към това откритие много дълго време и се разпространяваше бавно, но то отбеляза един от най-важните повратни точки в историята на цивилизацията.

Мина време. Хората се научиха да получават топлина, но старите нямаха сили, освен собствените си мускули, които биха им помогнали да покорят природата. И все пак постепенно, малко по малко, те започнаха да използват силата на опитомените животни, вятъра и водата. Според историците първите впрегнати животни са били впрегнати в ралото преди около 5000 години. Споменаването за първото използване на водна енергия - пускането на първата мелница с колело, задвижвано от воден поток - датира от началото на нашата хронология. Отне обаче още хиляда години, преди това изобретение да стане широко разпространено. А най-старите известни вятърни мелници в Европа са построени през XI век.

В продължение на векове използването на нови източници на енергия - домашни любимци, вятър и вода - остава много ниско. Основният източник на енергия, с помощта на който човек строи жилища, обработваше ниви, „пътуваше“, защитаваше се и атакуваше, беше силата на собствените му ръце и крака. И така продължи до средата на нашето хилядолетие. Вярно е, че още през 1470 г. е спуснат на вода първият голям четиримачтов кораб; около 1500 г. гениалният Леонардо да Винчи предлага не само много гениален модел на стан, но и проект за конструиране на летяща машина. Той също така притежава много други, за онова време, просто фантастични идеи и проекти, чието изпълнение трябваше да допринесе за разширяването на знанията и производителните сили. Но истинският повратен момент в техническата мисъл на човечеството настъпи сравнително наскоро, преди малко повече от три века.

Един от първите гиганти по пътя на човешкия научен прогрес несъмнено беше Исак Нютон. Този изключителен английски натуралист посвети целия си дълъг живот и изключителен талант на паяка: физика, астрономия и математик. Той формулира основните закони на класическата механика, разработи тора на гравитацията, постави основите на хидродинамиката и акустиката, допринесе значително за развитието на оптиката и заедно с Лейб Ицм създаде принципите на теориябезкрайно малки и теорията на симетричните функции. Физиката от 18-ти и 19-ти век с право се нарича нютонова. Писанията на Исак Нютон помогнаха по много начини да се умножи силата на човешките мускули и креативността във възможностите на човешкия мозък.

Предимствата на водноелектрическите централи са очевидни - резерв от енергия, постоянно обновяван от самата природа, лекота на работа и липса на замърсяване на околната среда. А опитът в конструирането и експлоатацията на водни колела може да бъде от голяма полза за хидроенергетиката. Изграждането на язовир за голяма водноелектрическа централа обаче се оказа много по-трудна задача от изграждането на малък язовир за въртене на мелнично колело. За да превърнете мощните хидротурбини във въртене, е необходимо да се натрупа огромен запас от вода зад язовира. За да се построи язовир е необходимо подреждане на толкова много материали, че обемът на гигантските египетски пирамиди в сравнение с него изглежда незначителен.

Поради това в началото на 20-ти век са построени само няколко водноелектрически централи. Близо до Пятигорск, в Северен Кавказ на планинската река Подкумок, успешно работеше доста голяма електроцентрала със смисленото име "Бели въглища". Това беше само началото.

Още в историческия план GOELRO предвижда изграждането на големи водноелектрически централи. През 1926 г. е пусната в експлоатация Волховската водноелектрическа централа, през следващата - започва строителството на известния Днепър. Провежданата у нас далновидна енергийна политика доведе до това, че ние, като никоя друга страна в света, имаме развита система от мощни водноелектрически централи. Никоя държава не може да се похвали с такива енергийни гиганти като Волжката, Красноярска и Братска, Саяно-Шушенската ВЕЦ. Тези станции, които буквално дават океани от енергия, се превърнаха в центрове, около които са се развили мощни индустриални комплекси.

Но засега само малка част от водноенергийния потенциал на Земята обслужва хората. Всяка година огромни потоци вода от дъждове и топящи се снегове се вливат в моретата неизползвани. Ако беше възможно да ги спре с помощта на язовири, човечеството щеше да получи допълнително колосално количество енергия.

Геотермална енергия

Земята, тази малка зелена планета, е нашият общ дом, от който все още не можем и не искаме да си тръгнем. В сравнение с безбройните други планети, Земята е наистина малка: по-голямата част от нея е покрита с уютна и ободряваща зеленина. Но тази красива и спокойна планета понякога вбесява и тогава е лошо да се шегуваме с нея - тя е в състояние да унищожи всичко, което милостиво ни е дала от незапомнени времена. Заплашителни торнадо и тайфуни отнемат хиляди животи, неукротимите води на реките и моретата унищожават всичко по пътя си, горските пожари опустошават огромни територии заедно със сгради и култури за броени часове.

Но всичко това е малко в сравнение с изригването на събуден вулкан. Едва ли можете да намерите на Земята други примери за спонтанно освобождаване на естествена енергия, която по сила би могла да се конкурира с някои вулкани.

От дълго време хората са знаели за спонтанните прояви на гигантска енергия, дебнеща в недрата на земното кълбо. Паметта на човечеството пази легенди за катастрофални вулканични изригвания, отнели милиони човешки животи, променили неузнаваемо облика на много места на Земята. Силата на изригването дори на сравнително малък вулкан е колосална, тя е много пъти по-висока от мощността на най-големите електроцентрали, създадени от човешка ръка. Вярно е, че няма нужда да говорим за прякото използване на енергията на вулканичните изригвания - досега хората нямат възможност да обуздаят този непокорен елемент и, за щастие, изригванията са доста редки събития. Но това са прояви на енергия, дебнеща в недрата на земята, когато само малка част от тази неизчерпаема енергия намира изход през огнедишащите отвори на вулканите.

Енергия на Земята - Геотермалната енергия се основава на използването на естествената топлина на Земята. Горната част на земната кора има топлинен градиент от 20–30 ° C на 1 км дълбочина и, според Уайт (1965), количеството топлина, съдържащо се в земната кора до дълбочина от 10 km (с изключение на повърхността). температура), равна на приблизително 12,6-10 ^ 26 J. Тези ресурси са еквивалентни на топлинното съдържание на 4,6 10 16 тона въглища (като се приеме, че средната топлина на изгаряне на въглища е равна на 27,6-10 9 J / t), което е повече от 70 хиляди пъти по-високо топлосъдържание на всички технически и икономически възстановими световни въглищни ресурси. Въпреки това, геотермалната топлина в горната част на земната кора (до дълбочина до 10 km) е твърде разпръсната, за да решава световните енергийни проблеми на нейната основа. Ресурси, подходящи за промишлено използване, са отделни находища на геотермална енергия, концентрирани на достъпната за разработване дълбочина, имащи определени обеми и температури, достатъчни за използване за производството на електрическа или топлинна енергия.

От геоложка гледна точка геотермалните енергийни ресурси могат да бъдат разделени на хидротермални конвективни системи, горещи сухи системи от вулканичен произход и системи с висок топлинен поток.

Хидротермални системи

Категорията на хидротермалните конвективни системи включва подземни басейни с пара или гореща вода, които излизат на повърхността на земята, образувайки гейзери, езера със сярна кал и фумарол. Образуването на такива системи е свързано с наличието на източник на топлина от гореща или разтопена скала, разположен относително близо до земната повърхност. Над тази зона от високотемпературна скала има пропусклива скална формация, съдържаща вода, която се издига нагоре в резултат на горещата подлежаща скала. Пропускливата скала от своя страна е покрита с непропусклива скала отгоре, която образува „капан“ за прегрята вода. Въпреки това, наличието на пукнатини или пори в тази скала позволява гореща вода или смес от пара и вода да се издигнат до повърхността на земята. Хидротермалните конвективни системи обикновено са разположени по границите на тектоничните плочи на земната кора, които се характеризират с вулканична активност.

По принцип се използва метод, базиран на използването на пара, генерирана от изпаряването на гореща течност на повърхността, за генериране на електричество в полета с гореща вода. Този метод използва явлението, че когато гореща вода (при високо налягане) се приближи до повърхността от басейна до повърхността, налягането спада и около 20% от течността кипи и се превръща в пара. Тази пара се отделя от водата с помощта на сепаратор и се изпраща към турбината. Водата, напускаща сепаратора, може да бъде допълнително обработена в зависимост от минералния й състав. Тази вода може да се изпомпва обратно в скалите незабавно или, ако е икономически осъществимо, с предварително извличане на минерали от нея. Примери за геотермални полета с гореща вода са Wairakei и Broadlands в Нова Зеландия, Cerro Prieto в Мексико, Salton Sea в Калифорния, Otake в Япония.

Друг метод за генериране на електроенергия от геотермални води с висока или средна температура е използването на процес, използващ двуконтурен (двоичен) цикъл. При този процес водата, получена от басейна, се използва за загряване на вторичната охлаждаща течност (фреон или изобутан), която има ниска точка на кипене. Парата, генерирана от кипенето на тази течност, се използва за задвижване на турбината. Отработената пара се кондензира и преминава през топлообменника отново, като по този начин се създава затворен цикъл. Инсталациите, използващи фреон като вторична охлаждаща течност, в момента се подготвят за промишлено развитие в температурен диапазон 75–150 ° C и с единична електрическа мощност в диапазона 10–100 kW. Такива инсталации могат да се използват за генериране на електроенергия на подходящи места, особено в отдалечени селски райони.

Горещи системи от вулканичен произход

Вторият тип геотермални ресурси (горещи системи от вулканичен произход) включва магма и непроницаеми горещи сухи скали (зони от втвърдена скала около магма и горните скали). Получаването на геотермална енергия директно от магмата все още не е технически осъществимо. Технологията, необходима за овладяване на енергията на горещите сухи скали, тепърва започва да се разработва. Предварителното техническо развитие на методите за използване на тези енергийни ресурси предвижда устройство на затворен контур с циркулираща през него течност, преминаваща през гореща скала ( ориз. 5). Първо се пробива кладенец, за да се стигне до горещата скала; след това през него в скалата се изпомпва студена вода под високо налягане, което води до образуването на пукнатини в нея. След това се пробива втори кладенец през така образуваната скална зона. Накрая студена вода от повърхността се изпомпва в първия кладенец. Преминавайки през горещата скала, тя се нагрява II се възстановява през втория кладенец под формата на пара или гореща вода, която след това може да се използва за генериране на електричество, като се използва един от обсъжданите по-горе методи.

