Prečo teraz, viac ako kedykoľvek predtým, vyvstala otázka: čo čaká ľudstvo - energetický hlad alebo energetická hojnosť? Články o energetickej kríze neopustili stránky novín a časopisov. Kvôli rope vznikajú vojny, štáty prekvitajú a chudobnejú a vlády sa menia. Správy o spustení nových inštalácií či nových vynálezov v oblasti energetiky sa začali klasifikovať ako novinové senzácie. Vyvíjajú sa gigantické energetické programy, ktorých realizácia si vyžiada obrovské úsilie a obrovské materiálové náklady.

Ak na konci minulého storočia hrala dnes najrozšírenejšia energia – energia – vo svetovej bilancii vo všeobecnosti pomocnú a nepodstatnú úlohu, tak už v roku 1930 svet vyrobil asi 300 miliárd kilowatthodín elektriny. Predpoveď je celkom realistická, podľa ktorej sa v roku 2000 vyrobí 30-tisíc miliárd kilowatthodín! Obrovské čísla, bezprecedentné tempo rastu! A napriek tomu bude energie málo a jej potreby budú rásť ešte rýchlejšie.

Úroveň materiálnej a v konečnom dôsledku aj duchovnej kultúry ľudí je priamo úmerná množstvu energie, ktorou disponujú. Ak chcete ťažiť rudu, taviť z nej kov, postaviť dom, robiť čokoľvek, potrebujete spotrebovať energiu. A ľudské potreby neustále rastú a ľudí je stále viac a viac.

Načo je teda zastávka? Vedci a vynálezcovia už dlho vyvinuli množstvo spôsobov výroby energie, predovšetkým elektrickej. Potom postavme ďalšie a ďalšie elektrárne a energie bude toľko, koľko bude potrebné! Ukazuje sa, že takéto zdanlivo zrejmé riešenie zložitého problému je plné mnohých úskalí.

Neúprosné zákony prírody tvrdia, že energiu vhodnú na použitie môžete získať iba jej transformáciou z iných foriem. Perpetuum mobile, ktoré údajne vyrába energiu a odnikiaľ ju neberú, je, žiaľ, nemožné. A štruktúra doterajšieho svetového energetického hospodárstva sa vyvinula tak, že štyri z každých piatich vyrobených kilowattov sa získavajú v zásade rovnakým spôsobom, akým pračlovek využíval na otepľovanie, teda pri spaľovaní paliva, resp. pri využití chemickej energie v ňom uloženej sa v tepelných elektrárňach premieňa na elektrickú.

Samozrejme, spôsoby spaľovania paliva sa stali oveľa sofistikovanejšími a sofistikovanejšími.

Nové faktory – zvýšené ceny ropy, rýchly rozvoj jadrovej energetiky a zvýšené požiadavky na ochranu životného prostredia – si vyžiadali nový prístup k energetike.

Na vypracovaní Energetického programu sa podieľali najvýznamnejší vedci našej krajiny, odborníci z rôznych ministerstiev a rezortov. Elektronické počítače s pomocou najnovších matematických modelov vypočítali niekoľko stoviek variantov štruktúry budúcej energetickej bilancie krajiny. Našli sa zásadné rozhodnutia, ktoré určili stratégiu rozvoja energetiky krajiny na najbližšie desaťročia.

Hoci energetika blízkej budúcnosti bude stále založená na neobnoviteľnom teple a energii, jeho štruktúra sa zmení. Používanie oleja by sa malo znížiť. Výrazne sa zvýši výroba elektriny v jadrových elektrárňach. S využívaním ešte nedotknutých obrovských zásob lacného uhlia sa začne napríklad v povodí Kuzneck, Kansk-Achinsk, Ekibastuz. Široko sa bude využívať zemný plyn, ktorého zásoby v krajine vysoko prevyšujú zásoby v iných krajinách.

Energetický program krajiny je základom našej technológie a hospodárstva v predvečer 21. storočia.

Vedci sa však pozerajú aj dopredu, po termínoch stanovených v Energetickom programe. Na prahu 21. storočia a triezvo si dávajú odpočítavanie v reáliách tretieho tisícročia. Bohužiaľ, zásoby ropy, plynu a uhlia nie sú v žiadnom prípade nekonečné. Prírode trvalo milióny rokov, kým vytvorila tieto zásoby, a za stovky rokov budú spotrebované. Dnes sa svet začal vážne zamýšľať nad tým, ako zabrániť dravému drancovaniu pozemského bohatstva. Len za týchto podmienok môžu zásoby paliva vydržať na stáročia. Žiaľ, dnes žije veľa krajín produkujúcich ropu. Zásoby ropy, ktoré im darovala príroda, nemilosrdne míňajú. Teraz mnohé z týchto krajín, najmä v oblasti Perzského zálivu, doslova plávajú v zlate a nemyslia si, že o niekoľko desaťročí sa tieto zásoby minú. Čo sa stane potom – a stane sa to skôr či neskôr – keď sa vyčerpajú ropné a plynové polia? Výsledné zdražovanie ropy, ktoré je nevyhnutné nielen pre energetiku, ale aj dopravu a chémiu, prinútilo ľudí zamyslieť sa nad inými druhmi palív, ktoré by mohli nahradiť ropu a plyn. Premyslené boli najmä tie krajiny, kde nie sú žiadne vlastné zásoby ropy a plynu a ktoré si ich musia kupovať.

Medzitým čoraz viac vedeckých inžinierov vo svete hľadá nové, nekonvenčné zdroje, ktoré by mohli prevziať aspoň časť starostí zásobovania ľudstva energiou. Výskumníci hľadajú riešenie tohto problému rôznymi cestami. Najlákavejšie je samozrejme využitie večných, obnoviteľných zdrojov energie – energie prúdiacej vody a vetra, prílivov a odlivov oceánov, tepla zemského vnútra, slnka. Veľká pozornosť sa venuje rozvoju jadrovej energetiky, vedci hľadajú spôsoby, ako na Zemi reprodukovať procesy prebiehajúce vo hviezdach a zásobovať ich kolosálnymi zásobami energie.

Energia - ako to všetko začalo

Dnes sa nám môže zdať, že vývoj a zdokonaľovanie človeka išli nepredstaviteľne pomaly. Na priazeň od prírody musel doslova čakať. Proti chladu bol prakticky bezbranný, neustále ho ohrozovala divá zver, jeho život neustále visel na vlásku. No postupne sa človek natoľko rozvinul, že sa mu podarilo nájsť zbraň, ktorá ho v kombinácii so schopnosťou myslieť a tvoriť napokon povýšila nad všetko živé prostredie. Oheň vznikal najskôr náhodne – napríklad z horiacich stromov, do ktorých udrel blesk, potom začali zámerne ťažiť: v dôsledku trenia dvoch vhodných kusov dreva o seba muž najskôr zapálil oheň 80 -pred 150 tisíc rokmi. Životodarný, tajomný, vzbudzujúci dôveru a pocit hrdosti OHEŇ.

Potom sa už ľudia nevzdávali možnosti využívať oheň v boji s drsným chladným počasím a dravou zverou na varenie ťažko zarobených jedál. Koľko šikovnosti, vytrvalosti, skúseností a len šťastia to vyžadovalo! Predstavte si človeka obklopeného nedotknutou prírodou – bez budov, ktoré by ho chránili, bez znalosti aspoň elementárnych fyzikálnych zákonov, so slovnou zásobou nepresahujúcou niekoľko desiatok. (Mimochodom, koľkí z nás, dokonca aj tí so solídnym vedeckým vzdelaním, dokázali zapáliť oheň bez použitia akýchkoľvek technických prostriedkov - aspoň zápaliek?) Človek išiel k tomuto objavu veľmi dlho a šíril sa pomaly, ale znamenal jeden z najvýznamnejších zlomov v dejinách civilizácie.

Čas uplynul. Ľudia sa naučili prijímať teplo, no tí starí nemali silu, okrem vlastných svalov, ktoré by im pomohli podmaniť si prírodu. A predsa postupne, kúsok po kúsku, začali využívať silu skrotených zvierat, vietor a vodu. Podľa historikov boli prvé ťažné zvieratá zapriahnuté do pluhu asi pred 5000 rokmi. Zmienka o prvom využití vodnej energie – spustenie prvého mlyna s kolesom poháňaným vodným tokom – siaha až do začiatku našej chronológie. Trvalo však ďalších tisíc rokov, kým sa tento vynález rozšíril. A najstaršie známe veterné mlyny v Európe boli postavené v XI storočí.