Системи с висок топлинен поток

Геотермалните системи от трети тип съществуват в райони, където се намира дълбок седиментален басейн в зона с високи стойности на топлинен поток. В райони като парижкия или унгарския басейн температурата на водата, идваща от кладенците, може да достигне 100 ° C.

Специална категория отлагания от този тип се намират в райони, където нормалният топлинен поток през почвата се улавя от изолационни непроницаеми глинести слоеве, образувани в бързо понижаващи се геосинклинални зони или в зони на потъване на земната кора. Температурата на водата, идваща от геотермални отлагания в зоните на геоналягане, може да достигне 150–180 ° С, а налягането в кладенеца е 28–56 MPa. Дневната производителност на кладенец може да бъде няколко милиона кубически метра течност. Геотермални басейни в зони с високо геоналягане са открити в много области по време на проучване на нефт и газ, например в Америка, Далечния и Близкия изток, Африка и Европа. Все още не е доказана възможността за използване на такива находища за енергийни цели.

Енергия на Световния океан

Рязко увеличение на цените на горивата, трудности при получаването им, съобщения за изчерпване на горивните ресурси - всички тези видими признаци на енергийна криза предизвикаха през последните години в много страни значителен интерес към нови енергийни източници, включително енергията на Световния океан.

Топлинна енергия на океана

Известно е, че енергийните резерви в Световния океан са колосални, тъй като две трети от земната повърхност (361 милиона km 2) е заета от морета и океани - водната площ на Тихия океан е 180 милиона km 2 . Атлантически - 93 милиона km 2, Индия - 75 милиона km 2. Така топлинната (вътрешна) енергия, съответстваща на прегряването на повърхностните води на океана в сравнение с дънните води, да речем, с 20 градуса, има стойност от около 10 26 J. Кинетичната енергия на океанските течения се оценява на порядъка на 10 18 J. Въпреки това, досега хората са в състояние да използват само незначителни части от тази енергия и дори тогава с цената на големи и бавно изплащане на инвестициите, така че подобна енергия все още изглеждаше безперспективна.

Последното десетилетие се характеризира с определени успехи в използването на топлинна енергия от океана. Така са създадени инсталациите mini-OTES и OTES-1 (OTES са началните букви на английските думи Ocean Thermal Energy Conversion, т.е. преобразуване на топлинната енергия на океана - говорим за преобразуване в електрическа енергия). През август 1979 г. в близост до Хавайските острови започва работа мини-OTES ТЕЦ. Пробната експлоатация на инсталацията в продължение на три месеца и половина показа достатъчната си надеждност. При непрекъсната денонощна работа нямаше смущения, с изключение на дребните технически проблеми, които обикновено възникват при тестване на всяка нова инсталация. Общата му мощност е средно 48,7 kW, максимална -53 kW; Инсталацията даваше 12 kW (максимум 15) към външната мрежа за полезния товар, по-точно за зареждане на батериите. Останалата част от произведената мощност е изразходвана за собствените нужди на централата. Те включват енергийни разходи за работа на три помпи, загуби в два топлообменника, турбина и електрогенератор.

От следното изчисление бяха необходими три помпи: една за доставяне на топла гледка от океана, втората за изпомпване на студена вода от дълбочина около 700 m, третата за изпомпване на вторичния работен флуид вътре в самата система, тоест от кондензатор към изпарителя. Амонякът се използва като вторичен работен флуид.

Устройството mini-OTES е монтирано на шлеп. Под дъното му има дълъг тръбопровод за прием на студена вода. Тръбопроводът представлява полиетиленова тръба с дължина 700 м с вътрешен диаметър 50 см. Тръбопроводът е закрепен към дъното на съда посредством специална ключалка, която позволява бързо разединяване в случай на нужда. Полиетиленовата тръба се използва едновременно за закрепване на системата тръба-кораб. Оригиналността на подобно решение е извън съмнение, тъй като анкерирането на по-мощните OTEC системи, които се разработват сега, е много сериозен проблем.

За първи път в историята на технологиите, устройството mini-OTES успя да прехвърли полезна мощност към външен товар, като същевременно покрие собствените си нужди. Опитът, натрупан по време на експлоатацията на mini-OTES, направи възможно бързото изграждане на по-мощна ТЕЦ OTES-1 и започване на проектиране на още по-мощни системи от този тип.

Нови OTES станции с капацитет от много десетки и стотици мегаватпроектът се изпълнява без плавателен съд. Това е една голяма тръба, в горната част на която има кръгло машинно помещение, където са разположени всички необходими устройства за преобразуване на енергия ( ориз. 6). Горният край на тръбопровода xo на една вода ще бъде разположен в океана на дълбочина 25–0 м.Турбинната зала се проектира около тръбата на дълбочина около 100 м. Там ще бъдат монтирани турбинни агрегати, работещи на амонячни пари, както и цялото друго оборудване. Аса от всички конструкции надхвърля 300 хил. т. Чудовищна тръба, която отива почти на километър до студената дълбочина на океана, а в горната й част има нещо като малък остров. И нито един кораб, освен, разбира се, обикновените плавателни съдове, необходими за обслужване на комуникационните системи с брега.

Енергията на приливите и отливите.

От векове хората са размишлявали върху причината за приливите и отливите на морето. Днес знаем със сигурност, че мощен природен феномен - ритмичното движение на морските води предизвиква силите на привличане на Луната и Слънцето. Тъй като Слънцето е 400 пъти по-далече от Земята, много по-малката маса на Луната действа на земното огнище два пъти повече от масата на Слънцето. Следователно приливът, причинен от луната (лунен прилив), играе решаваща роля. В морето приливите се редуват с отливи теоретично след 6 часа 12 минути 30 секунди. Ако Луната, Слънцето и Земята са на една и съща права линия (т.нар. сизигия), Слънцето със своето привличане засилва влиянието на Луната и тогава настъпва силен прилив (сизигиен прилив или голям вода). Когато Слънцето е под прав ъгъл спрямо сегмента Земя-Луна (квадратура), възниква слаб прилив (квадратура или малко вода). Силни и слаби горещи вълни се редуват след седем дни.

Истинският ход на приливи и отливи обаче е много сложен. Влияе се от особеностите на движението на небесните тела, естеството на бреговата линия, дълбочината на водата, морските течения и вятъра.

Най-високите и силни приливни вълни се появяват в плитки и тесни заливи или устия на реки, вливащи се в морета и океани. Приливната вълна на Индийския океан се търкаля срещу течението на Ганг на разстояние 250 км от устието му. Приливната вълна на Атлантическия океан се движи на 900 км нагоре по Амазонка. В затворени морета, например Черно или Средиземно море, възникват малки приливни вълни с височина 50-70 см.

Максималната възможна мощност в един цикъл на прилив - отлив, тоест от един прилив до друг, се изразява с уравнението

където Р – плътност на водата, ж- ускорение на гравитацията, С- площта на приливния басейн, Р- разликата в нивата при прилив.

Както се вижда от формулата, за използването на приливна енергия най-подходящите места могат да се считат на морския бряг, където приливите и отливите имат голяма амплитуда, а контурът и релефът на брега позволяват да се организират големи затворени "басейни".

Мощността на електроцентралите на места може да бъде 2-20 MW.

Тъй като енергията на слънчевата радиация се разпределя върху голяма площ (с други думи, има много висока плътност), всяка инсталация за директно използване на слънчева енергия трябва да има събирателно устройство (колектор) с достатъчна повърхност.

Най-простото устройство от този вид е рибарска лодка; По принцип това е черна плоча, добре изолирана отдолу.Покрита е със стомана или пластмаса, която пропуска светлината, но не ускорява инфрачервеното топлинно излъчване. В пространството между метала и стъклото най-често се поставят черни тръби, през които протичат вода, масло, живак, въздух, серен анхидрид и др. П.Проникваща слънчева радиация презстъкло или пластмаса в колектора, абсорбира се от черните тръби и плоча и загрява работния неяв тръбите. Топлинното излъчване не може да излезе от колектора, поради което температурата в него е много по-висока (200–500 ° C) от температурата на околния въздух. Това е така нареченият парников ефект. Обикновените градински паркове всъщност са прости колекции от слънчева радиация. Но колкото по-далеч от тропиците, толкова по-малко ефТова не е хоризонтален колектор и е твърде трудно и скъпо да го завъртите зад S lnets. Следователно такива колектори обикновено се монтират под определен оптимален ъгъл на юг.

По-сложен и скъп колектор е вдлъбнато огледало, което концентрира падащото лъчение в малък обем около определена геометрична точка - фокуса. Отразяващата повърхност на огледалото е или метализирана пластмаса, или множество малки плоски огледала, прикрепени към голяма параболична основа. Благодарение на специалните механизми колекторите от този тип са постоянно обърнати към Слънцето - това позволява събирането на възможно най-голямо количество слънчева радиация. Температурата в работното пространство на огледалните колектори достига 3000 ° C и повече.

Слънчевата енергия е един от най-материоемките видове производство на енергия. Мащабното използване на слънчевата енергия води до огромно увеличаване на нуждата от материали и следователно от трудови ресурси за добив на суровини, тяхното обогатяване, производство на материали, производство на хелиостати, колектори и друго оборудване и транспортирането им. Изчисленията показват, че ще са необходими между 10 000 и 40 000 човекочаса, за да се генерира 1 MW * година електроенергия от слънчева енергия. В традиционната енергия, използвана от изкопаеми горива, тази цифра е 200-500 човекочаса.

Засега електрическата енергия, генерирана от слънчевите лъчи, е много по-скъпа от тази, получена по традиционните методи. Учените се надяват, че експериментите, които ще проведат върху експериментални инсталации и станции, ще помогнат за решаването не само на технически, но и на икономически проблеми. Но въпреки това се строят станции за преобразуване на слънчева енергия и те работят.

От 1988 г. на Керченския полуостров работи Кримската слънчева електроцентрала. Изглежда, че самият здрав разум е определил мястото му. Ако има къде да се изградят такива станции, то на първо място ще бъде в района на курорти, санаториуми, домове за почивка, туристически маршрути; в земя, където се нуждаете от много енергия, но още по-важно е да поддържате околната среда чиста, самото благополучие на която и преди всичко чистотата на въздуха са лечебни за човека.

Кримската ВЕЦ е малка - мощността е само 5 MW. В известен смисъл тя е изпитание за сила. Въпреки че, изглежда, какво друго трябва да се опита, когато е известен опитът от изграждането на слънчеви електроцентрали в други страни.

На остров Сицилия в началото на 80-те години слънчева електроцентрала с мощност 1 MW даваше електричество. Принципът на неговото действие също е базиран на кула. Огледалата фокусират слънчевите лъчи върху приемник, разположен на 50 метра височина. Там се генерира пара с температура над 600°C, която задвижва традиционна турбина със свързан към нея електрогенератор. Безспорно е доказано, че на този принцип могат да работят централи с мощност 10–20 MW, както и много повече, ако се групират подобни модули чрез свързването им един към друг.

Малко по-различен тип електроцентрала в Алкерия в Южна Испания. Разликата му е, че слънчевата топлина, фокусирана върху върха на кулата, задвижва натриевия цикъл, който загрява водата, за да образува пара. Тази опция има редица предимства. Натриевият топлинен акумулатор осигурява не само непрекъсната работа на електроцентралата, но дава възможност за частично съхраняване на излишната енергия за работа при облачно време и през нощта. Капацитетът на испанската станция е само 0,5 MW. Но на неговия принцип могат да се създават много по-големи - до 300 MW. В инсталации от този тип концентрацията на слънчева енергия е толкова висока, че ефективността на процеса на парна турбина тук не е по-лоша, отколкото в традиционните топлоелектрически централи.

Според експерти най-атрактивната идея за преобразуване на слънчева енергия е използването на фотоелектричния ефект в полупроводниците.

Но, например, слънчева електроцентрала близо до екватора с дневна мощност от 500 MW 10% ще изисква ефективна площ от около 500 000 m 2. Ясно е, че толкова огромно количество слънчеви полупроводникови клетки може. изплащат само когато производството им е наистина евтино. Ефективността на слънчевите електроцентрали в други зони на Земята би била ниска поради нестабилните атмосферни условия, сравнително слабата интензивност на слънчевата радиация, която се поглъща по-силно от атмосферата тук дори в слънчеви дни, както и колебанията, дължащи се на редуване на деня и нощта.

Въпреки това слънчевите фотоволтаични клетки вече намират своето специфично приложение днес. Те се оказаха практически незаменими източници на електрически ток в ракети, спътници и автоматични междупланетни станции, а на Земята - предимно за захранване на телефонни мрежи в неелектрифицирани райони или за малки консуматори на електроенергия (радиооборудване, електрически самобръсначки и запалки и др. ) ... Полупроводникови слънчеви клетки са инсталирани за първи път на третия съветски изкуствен спътник на Земята (изстрелян в орбита на 15 май 1958 г.).

Работата е в ход, в ход са оценки. Засега, разбира се, те не са в полза на слънчевите електроцентрали: днес тези структури все още са сред най-сложните и най-скъпите технически методи за използване на слънчевата енергия. Нуждаем се от нови възможности, нови идеи. Не липсват и такива. Изпълнението е по-лошо.

Атомна енергия.

При изследване на разпада на атомните ядра се оказа, че всяко ядро ​​тежи по-малко от сумата от масите на неговите протони и неутрони. Това се дължи на факта, че когато протоните и неутроните се комбинират в ядро, се отделя много енергия. Намаляването на масата на ядрата на 1 g е еквивалентно на количеството топлинна енергия, което би се получило при изгаряне на 300 вагона въглища. Затова не е изненадващо, че изследователите са направили всичко възможно да намерят ключа, който да „отваря“ атомното ядро ​​и да освободи огромната енергия, скрита в него.

Отначало тази задача изглеждаше непреодолима. Не случайно учените избраха неутрона като инструмент. Тази частица е електрически неутрална и не е подложена на електрически отблъскващи сили. Следователно неутронът може лесно да проникне в атомно ядро. Ядрата на отделни елементи бяха бомбардирани с неутрони. Когато дойде редът на урана, беше установено, че този тежък елемент се държи различно от останалите. Между другото, трябва да се припомни, че естественият уран съдържа три изотопа: уран-238 (238 U), уран-235 (235 U) и уран-234 (234 U), а цифрата означава масовото число.

Атомното ядро ​​на уран-235 се оказа много по-малко стабилно от ядрата на други елементи и изотопи. Под действието на един неутрон настъпва делене (разцепване) на урана, ядрото му се разпада на два приблизително еднакви фрагмента, например в ядрата на криптон и барий. Тези фрагменти се разпръскват с голяма скорост в различни посоки.

Но основното в този процес е, че при разпадането на едно ураново ядро ​​се появяват два или три нови свободни неутрона. Причината е, че тежкото ядро ​​на урана съдържа повече неутрони, отколкото са необходими за образуването на две по-малки атомни ядра. Има твърде много "строителен материал" и атомното ядро ​​трябва да се отърве от него.

Всеки от новите неутрони може да направи това, което направи първият, когато раздели едно ядро. Наистина, изгодно изчисление: вместо един неутрон получаваме два или три със същата способност да разделят следващите две или три ядра на уран-235. И така продължава: възниква верижна реакция и ако не бъде овладяна, тя придобива лавинообразен характер и завършва с мощна експлозия - експлозия на атомна бомба. След като се научиха да регулират този процес, хората успяха практически непрекъснато да получават енергия от атомните ядра на урана. Този процес се контролира в ядрени реактори.

Ядреният реактор е устройство, в което протича контролирана верижна реакция. В този случай разпадането на атомните ядра служи като контролиран източник както на топлина, така и на неутрони.

Първият проект на ядрен реактор е разработен през 1939 г. от френския учен Фредерик Жолио-Кюри. Но скоро Франция беше окупирана от нацистите и проектът не беше изпълнен.

Верижната реакция на делене на уран е извършена за първи път през 1942 г. в Съединените щати, в реактор, който група изследователи, ръководени от италианския учен Енрико Ферми, построи в помещенията на стадиона на Чикагския университет. Този реактор имаше размери 6x6x6,7 m и мощност 20 kW; работи без външно охлаждане.

Първият ядрен реактор в СССР (и в Европа) е построен под ръководството на акад. И. В. Курчатов и стартира през 1946 г.

Днес атомната енергия се развива с безпрецедентни темпове. За тридесет години общият капацитет на ядрените блокове е нараснал от 5 хиляди до 23 милиона киловата! Някои учени твърдят, че до 21-ви век около половината от цялата електроенергия в света ще се произвежда от атомни електроцентрали.

По принцип ядрен енергиен реактор е проектиран доста просто - в него, както в конвенционален котел, водата се превръща в пара. За да направите това, използвайте енергията, освободена по време на верижната реакция на разпад на атоми на уран или друго ядрено гориво. В атомна електроцентрала няма огромен парен котел, състоящ се от хиляди километри стоманени тръби, през които водата циркулира под огромно налягане, превръщайки се в пара. Този колос беше заменен от сравнително малък ядрен реактор.

Топлинните ядрени реактори се различават един от друг основно по два начина: кои вещества се използват като забавител на неутрони и кои вещества се използват като охлаждаща течност, с помощта на която топлината се отвежда от активната зона на реактора. Най-разпространени в момента са водни реактори под налягане, в които обикновената вода служи едновременно като забавител на неутрони и охлаждаща течност, уран-графитни реактори (модератор - графит, охлаждаща течност - обикновена вода), газографитни реактори (модератор - графит, охлаждаща течност - газ , често въглероден диоксид), реактори с тежка вода (модератор - тежка вода, охлаждаща течност - тежка или обикновена вода).

Не ориз. 9е представена схематична диаграма на воден реактор под налягане. Активната зона на реактора е дебелостенен съд, съдържащ вода и потопени възли от горивни елементи (горивни пръти). Топлината, генерирана от горивните пръти, се поема от водата, чиято температура се повишава значително.

Дизайнерите са довели мощността на такива реактори до един милион киловата. Мощни блокове за генериране на енергия са инсталирани в Запорожката, Балаковската и други атомни електроцентрали. Скоро реактори с този дизайн, очевидно, ще настигнат по мощност и рекордьора - милион и половина от АЕЦ Игналина.

Но все пак бъдещето на ядрената енергетика, очевидно, ще остане с третия тип реактори, чийто принцип на действие и дизайн бяха предложени от учените - реактори с бързи неутрони. Те се наричат ​​още реактори-размножители. Конвенционалните реактори използват бавни неутрони, които предизвикват верижна реакция в доста рядък изотоп, уран-235, който е само около един процент в естествения уран. Ето защо е необходимо да се изградят огромни фабрики, които буквално пресяват атомите на уран, избирайки от тях атоми само на един вид уран-235. Останалата част от урана не може да се използва в конвенционалните реактори. Възниква въпросът дали този рядък изотоп на урана ще бъде достатъчен за някакъв период от време или човечеството отново ще се изправи пред проблема с недостига на енергийни ресурси?