Po stáročia zostávalo využívanie nových zdrojov energie – domáce zvieratá, vietor a voda – veľmi nízke. Hlavným zdrojom energie, pomocou ktorej si človek staval bývanie, obrábal polia, „cestoval“, bránil sa a útočil, bola sila vlastných rúk a nôh. A to pokračovalo približne do polovice nášho tisícročia. Pravda, už v roku 1470 bola spustená prvá veľká štvorsťažňová loď; okolo roku 1500 navrhol geniálny Leonardo da Vinci nielen veľmi dômyselný model tkáčskeho stavu, ale aj projekt konštrukcie lietajúceho stroja. Vlastní aj mnohé iné, na tú dobu jednoducho fantastické nápady a návrhy, ktorých realizácia mala prispieť k rozšíreniu vedomostí a výrobných síl. Ale skutočný zlom v technickom myslení ľudstva nastal relatívne nedávno, o niečo viac ako pred tromi storočiami.

Jedným z prvých gigantov na ceste ľudského vedeckého pokroku bol nepochybne Isaac Newton. Tento vynikajúci anglický prírodovedec zasvätil celý svoj dlhý život a výnimočný talent pavúkom: fyzika, astronómia a matematik. Formuloval základné zákony klasickej mechaniky, vyvinul torus gravitácie, položil základy hydrodynamiky a akustiky, veľkou mierou prispel k rozvoju optiky a spolu s Leib itz m vytvoril princípy tzv. teória nekonečne malý a teória symetrických funkcií. Fyzika 18. a 19. storočia sa právom nazýva newtonovská. Spisy Isaaca Newtona pomohli v mnohých smeroch znásobiť silu ľudských svalov a kreativitu v schopnostiach ľudského mozgu.

Výhody vodných elektrární sú zrejmé - zásoba energie neustále obnovovaná samotnou prírodou, jednoduchosť prevádzky a absencia znečistenia životného prostredia. A skúsenosti s konštrukciou a prevádzkou vodných kolies by mohli vodnej energetike veľmi pomôcť. Postaviť priehradu pre veľkú vodnú elektráreň sa však ukázalo ako oveľa náročnejšia úloha ako postaviť malú priehradu na otáčanie mlynského kolesa. Na to, aby sa výkonné vodné turbíny otočili na rotáciu, je potrebné naakumulovať za priehradou obrovskú zásobu vody. Na vybudovanie priehrady je potrebné naskladať toľko materiálov, že objem obrovských egyptských pyramíd sa v porovnaní s ním zdá byť zanedbateľný.

Preto sa na začiatku 20. storočia postavilo len niekoľko vodných elektrární. Neďaleko Pjatigorska na severnom Kaukaze na horskej rieke Podkumok úspešne fungovala pomerne veľká elektráreň s príznačným názvom „Biele uhlie“. Toto bol len začiatok.

Už v historickom pláne GOELRO počítal s výstavbou veľkých vodných elektrární. V roku 1926 bola uvedená do prevádzky vodná elektráreň Volkhovskaya, v ďalšom sa začala výstavba slávneho Dnepra. Prezieravá energetická politika u nás viedla k tomu, že ako žiadna iná krajina na svete máme rozvinutý systém výkonných vodných elektrární. Žiadny štát sa nemôže pochváliť takými energetickými gigantmi, akými sú VE Volga, Krasnojarsk a Bratsk, Sayano-Shushenskaya. Tieto stanice, ktoré doslova dávajú oceány energie, sa stali centrami, okolo ktorých sa vyvinuli silné priemyselné komplexy.

Zatiaľ však ľuďom slúži len malá časť hydroenergetického potenciálu zeme. Každý rok sa do morí nevyužité vlievajú obrovské prúdy vody, ktoré vznikli z dažďov a topiaceho sa snehu. Ak by ich bolo možné zastaviť pomocou priehrad, ľudstvo by dostalo ďalšie kolosálne množstvo energie.

Geotermálnej energie

Zem, táto malá zelená planéta, je náš spoločný domov, z ktorého zatiaľ nemôžeme a ani nechceme odísť. V porovnaní s myriadami iných planét je Zem skutočne malá: väčšina z nej je pokrytá útulnou a oživujúcou zeleňou. Ale táto krásna a pokojná planéta niekedy zúri a potom je zlé s ňou žartovať - ​​je schopná zničiť všetko, čo nám od nepamäti láskavo dávala. Hrozivé tornáda a tajfúny si vyžiadali tisíce životov, nezdolné vody riek a morí ničia všetko, čo im stojí v ceste, lesné požiare pustošia obrovské územia spolu s budovami a úrodou v priebehu niekoľkých hodín.