Преди повече от тридесет години този проблем беше поставен пред лабораторния персонал на Физико-енергийния институт. То е решено. Ръководителят на лабораторията Александър Илич Лейпунски предложи проектирането на реактор с бързи неутрони. Първата такава инсталация е построена през 1955 г. Предимствата на бързите реактори са очевидни. Всички запаси от природен уран и торий могат да се използват в тях за получаване на енергия, а те са огромни - повече от четири милиарда тона уран се разтварят само в Световния океан.

Няма съмнение, че ядрената енергия заема твърдо място в енергийния баланс на човечеството. Със сигурност ще се развива в бъдеще, без да отказва да доставя енергията, от която хората се нуждаят толкова много. Ще са необходими обаче допълнителни мерки, за да се гарантира надеждността на атомните електроцентрали, тяхната безпроблемна работа, а учените и инженерите ще могат да намерят необходимите решения.

Водородна енергия

Много експерти изразяват загриженост относно непрекъснато нарастващата тенденция към непрекъсната електрификация на икономиката и икономиката: все повече и повече химически горива се изгарят в топлоелектрически централи и стотици нови атомни електроцентрали, както и зараждащи се слънчеви, вятърни и геотермални електроцентрали, ще бъдат във все по-широк мащаб (и в крайна сметка изключително) да работят за производството на електрическа енергия. Ето защо учените са заети да търсят фундаментално нови енергийни системи.

Ефективност d. топлоелектрическите централи са сравнително ниски, въпреки че проектантите работят усилено, за да го издигнат. В съвременните електроцентрали на изкопаеми горива той е около 40%, а в атомните електроцентрали - 33%. В този случай голяма част от енергията се губи с отпадна топлина (например заедно с топла вода, изпускана от охладителните системи), което води до т. нар. термично замърсяване на околната среда. От това следва, че топлоелектрическите централи трябва да се изграждат на места, където има достатъчно вода за охлаждане, или в райони, отворени за ветрове, където въздушното охлаждане няма да има отрицателен ефект върху микроклимата. Към това се добавят и проблемите с безопасността и хигиената. Ето защо бъдещите големи атомни електроцентрали трябва да бъдат разположени възможно най-далеч от гъсто населени райони. Но по този начин източниците на електричество се отстраняват от неговите консуматори, което значително усложнява проблема с преноса на електроенергия.

Предаването на електричество по проводник е много скъпо: то представлява около една трета от цената на енергията за потребителя. За намаляване на разходите се строят електропроводи с все по-високо напрежение – скоро ще достигне 1500 kV. Но въздушните високоволтови линии изискват отчуждаване на голяма земна площ, освен това те са уязвими на много силни ветрове и други метеорологични фактори. А подземните кабелни линии струват 10 до 20 пъти повече и се полагат само в изключителни случаи (например, когато това е причинено от съображения за архитектура или надеждност).

Най-сериозният проблем е натрупването и съхранението на електроенергия, тъй като електроцентралите работят най-икономично при постоянна мощност и пълно натоварване. Междувременно търсенето на електроенергия се променя през деня, седмицата и годината, така че мощността на електроцентралите трябва да бъде съобразена с него. Електроцентралите с помпени акумулатори в момента предоставят единствената възможност за съхраняване на големи количества електроенергия за бъдеща употреба, но те от своя страна са свързани с много проблеми.

Всички тези проблеми, пред които е изправена съвременната енергетика, биха могли – според много експерти – да бъдат решени чрез използването на водород като гориво и създаването на така наречената водородна енергийна икономика.

Водородът, най-простият и лек от всички химически елементи, може да се счита за идеално гориво. Има го навсякъде, където има вода. При изгаряне на водорода се образува вода, която може да се разложи отново на водород и кислород и този процес не причинява замърсяване на околната среда. Водородният пламък не отделя в атмосферата продукти, които неизбежно съпътстват изгарянето на друго гориво: въглероден диоксид, въглероден оксид, серен диоксид, въглеводороди, пепел, органични пероксиди и др. Водородът има много висока калоричност: когато 1 g от се изгаря водород, 120 J топлинна енергия, а при изгаряне на 1 g бензин - само 47 J.

Водородът може да се транспортира и разпределя по тръбопроводи като природен газ. Тръбопроводният транспорт на гориво е най-евтиният начин за пренос на енергия на дълги разстояния. Освен това тръбопроводите са положени под земята, което не нарушава ландшафта. Газопроводите заемат по-малко площ от въздушните електрически линии. Пренасянето на енергия под формата на водороден газ по 750 мм тръбопровод на разстояние над 80 км ще бъде по-евтино от пренасянето на същото количество енергия под формата на променлив ток през подземен кабел. На разстояния над 450 km тръбопроводният транспорт на водород е по-евтин от използването на въздушен електропровод за постоянен ток с напрежение 40 kV, а на разстояние над 900 km е по-евтин от въздушен електропровод за променлив ток с напрежение 500 kV.

Водородът е синтетично гориво. Може да се получи от въглища, нефт, природен газ или чрез разлагане на вода. Смята се, че днес в света се произвеждат и консумират около 20 милиона тона водород годишно. Половината от това количество се изразходва за производство на амоняк и торове, а останалата част за отстраняване на сяра от газообразни горива, в металургията, за хидрогениране на въглища и други горива. В съвременната икономика водородът остава по-скоро химикал, отколкото енергийна суровина.

Съвременни и перспективни методи за производство на водород

В днешно време водородът се произвежда основно (около 80%) от нефт. Но това е неикономичен процес за енергетиката, тъй като енергията, получена от такъв водород, струва 3,5 пъти повече от енергията от изгаряне на бензин. Освен това цената на такъв водород непрекъснато се увеличава с покачването на цената на петрола.

Малко количество водород се получава чрез електролиза. Производството на водород чрез електролиза на вода е по-скъпо от производството му от нефт, но ще се разшири и ще стане по-евтино с развитието на ядрената енергетика. Станциите за водна електролиза могат да бъдат разположени в близост до атомни електроцентрали, където цялата енергия, генерирана от електроцентралата, ще се използва за разлагане на водата до образуване на водород. Вярно е, че цената на електролитния водород ще остане по-висока от цената на електрическия ток, но разходите за транспортиране и разпространение на водорода са толкова ниски, че крайната цена за потребителя ще бъде доста приемлива в сравнение с цената на електроенергията.

Днес изследователите работят интензивно за намаляване на цената на технологичните процеси за широкомащабно производство на водород поради по-ефективно разлагане на водата, използвайки високотемпературна електролиза на водна пара, използвайки катализатори, полупропускливи мембрани и др.

Много внимание се отделя на термолитичния метод, който (в бъдеще) се състои в разлагането на водата на водород и кислород при температура от 2500 ° C. Но инженерите все още не са усвоили такава температурна граница в големите технологични агрегати, включително тези, работещи на атомна енергия (в високотемпературните реактори те все още разчитат само на температура от около 1000 ° C). Ето защо изследователите се стремят да разработят процеси, протичащи на няколко етапа, които биха позволили производството на водород в температурни диапазони под 1000 ° C.

През 1969 г. в италианския клон на "Евратом" е пуснат в експлоатация блок за термолитично производство на водород, работещ с КПД. 55% при температура 730°C. В този случай са използвани калциев бромид, вода и живак. Водата в инсталацията се разлага на водород и кислород, а останалите реагенти се циркулират в многократни цикли. Други - проектираните инсталации работеха - при температури 700-800°С. Смята се, че високотемпературните реактори ще подобрят ефективността. такива процеси до 85%. Днес не можем да предвидим точно колко ще струва водородът. Но ако вземем предвид, че цените на всички съвременни видове енергия показват възходяща тенденция, може да се предположи, че в дългосрочен план енергията под формата на водород ще бъде по-евтина, отколкото под формата на природен газ и вероятно в форма на електрически ток.

Използване на водород

Когато водородът стане толкова достъпно гориво, колкото е природният газ днес, той ще може да го замени навсякъде. Водородът може да се изгаря в кухненски печки, бойлери и отоплителни печки, оборудвани с горелки, които почти или изобщо няма да се различават от съвременните горелки, използвани за изгаряне на природен газ.

Както вече казахме, когато водородът се изгаря, не остават вредни продукти от горенето. Следователно няма нужда от системи за отстраняване на тези продукти за отоплителни уреди, работещи на водород. Освен това водната пара, генерирана по време на горенето, може да се счита за полезен продукт - овлажнява въздуха (както знаете, в съвременните апартаменти с централна отопление, въздухът е твърде сух). А липсата на комини не само помага за спестяване на строителни разходи, но и повишава ефективността на отоплението с 30%.

Водородът може да служи и като химическа суровина в много индустрии, например в производството на торове и храни, в металургията и нефтохимията. Може да се използва и за генериране на електроенергия в местни топлоелектрически централи.

Заключение.

Ролята на енергията в поддържането и по-нататъшното развитие на цивилизацията е неоспорима. В съвременното общество е трудно да се намери дори една област на човешка дейност, която да не изисква - пряко или косвено - повече енергия, отколкото мускулите на човек могат да осигурят.

Консумацията на енергия е важен показател за жизнения стандарт. В онези дни, когато човек получава храна, събира горски плодове и ловува животни, той се нуждае от около 8 MJ енергия на ден. След овладяване на огъня тази стойност се увеличава до 16 MJ: в примитивно селскостопанско общество е 50 MJ, а в по-развито - 100 MJ.

По време на съществуването на нашата цивилизация много пъти е имало промяна от традиционни източници на енергия към нови, по-напреднали. И не защото старият източник беше изчерпан.

Слънцето винаги е греело и е топлило човека: и въпреки това, след като хората опитомили огъня, те започнали да горят дърва. Тогава дървата отстъпиха място на въглищата. Запасите от дървесина изглеждаха неограничени, но парните машини изискваха по-висококалоричен "фураж".

Но това беше само сцена. Въглищата скоро отстъпиха лидерството си на пазара на енергиен петрол.

И сега нов кръг в наши дни, водещите видове гориво все още са нефтът и газът. Но за всеки нов кубичен метър газ или тон петрол трябва да отидете все по-на север или на изток, за да заровите все по-дълбоко в земята. Нищо чудно, че нефтът и газът всяка година ще ни струват все повече и повече.