To všetko je ale v porovnaní s erupciou prebudenej sopky málo. Len ťažko nájdete na Zemi iné príklady samovoľného uvoľnenia prírodnej energie, ktorá by svojou silou mohla konkurovať niektorým sopkám.

O spontánnych prejavoch gigantickej energie číhajúcej v útrobách zemegule ľudia vedeli už dlho. V pamäti ľudstva sa uchovávajú legendy o katastrofálnych sopečných erupciách, ktoré si vyžiadali milióny ľudských životov, na nepoznanie zmenili vzhľad mnohých miest na Zemi. Sila erupcie aj relatívne malej sopky je kolosálna, je mnohonásobne vyššia ako sila najväčších elektrární vytvorených ľudskou rukou. Je pravda, že nie je potrebné hovoriť o priamom využití energie sopečných erupcií - zatiaľ ľudia nemajú možnosť obmedziť tento rebelský živel a erupcie sú, našťastie, pomerne zriedkavé. Ale to sú prejavy energie číhajúcej v útrobách zeme, keď len nepatrný zlomok tejto nevyčerpateľnej energie nájde výstup cez ohnivé prieduchy vulkánov.

Energia Zeme – Geotermálna energia je založená na využití prirodzeného tepla Zeme. Horná časť zemskej kôry má tepelný gradient 20–30 °C na 1 km hĺbky a podľa Whitea (1965) množstvo tepla obsiahnutého v zemskej kôre do hĺbky 10 km (bez povrchu teplota), ktorá sa rovná približne 12,6-10 ^ 26 J. Tieto zdroje zodpovedajú tepelnému obsahu 4,6 10 16 tonám uhlia (za predpokladu priemerného spaľovacieho tepla uhlia 27,6-10 9 J / t), čo je viac ako 70-tisíckrát vyššia výhrevnosť všetkých technicky a ekonomicky vyťažiteľných svetových zdrojov uhlia. Geotermálne teplo v hornej časti zemskej kôry (až do hĺbky 10 km) je však príliš rozptýlené na to, aby na jeho základe riešilo svetové energetické problémy. Zdroje vhodné na priemyselné využitie sú jednotlivé ložiská geotermálnej energie sústredené v hĺbke dostupnej pre rozvoj, ktoré majú určité objemy a teploty dostatočné na to, aby sa mohli použiť na výrobu elektriny alebo tepla.

Z geologického hľadiska možno zdroje geotermálnej energie rozdeliť na hydrotermálne konvekčné systémy, horúce suché systémy vulkanického pôvodu a systémy s vysokým tepelným tokom.

Hydrotermálne systémy

Do kategórie hydrotermálnych konvekčných systémov patria podzemné bazény pary alebo horúcej vody, ktoré vystupujú na zemský povrch a vytvárajú gejzíry, sírne bahenné jazerá a fumaroly. Vznik takýchto systémov je spojený s prítomnosťou zdroja tepla horúcej alebo roztavenej horniny umiestnenej relatívne blízko k zemskému povrchu. Nad touto zónou vysokoteplotnej horniny je priepustný skalný útvar obsahujúci vodu, ktorá stúpa nahor v dôsledku horúcej spodnej horniny. Priepustná hornina je zas navrchu pokrytá nepriepustnou horninou, ktorá tvorí „pascu“ na prehriatu vodu. Prítomnosť trhlín alebo pórov v tejto hornine však umožňuje horúcej vode alebo zmesi pary a vody stúpať na povrch zeme. Hydrotermálne konvekčné systémy sa zvyčajne nachádzajú pozdĺž hraníc tektonických platní zemskej kôry, ktoré sa vyznačujú sopečnou činnosťou.

V princípe sa na výrobu elektriny v horúcovodných poliach používa metóda založená na využití pary, ktorá vzniká odparovaním horúcej kvapaliny na povrchu. Táto metóda využíva jav, že keď sa horúca voda (pri vysokom tlaku) priblíži k hladine z bazéna k hladine, tlak klesne a asi 20% kvapaliny vrie a premení sa na paru. Táto para je oddelená od vody pomocou separátora a posielaná do turbíny. Voda opúšťajúca separátor môže byť ďalej spracovaná v závislosti od jej minerálneho zloženia. Túto vodu je možné čerpať späť do hornín ihneď alebo, ak je to ekonomicky možné, s predbežnou ťažbou minerálov z nej. Príkladmi teplovodných geotermálnych polí sú Wairakei a Broadlands na Novom Zélande, Cerro Prieto v Mexiku, Salton Sea v Kalifornii, Otake v Japonsku.