Замяна? Нуждаем се от нов енергиен лидер. Те несъмнено ще бъдат ядрени източници.

Запасите от уран, ако ги сравним с запасите от въглища, изглежда не са толкова големи. Но от друга страна, на единица тегло, той съдържа милиони пъти повече енергия от въглищата.

И резултатът е следният: при генериране на електроенергия в атомна електроцентрала се смята, че трябва да се изразходват сто хиляди пъти по-малко пари и труд, отколкото при добиване на енергия от въглища. А ядреното гориво замества петрола и въглищата... Винаги е било така: следващият източник на енергия също е бил по-мощен. Това беше, така да се каже, "войнствена" линия на енергия.

В преследване на излишък от енергия, човек се потапя все по-дълбоко в спонтанния свят на природните явления и до известно време наистина не се замисля за последствията от своите дела и действия.

Но времената се промениха. Сега, в края на 20-ти век, започва нов, значим етап на земната енергия. Появи се "щадящата" енергия. Построен така, че човек да не отсече клона, на който седи. Той се погрижи за опазването на вече силно увредената биосфера.

Несъмнено в бъдеще, успоредно с линията на интензивно развитие на енергийния сектор, ще получат широки права на гражданство и обширна линия: разпръснатите енергийни източници не са твърде мощни, но с висока ефективност, екологични, лесни за използване.

Ярък пример за това е бързото начало на електрохимичната енергия, която по-късно, очевидно, ще бъде допълнена от слънчева енергия. Енергията много бързо натрупва, усвоява, усвоява всички най-нови идеи, изобретения и научни постижения. Това е разбираемо: енергията е буквално свързана с Всичко и Всичко е привлечено към енергията, зависи от нея.

Следователно енергийната химия, водородната енергия, космическите електроцентрали, енергията, запечатана в антиматерия, кварки, „черни дупки“, вакуум – това са само най-ярките етапи, щрихи, отделни редове от сценария, който се пише пред очите ни и който може да бъде наречена Tomorrow Energy.

Енергийни лабиринти. Мистериозни пасажи, тесни, криволичещи пътеки. Пълен с гатанки, препятствия, неочаквани прозрения, викове на скръб и поражение, щракания на радост и победи. Тънлив, неспокоен, косвен енергиен път на човечеството. Но ние вярваме, че сме на път към Ерата на енергийното изобилие и че всички препятствия, препятствия и трудности ще бъдат преодолени.

Историята за енергията може да бъде безкрайна, има безброй алтернативни форми на нейното използване, при условие че трябва да разработим ефективни и икономични методи за това. Не е толкова важно какво е вашето мнение за нуждите на енергийния сектор, за енергийните източници, неговото качество и себестойност. За нас, явно. трябва само да се съгласим с това, което ученият мъдрец, чието име остана неизвестно: "Няма прости решения, има само разумен избор."

Библиография

1. 1. Августа Голдин. Океани от енергия. - Пер. от английски - М .: Знание, 1983 .-- 144 с.

2. 2. Баланчевадзе В. И., Барановски А. И. и др.; Изд. А.Ф.Дяков. Енергия днес и утре. - М .: Енергоатомиздат, 1990 .-- 344 с.

3. 3. Повече от достатъчно. Оптимистичен поглед върху бъдещето на световната енергетика / Изд. Р. Кларк: Пер. от английски - М .: Енергоатомиздат, 1984 .-- 215 с.

4. 4. Бурдаков В. П. Електричество от космоса. - М .: Енергоатомиздат, 1991 .-- 152 с.

5. 5. Вершински Н.В. Енергия на океана. - Москва: Наука, 1986 .-- 152 с.

6. 6. Гуревич Ю. Студено изгаряне. //Квант. - 1990 - бр.6. - Изкуство. 9-15.

7. 7. Източници на енергия. Факти, проблеми, решения. - М .: Наука и техника, 1997 .-- 110 с.

8. 8. Кирилин В. А. Енергетика. Основни проблеми: Във въпроси и отговори. - М .: Знание, 1990 .-- 128 с.

9. 9. Кононов Ю. Д. Енергетика и икономика. Проблеми на прехода към нови енергийни източници. - М .: Наука, 1981 .-- 190 с.

10.10.Меркулов О.П. - К .: Наукова дума, 1991 .-- 123 с.

11.11 Световна енергетика: прогноза за развитие до 2020 г. / Пер. от английски изд. Ю. Н. Старшикова. - М .: Енергия, 1980 .-- 256 с.

12.12 Неконвенционални енергийни източници. - М .: Знание, 1982 .-- 120 с.

13.13.Podgorny A.N. Водородна енергия. - М .: Наука, 1988. - 96 с.

14.14.Соснов А. Я. Енергия на Земята. - Л .: Лениздат, 1986 .-- 104 с.

15.15.Sheidlin A.E. Нова енергия. - М .: Наука, 1987 .-- 463 с.

16.16.Шулга В.Г., Коробко Б.П., Жовмир М.М. Основните резултати от развитието на нетрадиционни и иновативни енергийни източници в Украйна // Енергетика и електрификация. - 1995 - No2. - Изкуство. 39-42.

17.17.Енергия на света: Преводи на докладите от XI конгрес на МИРЕЦ / Изд. P.S. Непорожни. - М .: Енергоатомиздат, 1982 .-- 216 с.

18.18. Енергийни ресурси на света / Изд. P.S. Neporozhny, V.I. Попков. - М .: Енергоатомиздат, 1995 .-- 232 с.

19.19 Ю. Тьолдеши, Ю. Лесни. Светът търси енергия. - М .: Мир, 1981 .-- 440 с.

20.20 Юдасин Л. С. Енергия: проблеми и надежди. - М .: Образование, 1990 .-- 207с.

Хората използват различни видове енергия за всичко - от собствените си движения до изпращането на астронавти в космоса.

Има два вида енергия:

• способност за ангажиране (потенциал)
• действителна работа (кинетична)

Предлага се в различни форми:

• топлина (топлина)
• светлина (лъчиста)
• движение (кинетично)
• електрически
• химически
• ядрената енергия
• гравитационен

Например храната, която човек яде, съдържа химикал и човешкото тяло го съхранява, докато той или тя го използва като кинетична по време на работа или живот.

Енергийна класификация

Хората използват различни видове ресурси: електричество в домовете си, произведено от изгаряне на въглища, ядрени реакции или водноелектрически централи на реката. По този начин въглищата, ядрената и водната енергия се наричат ​​източник. Когато хората пълнят резервоара за гориво с бензин, източникът може да бъде нефт или дори отглеждане и преработка на зърно.

Енергийните източници са разделени на две групи:

• Възобновяема
• Невъзобновяема

Възобновяемите и невъзобновяемите източници могат да се използват като първични източници за ползи като топлина или да се използват за производство на вторични енергийни източници като електричество.

Когато хората използват електричество в домовете си, електричеството вероятно се генерира от изгаряне на въглища или природен газ, ядрена реакция или водноелектрическа централа на река или от няколко източника. Хората използват суров петрол (невъзобновяем) за гориво на автомобилите си, но могат да използват и биогорива (възобновяеми) като етанол, който се произвежда от преработена царевица.

Възобновяема

Има пет основни възобновяеми енергийни източника:

• слънчево
• Геотермална топлина вътре в Земята
• Вятърна енергия
• Биомаса от растения
• Хидроенергия от течаща вода

Биомасата, която включва дървесина, биогорива и отпадъци от биомаса, е най-големият източник на възобновяема енергия, която представлява около половината от всички възобновяеми източници и около 5% от общото потребление.

Невъзобновяема

Повечето от ресурсите, консумирани в момента от невъзобновяеми източници:

• Петролни продукти
• Втечнен газ въглеводород
• Природен газ
• въглища
• Ядрената енергия

Невъзобновяемите енергии представляват около 90% от всички използвани ресурси.

Променя ли се разходът на гориво с течение на времето

Източниците на енергия се променят с течение на времето, но промяната е бавна. Например, някога въглищата са били широко използвани като гориво за отопление на домове и търговски сгради, но специфичното използване на въглища за тези цели е намаляло през последния половин век.

Въпреки че делът на възобновяемите горива в общото потребление на първична енергия все още е сравнително малък, използването им се увеличава във всички сектори. В допълнение, използването на природен газ в енергетиката се е увеличило през последните години поради ниските цени на природния газ, докато използването на въглища в тази система е намаляло.

>> Източници на енергия

§ 6. Източници на енергия

Енергийните източници са възобновяеми и невъзобновяеми. Ще разгледаме и тези, и другите по-подробно в третата част на урока. Засега нека ги опознаем в общи линии.

Възобновяеми енергийни източници

Огромни количества слънчева енергия непрекъснато се стичат към Земята. Около една трета от тази енергия се отразява от земната атмосфера, 0,02% се използва от растенията за фотосинтеза, а останалата част отива за поддържане на много естествени процеси: нагряване на земната кора, океан и атмосфера, движение на въздушните маси (вятър), вълни , океанските течения, изпарението и циркулацията на водата.

Тази огромна енергия, достигаща до Земята, обаче не води до глобално затопляне, тъй като след като премине през естествени процеси, тя се излъчва обратно в космоса. В продължение на милиони години природата се е приспособила към тези огромни потоци енергия и е достигнала универсално топлинно равновесие.

Когато използваме възобновяеми енергийни източници, го правим по два начина. Можете да използвате слънчевата енергия директно, например в слънчеви панели. Вероятно сте виждали големи слънчеви панели на нашите обитаеми космически станции. В слънчева клетка светлинната енергия на слънцето се преобразува в електрическа енергия. В райони, където има много слънчеви дни в годината, можете да инсталирате слънчеви панели на покрива и да използвате енергията на Слънцето за битови нужди. Има дори проекти за автомобили, които се захранват от енергия, генерирана в слънчев панел, монтиран на покрива на такъв автомобил.

Ориз. 1.1. Енергиен баланс на Земята без човешка намеса

Вторият начин е да се използва енергията на един или друг природен процес. Ние следваме този път, използвайки енергията на водата във водноелектрическите централи, енергията на морските приливи в приливните електроцентрали, енергията на вятъра във вятърните електроцентрали.

Ориз. 1.2. Енергиен баланс на Земята, използващ възобновяеми енергийни източници

При използване на възобновяеми енергийни източници увеличаването на потреблението на енергия на Земята не нарушава общото топлинно равновесие и не води до глобално затопляне. Ние не променяме количеството енергия, което влиза в Земята и излиза от Земята (фиг. 1.1, 1.2). Следователно първото предимство на такива енергийни източници е, че те не вредят на природата.

Възобновяемите енергийни източници непрекъснато попълват енергията си от слънцето и те ще продължат милиони, ако не и милиарди години - докато съществува слънцето. Това е второто им предимство.

Невъзобновяеми енергийни източници

В недрата на Земята се намират много различни природни съединения, съдържащи големи запаси от енергия. Най-важните от тях са петрол, въглища, природен газ, торф и уран.

Ориз. 1.3. Енергиен баланс на невъзобновяеми енергийни източници без човешка намеса

Първоначално енергията, съхранявана в тези източници, също идва главно от Слънцето. Това обаче са невъзобновяеми източници. Невъзобновяеми, защото само малко количество слънчева енергия се преобразува в енергия от невъзобновяеми източници всяка година и са необходими милиони години, за да прераснат тези малки количества в големи находища на въглища, нефт, газ или уран. Енергията от невъзобновяеми източници се съхранява само на Земята. Докато човечеството не започне да използва невъзобновяеми източници, количеството енергия, съхранявано в тях, остава непроменено (фиг. 1.3).

Но щом хората започнаха да използват невъзобновяеми източници, количеството енергия, съхранявано в тях, започна необратимо да намалява (фиг. 1.4). Скоростта, с която използваме невъзобновяемите енергийни източници, е многократно по-висока от скоростта, с която се генерират. Следователно рано или късно те ще бъдат изчерпани. Това е първият им недостатък.

Ориз. 1.4. Енергиен баланс на невъзобновяеми енергийни източници, когато се използват от хора

Трябва да се стремим да консумираме възможно най-малко енергия от невъзобновяеми източници и колкото е възможно повече от възобновяеми. Ако използваме дърва за огрев за отопление и засаждане и отглеждане на нови вместо изсечени дървета, това несъмнено е възобновяем източник на енергия.

Вторият голям недостатък на такива енергийни източници е, че причиняват огромна вреда на природата. Ще разгледаме подробно негативните последици от използването на невъзобновяеми енергийни източници в третата част на тази книга. Защо човечеството продължава да използва невъзобновяеми енергийни източници, въпреки техните недостатъци? Има няколко причини за това: икономически (желанието да получите незабавна печалба), психологически (нежелание да се промени обичайния начин на живот) и дори политически (енергията е сила). Ще обсъдим това по-подробно в следващата част.

В заключение представяме таблица, която показва схематично какви са предимствата и недостатъците на нашите най-разпространени и широко разпространени енергийни източници и какви последствия за околната среда води тяхното използване. Както можете да видите, няма нито един идеален източник на енергия. Въпреки това има голяма разлика между енергийните източници по отношение на опасностите за околната среда.

Помислете и отговорете

1. Какво означава изразът "възобновяема енергия"?
2. Какво означава изразът "невъзобновяем източник на енергия"? Може ли този израз да се приеме буквално?
3. Защо използването на невъзобновяеми енергийни източници води до глобално затопляне, докато използването на възобновяеми енергийни източници не?
4. Какви източници на енергия – възобновяеми или невъзобновяеми – в момента човечеството използва основно за производство на енергия?

4-9 клас. Учебник за гимназията. SPb. 2008. - 88 с., ил. И. Лоренцен.

Екология за 7 клас, изтегляне на учебници и книги по екология, онлайн библиотека

Съдържание на урока план на урокаподкрепа рамка презентация урок ускорителни методи интерактивни технологии Практика задачи и упражнения семинари за самопроверка, обучения, казуси, куестове домашни задачи дискусия въпроси реторични въпроси от ученици Илюстрации аудио, видео клипове и мултимедияснимки, картинки, диаграми, таблици, схеми хумор, вицове, вицове, комикси притчи, поговорки, кръстословици, цитати Добавки резюметастатии чипове за любопитни шпаргалки учебници основен и допълнителен речник на термини други Подобряване на учебниците и уроцитекорекции на грешки в урокаактуализиране на фрагмент в учебника, елементи на иновация в урока, замяна на остарелите знания с нови Само за учители перфектни уроцикалендарен план за годината методически препоръки на дискусионната програма Интегрирани уроци

Когато се стъмни в стаята, пускаш светлината. Когато ти е студено, включваш нагревателя. За това се губи енергия. А откъде идва енергията, която е толкова необходима на всеки от нас?

Въглища, петрол и природен газ се изгарят, за да получите електричеството, което е във вашия контакт. Но можете да получите енергия по други начини, например от слънцето, вятъра, водата, биомасата и горещите извори.

1. Разгледайте снимките. Те изобразяват два начина за получаване на енергия. Кое от тях уврежда околната среда и кое не? Напишете отговорите си под снимката и ги обосновете.

2. Знаете ли какви са други възможности за получаване на електроенергия? Разкажете ни за тях.

Запасите от въглища, нефт и природен газ може да бъдат изчерпани в близко бъдеще. Същият проблем е и с урана, който се използва от атомни електроцентрали. Тези енергийни източници се наричат ​​невъзобновяеми, защото могат да се изчерпят.

Възобновяемата енергия изисква неизползвани източници като слънцето, вятъра, водата, биомасата и топлината на земята. Колко дълго ще съществува Земята, колко дълго ще грее слънцето, ще духа ли вятърът и ще тече вода?

ЗАДАЧА:

1. Кое от тези твърдения е правилно? Подчертайте.

- получаваме по-голямата част от електроенергията от невъзобновяеми ресурси;

- невъзобновяемите ресурси са неизчерпаем източник на електроенергия.

2. Обсъдете с приятели какво е от полза или вреда на лицето, което използва

Въглища, нефт и природен газ.

ЗНАЕШ ЛИ

Изгарянето на въглища, нефт и природен газ произвежда много въглероден диоксид. Той затопля земната атмосфера, създава парников ефект и допринася за изменението на климата.

СЛЪНЧЕВА ЕНЕРГИЯ

Слънцето е най-големият източник на енергия на Земята. С помощта на слънчева батерия можете да преобразувате слънчевата енергия в електрическа енергия. За това се използва различно оборудване: от малки слънчеви панели, които са във вашия калкулатор, до огромни слънчеви панели, които могат да заемат целия покрив на къща. Слънчевата енергия е достъпна навсякъде. Този енергиен източник не е придружен от емисии на вредни газове и е екологичен. И въпреки че преобразуването на слънчевата енергия в електрическа е доста скъпо, но това е бъдещето.

ЗНАЕШ ЛИ

Германски учени са изчислили, че 16 000 кв. км слънчеви топлинни електроцентрали в Северна Африка, свързани с Европа чрез високоволтови електропроводи, могат да генерират достатъчно електроенергия, за да захранват цяла Европа. А изграждането на слънчеви електроцентрали на 1 \% от площта на всички пустини (площ, равна на площта на Австрия) може да задоволи световните енергийни нужди.

Слънчевите електроцентрали са специално място, където се генерира голямо количество електрически ток от енергията на Слънцето. С помощта на огледало тук се фокусират слънчевите лъчи, което загрява течността до 400 ° C в специален бойлер. Течността в специални топлообменници се превръща в пара, а парата от своя страна върти турбина, свързана с генератор, който генерира електрически ток.

1. Прочетете текста и запишете как слънчевата енергия е от полза за човек. Помислете каква вреда причинява и го запишете в стълбовете до него.

2. Под какъв ъгъл трябва да стоят слънчевите панели, за да получават оптимално количество слънчева светлина?

ОПИТ № 1.

Ръцете могат да се затоплят не само с ръкавици, но и на слънце. Как да направим топлината по-силна? НЕКА ИЗЖИВЕЕМ. КАКВО НИЕ НУЖДАЕМ:

Картон, фолио, лепило, ножица, пергел, линийка и молив.

КАКВО ТРЯБВА ДА НАПРАВИМ:

1. На хартия начертайте с пергел кръг от 12 см. Залепете кръга върху алуминиево фолио.

2. Сгънете кръга наполовина и направете дупка в центъра, така че да можете да вкарате показалеца си.

3. Разрежете кръга наполовина, сгънете едната страна върху другата и ги залепете заедно. Страната с фолиото трябва да е вътре.

4. Сега поставете кръга на показалеца си и го задръжте на слънце.

БъдаВНИМАТЕЛЕН! МОЖЕТЕ ДА ИЗГАРИТЕ!

Силата на вятъра

Човекът отдавна е укротил вятъра. С помощта на добър вятър морските кораби достигнаха предназначената си точка на земното кълбо. Вятърната енергия се използвала във вятърните мелници за обработка на дървесина, като мелников механизъм, като помпа за изпомпване на вода и масло. Сега е времето за вятърни паркове. Електрическият ток се генерира от вятърна енергия. В този случай не се образува нито въглероден диоксид, нито други вредни вещества. Вятърната енергия е екологично чист източник на енергия.

Има хора, които са против вятърните паркове. Обществата за защита на животните са загрижени, че огромните крила на вятърни мелници могат да навредят на птиците. Населението, което живее в близост до вятърните паркове, се оплаква от отблясъците и шума, който създава вятърното колело. Експертите смятат, че ползите от вятърната енергия надвишават вредите.

Електрическа енергия от слама и отломки? Звучи смешно, но е така! В голям, херметически затворен резервоар, наречен биореактор, се смесват животински отпадъци и остатъчна растителна биомаса. Бактериите започват да разграждат тази смес. Това произвежда биогаз. Може да се изгаря за производство на електричество или енергия за автомобилен биодизел. Останалата част от биореактора се използва като тор за нивите. Предимството на биогоривата спрямо другите видове е, че са напълно биоразградими и следователно не са вредни за околната среда.

Горите са един от източниците на биомаса. При преработка на 3-4 ml тона дървесина се генерират отпадъци, чийто енергиен еквивалент е 1,1-1,2 ml тона масло.

Този опит показва как бактериите разграждат биомасата в бутилката, за да произведат газ.

200 г настъргани отпадъци от кухнята (например картофени кожи, зеленчукови остатъци, листа от маруля и др.);

5 супени лъжици пръст и малко топла вода;

Чаена лъжичка захар;

Пластмасова бутилка и балон.

1. Поставете настърганите остатъци и пръст в бутилката. Разбъркайте всичко добре.

2. Добавете толкова топла вода, че бутилката да е наполовина пълна, след което добавете захар.

3. Поставете балон върху бутилката, така че въздухът да не излиза от контейнера.

4. Поставете бутилката на топло и тъмно място и изчакайте три дни. Балонът трябва да се надуе.

Ако това не се случи, оставете я за още два дни! Обяснете какво става?

Също така биогаз може да се получи от дървета и техните отпадъци.

кибрит; метален напръстник;

Алуминиево фолио; цветна тел; форцепс, игла, свещ.

1. Поставете 2-3 кибрита в напръстник (кибрита трябва да са без сяра). Покрийте напръстника плътно с фолио и го закрепете с тел. ‘

2. Задръжте напръстника над свещта за 1-2 минути.

3. Поставете напръстника на повърхността (внимавайте - горещо е), с игла направете малка дупчица във фолиото.

Под краката ни има мощен източник на топлина, който не усещаме на повърхността на Земята. Но ако пробиете дълбоко в Земята, тогава температурата ще се повиши. Тази топлина е в недрата от времето на възникването на планетата. Изригването на вулкани ясно показва огромната температура вътре в Земята. Учените оценяват температурата на земното ядро ​​на хиляда градуса по Целзий. Постепенно намалява от горещото вътрешно ядро ​​до повърхността на Земята.

Исландия се нарича "Земя на ледниците", която ефективно използва хидротермалната енергия на своите недра. Тук са известни над 700 термални извора, които излизат на земната повърхност. Около 60% от населението използва геотермални води за отопление на домовете си.

Водата е много мощна. Колкото по-бързо тече водата, толкова по-голяма е нейната сила и толкова повече енергия може да получи човек от нея.

Хидроенергийното оборудване се монтира главно на големи равнинни реки, но понякога и на малки планински реки. Изградените язовири блокират водните потоци. Водата се издига и се образува резервоар. От него водата изтича по тръби към турбините, които от своя страна са свързани към генератора, който генерира ток.

Водноелектрическата централа е утвърден пример за производство на енергия, което не е така

Замърсява въздуха. Но все още има вреден ефект върху екосистемата. Това са полетата

Гроувс. Работата на водноелектрическите централи изисква значителни наводнения

Зони с плодородна почва. Рибите страдат много от водноелектрическите централи. Тя не може да мине

През язовири до обичайните им места за хвърляне на хайвера. Много риба и планктон умират

в турбинните лопати.

Поради изграждането на каскада от резервоари на Днепър, над 6 хиляди населени места бяха наводнени и разрушени, над 3 милиона души бяха презаселени.

Има както положителни, така и отрицателни страни

1. Използване на водноелектрическа енергия Попълнете таблицата.

2. Нарисувайте плакат, който описва как човек е използвал енергията на водата в продължение на 100 години.

За никого не е тайна, че ресурсите, използвани от човечеството днес, са ограничени, освен това по-нататъшното им добив и използване може да доведе не само до енергийна, но и до екологична катастрофа. Ресурсите, традиционно използвани от човечеството – въглища, газ и нефт – ще се изчерпят след няколко десетилетия и трябва да се вземат мерки сега, в наше време. Разбира се, може да се надяваме, че отново ще открием някое богато находище, точно както беше през първата половина на миналия век, но учените са сигурни, че такива големи находища вече не съществуват. Но във всеки случай, дори откриването на нови находища само ще отложи неизбежното, необходимо е да се намерят начини за производство на алтернативна енергия и да се премине към възобновяеми източници като вятър, слънце, геотермална енергия, енергия на водни потоци и други, и наред с това е необходимо да се продължи развитието на енергоспестяващи технологии.

В тази статия ще разгледаме няколко от най-обещаващите, според съвременните учени, идеи, върху които ще се гради енергията на бъдещето.

Слънчеви станции

Хората отдавна се чудят дали е възможно да се затопли вода под слънчевите лъчи, изсушени дрехи и фаянс, преди да се изпратят във фурната, но тези методи не могат да се нарекат ефективни. Първите технически средства, които преобразуват слънчевата енергия, се появяват през 18 век. Френският учен Ж. Бюфон показа експеримент, при който успява да запали сухо дърво от разстояние около 70 метра с помощта на голямо вдлъбнато огледало при ясно време. Неговият сънародник, известният учен А. Лавоазие, използва лещи за концентриране на енергията на слънцето, а в Англия създават двойно изпъкнало стъкло, което, фокусирайки слънчевите лъчи, разтопява чугуна само за няколко минути.

Натуралистите са провели много експерименти, които доказват, че слънцата на земята са възможни. Въпреки това, слънчева батерия, която ще преобразува слънчевата енергия в механична енергия, се появи сравнително наскоро, през 1953 г. Създаден е от учени от Националната аерокосмическа агенция на САЩ. Още през 1959 г. слънчева батерия е използвана за първи път за оборудване на космически спътник.

Може би дори тогава, осъзнавайки, че такива батерии са много по-ефективни в космоса, учените са стигнали до идеята за създаване на космически слънчеви станции, тъй като за един час слънцето може да генерира толкова енергия, колкото цялото човечество не консумира за една година, така че защо да не го използвате? Каква ще бъде индустрията за слънчева енергия в бъдеще?

От една страна изглежда, че използването на слънчева енергия е идеално. Въпреки това, цената на огромна космическа слънчева станция е много висока, а освен това ще бъде скъпа за експлоатация. С течение на времето, когато бъдат въведени нови технологии за доставка на стоки в космоса, както и нови материали, реализацията на подобен проект ще стане възможна, но засега можем да използваме само относително малки батерии на повърхността на планетата. Мнозина ще кажат, че това също не е лошо. Да, това е възможно в частна къща, но за енергийното снабдяване на големите градове, съответно, имате нужда или от много слънчеви панели, или от технология, която ще ги направи по-ефективни.

Икономическата страна на въпроса също присъства тук: всеки бюджет ще пострада много, ако му бъде поверена задачата да прехвърли цял град (или цяла държава) към слънчеви панели. Изглежда, че е възможно да се задължат жителите на градовете да плащат някои суми за преоборудване, но в този случай те ще бъдат недоволни, защото ако хората са готови да отидат за такива разходи, те сами щяха да го направят отдавна : всеки има възможност да закупи соларна батерия.

Има и друг парадокс със слънчевата енергия: производствените разходи. Директното преобразуване на слънчевата енергия в електричество не е най-ефективното нещо. Досега не е намерен по-добър начин от използването на слънчевите лъчи за нагряване на вода, която, превръщайки се в пара, от своя страна завърта динамото. В този случай загубата на енергия е минимална. Човечеството иска да използва "зелени" слънчеви панели и слънчеви станции за запазване на ресурсите на земята, но такъв проект ще изисква огромно количество от същите ресурси и "незелена" енергия. Например във Франция наскоро беше построена слънчева електроцентрала с площ от около два квадратни километра. Стойността на строителството беше около 110 милиона евро, без оперативните разходи. При всичко това трябва да се има предвид, че експлоатационният живот на такива механизми е около 25 години.

Вятър

Вятърната енергия също се използва от хората още от древността, като най-простият пример са ветроходството и вятърните мелници. Вятърните мелници все още се използват днес и са особено ефективни в райони с постоянни ветрове, като например по крайбрежието. Учените непрекъснато излагат идеи как да модернизират съществуващите устройства за преобразуване на вятърна енергия, една от тях са вятърните турбини под формата на реещи се турбини. Поради постоянното въртене те биха могли да "виснат" във въздуха на разстояние няколкостотин метра от земята, където вятърът е силен и постоянен. Това би помогнало при електрификацията на селските райони, където стандартните вятърни турбини не могат да се използват. В допълнение, такива реещи се турбини биха могли да бъдат оборудвани с интернет модули, с помощта на които на хората ще бъде осигурен достъп до световната мрежа.

Приливи и вълни

Бумът на слънчевата и вятърната енергия постепенно отминава, а друга природна енергия привлече интереса на изследователите. Използването на приливи и отливи се счита за по-обещаващо. Вече около сто компании по света се занимават с този проблем, има и няколко проекта, които са доказали ефективността на този метод за производство на електроенергия. Предимството пред слънчевата енергия е, че загубите при преобразуване на една енергия в друга са минимални: приливна вълна завърта огромна турбина, която генерира електричество.

Проектът Oyster е идеята за инсталиране на въртящ се клапан на дъното на океана, който ще донесе вода до брега, като по този начин ще завърти обикновена хидроелектрическа турбина. Само една такава инсталация би могла да осигури електричество на малък квартал.

Вече в Австралия приливните вълни се използват успешно: в град Пърт са инсталирани инсталации за обезсоляване, които работят на този вид енергия. Тяхната работа прави възможно осигуряването на прясна вода за около половин милион души. Природната енергия и промишлеността също могат да бъдат комбинирани в този отрасъл за производство на енергия.

Използването е малко по-различно от технологиите, които сме свикнали да виждаме в речните водноелектрически централи. Често водноелектрическите централи вредят на околната среда: прилежащите територии са наводнени, екосистемата е разрушена, но станциите, работещи на приливни вълни, са много по-безопасни в това отношение.

Човешка енергия

Един от най-фантастичните проекти в нашия списък е използването на енергията на живите хора. Звучи поразително и дори донякъде ужасяващо, но не толкова страшно. Учените ценят идеята как да се използва механичната енергия на движението. Тези проекти са свързани с микроелектрониката и нанотехнологиите с ниска консумация на енергия. Макар да звучи като утопия, реално развитие няма, но идеята е много интересна и не напуска умовете на учените. Съгласете се, устройствата, които, подобно на часовник с автоматично навиване, ще се зареждат от факта, че пръстът се прекарва върху сензора или от факта, че таблет или телефон просто виси в чанта по време на ходене, ще бъдат много удобни. Да не говорим за дрехи, които, пълни с различни микроустройства, биха могли да преобразуват енергията на движението на човек в електричество.

В Бъркли, в лабораторията на Лорънс, например, учените се опитаха да приложат идеята за използване на вируси за натиск на електричеството. Предлагат се и малки механизми, задвижвани от движение, но досега тази технология не е пусната в движение. Да, глобалната енергийна криза не може да бъде преодоляна по този начин: колко хора ще трябва да „въртят педали“, за да заработи цялата централа? Но като една от мерките, прилагани в комплекса, теорията е доста жизнеспособна.

Такива технологии ще бъдат особено ефективни на труднодостъпни места, на полярните станции, в планините и тайгата, сред пътници и туристи, които не винаги имат възможност да зареждат своите джаджи, но е важно да поддържате връзка, особено ако групата е в критична ситуация. Колко неща биха могли да се предотвратят, ако хората винаги разполагаха с надеждно комуникационно устройство, което не зависи от "гнездото".

Водородни горивни клетки

Може би всеки собственик на автомобил, гледайки индикатора за количеството бензин, приближаващ се до нула, имаше представа колко страхотно би било, ако колата работи на вода. Но сега неговите атоми са дошли на вниманието на учените като реални енергийни обекти. Факт е, че частиците водород - най-разпространеният газ във Вселената - съдържат огромно количество енергия. Освен това двигателят изгаря този газ практически без странични продукти, тоест получаваме много екологично гориво.

Водородът се захранва от някои модули и совалки на МКС, но на Земята съществува предимно под формата на съединения като водата. През осемдесетте години в Русия имаше разработки на самолети, използващи водород като гориво, тези технологии дори бяха приложени на практика, а експерименталните модели доказаха своята ефективност. Когато водородът се отдели, той се прехвърля в специална горивна клетка, при което електричеството може да се генерира директно. Това не е енергията на бъдещето, тя вече е реалност. Подобни автомобили вече се произвеждат в доста големи количества. Honda, за да подчертае гъвкавостта на енергийния източник и автомобила като цяло, проведе експеримент, при който колата беше свързана към електрическата домашна мрежа, но не за да се презарежда. Автомобилът може да осигури енергия на частна къща за няколко дни или да кара почти петстотин километра без зареждане.

Единственият недостатък на такъв източник на енергия в момента е сравнително високата цена на такива екологично чисти автомобили и, разбира се, доста малък брой станции за зареждане с водород, но в много страни те вече се планират да бъдат построени. Например Германия вече има план за инсталиране на сто бензиностанции до 2017 г.

Топлината на земята

Преобразуването на топлинната енергия в електрическа е същността на геотермалната енергия. В някои страни, където е трудно да се използват други индустрии, се използва доста широко. Например във Филипините 27% от цялата електроенергия идва от геотермални централи, докато в Исландия тази цифра е около 30%. Същността на този метод за производство на енергия е доста проста, механизмът е подобен на обикновена парен двигател. Преди предполагаемото "езеро" от магма е необходимо да се пробие кладенец, през който се доставя вода. При контакт с гореща магма водата моментално се превръща в пара. Той се издига там, където завърта механична турбина, като по този начин генерира електричество.

Бъдещето на геотермалната енергия е да намери голямо „съхранение“ за магма. Например в гореспоменатата Исландия успя: нажежена магма за части от секундата превърна цялата инжектирана вода в пара с температура от около 450 градуса по Целзий, което е абсолютен рекорд. Такава пара под високо налягане е в състояние да повиши ефективността на геотермална станция няколко пъти, това може да се превърне в тласък за развитието на геотермална енергия в целия свят, особено в райони, наситени с вулкани и термални извори.

Използване на ядрени отпадъци

По едно време ядрената енергия направи фурор. Това беше докато хората осъзнаха цялата опасност от тази енергийна индустрия. Възможни са инциденти, никой не е имунизиран от такива случаи, но те са много редки, но радиоактивните отпадъци се появяват стабилно и доскоро учените не можеха да решат този проблем. Въпросът е, че урановите пръти - традиционното "гориво" на атомните електроцентрали, могат да се използват само с 5%. След изработването на тази малка част, целият прът се изпраща на "сметището".

Преди това беше използвана технология, при която пръчките бяха потопени във вода, която забавя неутроните, поддържайки стабилна реакция. Сега вместо вода започнаха да използват течен натрий. Тази подмяна дава възможност не само да се използва целият обем уран, но и да се преработят десетки хиляди тонове радиоактивни отпадъци.

Важно е да се освободи планетата от ядрени отпадъци, но самата технология има едно „но“. Уранът е ресурс и запасите му на Земята са ограничени. Ако цялата планета се прехвърли изключително на енергия, получена от атомни електроцентрали (например в Съединените щати атомните електроцентрали произвеждат само 20% от цялата консумирана електроенергия), запасите от уран ще се изчерпят доста бързо и това отново ще доведе човечеството до прага на енергийна криза, така че ядрената енергия, макар и модернизирана, е само временна мярка.

Растително гориво

Дори Хенри Форд, след като създаде своя "Модел Т", се надяваше, че той вече ще работи на биогорива. По това време обаче бяха открити нови петролни находища и необходимостта от алтернативни източници на енергия изчезна за още няколко десетилетия, но сега отново се връща.

През последните петнадесет години използването на растителни горива като етанол и биодизел се е увеличило няколко пъти. Използват се както като независими източници на енергия, така и като добавки към бензина. Преди време надеждите се възлагаха на специална култура на просо, наречена "рапица". Той е напълно неподходящ за храна нито за хора, нито за добитък, но има високо съдържание на масло. От това масло и започна да се произвежда "биодизел". Но тази култура ще заеме твърде много място, ако се опитате да я отглеждате достатъчно, за да осигурите гориво поне за част от планетата.

Сега учените говорят за използването на водорасли. Масленото им съдържание е около 50%, което ще направи също толкова лесно извличането на масло, а отпадъците могат да се превърнат в торове, на базата на които ще се отглеждат нови водорасли. Идеята се счита за интересна, но все още не е доказала своята жизнеспособност: публикация за успешни експерименти в тази област все още не е публикувана.

Термоядрен синтез

Бъдещата енергия на света според съвременните учени е невъзможна без технологии.Това в момента е най-обещаващата разработка, в която вече се инвестират милиарди долари.

Използва се енергията на делене. Опасно е с това, че съществува заплаха от неконтролирана реакция, която ще унищожи реактора и ще доведе до отделяне на огромно количество радиоактивни вещества: може би всички си спомнят аварията в атомната електроцентрала в Чернобил.

Реакциите на термоядрен синтез, както подсказва името, използват енергията, освободена от сливането на атоми. В резултат на това, за разлика от атомното делене, не се генерират радиоактивни отпадъци.

Основният проблем е, че в резултат на термоядрен синтез се образува вещество, което има толкова висока температура, че може да разруши целия реактор.

Бъдещето е реалност. И тук фантазиите са неуместни, в момента строителството на реактор вече е започнало на територията на Франция. Няколко милиарда долара са инвестирани в пилотен проект, който се финансира от много страни, които освен ЕС включват Китай и Япония, САЩ, Русия и др. Първоначално беше планирано първите експерименти да бъдат стартирани през 2016 г., но изчисленията показаха, че бюджетът е твърде малък (вместо 5 милиарда, бяха необходими 19) и стартирането беше отложено за още 9 години. Може би след няколко години ще видим на какво е способна термоядрената енергия.

Проблеми на настоящето и възможности за бъдещето

Не само учените, но и писателите на научна фантастика дават много идеи за внедряване на технологията на бъдещето в енергетиката, но всички са съгласни, че досега нито един от предложените варианти не може да отговори напълно на всички нужди на нашата цивилизация. Например, ако всички автомобили в Съединените щати работят на биогорива, полетата с рапица ще трябва да засадят площ, равна на половината от цялата страна, независимо от факта, че в САЩ няма толкова много земя, подходяща за земеделие. Освен това досега всички методи за производство на алтернативна енергия са скъпи. Може би всеки обикновен градски жител е съгласен, че е важно да се използват екологично чисти, възобновяеми ресурси, но не и в случаите, когато им се казва цената на такъв преход в момента. Учените имат още много работа в тази област. Нови открития, нови материали, нови идеи - всичко това ще помогне на човечеството да се справи успешно с предстоящата ресурсна криза. Планетите могат да бъдат решени само чрез сложни мерки. В някои райони е по-удобно да се използва производството на енергия с помощта на вятъра, някъде - слънчеви панели и т.н. Но може би основният фактор ще бъде намаляването на потреблението на енергия като цяло и създаването на енергоспестяващи технологии. Всеки човек трябва да разбере, че е отговорен за планетата и всеки трябва да си зададе въпроса: „Каква енергия да избера за бъдещето?“ Преди да преминете към други ресурси, всеки трябва да осъзнае, че това наистина е необходимо. Само с интегриран подход ще бъде възможно да се реши проблемът с консумацията на енергия.