Ďalším spôsobom výroby elektriny z geotermálnych vôd s vysokou alebo strednou teplotou je využitie procesu s využitím dvojokruhového (binárneho) cyklu. V tomto procese sa voda získaná z bazéna používa na ohrev sekundárneho chladiva (freón alebo izobután), ktorý má nízky bod varu. Para generovaná varom tejto kvapaliny sa používa na pohon turbíny. Odpadová para kondenzuje a opäť prechádza cez výmenník tepla, čím sa vytvára uzavretý cyklus. Zariadenia využívajúce freón ako sekundárne chladivo sú v súčasnosti pripravené na priemyselný vývoj v rozsahu teplôt 75–150 °C a s jednotkovým elektrickým výkonom v rozsahu 10–100 kW. Takéto zariadenia možno použiť na výrobu elektriny na vhodných miestach, najmä v odľahlých vidieckych oblastiach.

Horúce systémy vulkanického pôvodu

Druhý typ geotermálneho zdroja (horúce systémy vulkanického pôvodu) zahŕňa magmu a nepreniknuteľné horúce suché horniny (zóny stuhnutej horniny okolo magmy a nadložných hornín). Získavanie geotermálnej energie priamo z magmy zatiaľ nie je technicky možné. Technológia potrebná na využitie energie horúcich suchých hornín sa práve začína vyvíjať. Predbežný technický vývoj metód na využitie týchto energetických zdrojov zabezpečuje zariadenie s uzavretou slučkou, cez ktorú cirkuluje kvapalina, ktorá prechádza cez horúcu horninu ( ryža. 5). Najprv sa vyvŕta studňa, aby sa dostala k horúcej skale; potom sa cez ňu čerpá studená voda pod vysokým tlakom do horniny, čo vedie k tvorbe trhlín v nej. Potom sa cez takto vytvorenú puklinovú zónu vyvŕta druhý vrt. Nakoniec sa studená voda z povrchu čerpá do prvej studne. Prechádzajúc cez horúcu horninu sa ohrieva II sa získava cez druhý vrt vo forme pary alebo horúcej vody, ktorá sa potom môže použiť na výrobu elektriny jednou z vyššie diskutovaných metód.

Systémy s vysokým tepelným tokom

Geotermálne systémy tretieho typu existujú v oblastiach, kde sa hlboká sedimentárna nádrž nachádza v zóne s vysokými hodnotami tepelného toku. V oblastiach, ako je parížska alebo maďarská kotlina, môže teplota vody vytekajúcej z vrtov dosiahnuť 100 °C.

Špeciálna kategória ložísk tohto typu sa nachádza v oblastiach, kde je normálny tepelný tok pôdou zachytený izolačnými nepriepustnými ílovými vrstvami vytvorenými v rýchlo klesajúcich geosynklinálnych zónach alebo v oblastiach poklesu zemskej kôry. Teplota vody pochádzajúcej z geotermálnych ložísk v geo-tlakových zónach môže dosiahnuť 150–180 ° С a tlak v ústí vrtu je 28–56 MPa. Denná produktivita na vrt môže byť niekoľko miliónov kubických metrov tekutiny. Geotermálne panvy v zónach vysokého geotlaku boli nájdené v mnohých oblastiach počas prieskumu ropy a zemného plynu, napríklad v Amerike, na Ďalekom a Strednom východe, v Afrike a Európe. Možnosť využitia takýchto ložísk na energetické účely zatiaľ nebola preukázaná.

Energia svetového oceánu

Prudký nárast cien palív, ťažkosti pri ich získavaní, správy o vyčerpaní palivových zdrojov - všetky tieto viditeľné znaky energetickej krízy spôsobili v posledných rokoch v mnohých krajinách značný záujem o nové zdroje energie vrátane energie Svetového oceánu. .

Tepelná energia oceánu

Je známe, že zásoby energie vo svetovom oceáne sú obrovské, pretože dve tretiny zemského povrchu (361 miliónov km 2) zaberajú moria a oceány - vodná plocha Tichého oceánu je 180 miliónov km 2 . Atlantik - 93 miliónov km 2, Indický - 75 miliónov km 2. Teda tepelná (vnútorná) energia zodpovedajúca prehriatiu povrchových vôd oceánu v porovnaní s dnom povedzme o 20 stupňov má hodnotu cca. 10 26 J. Kinetická energia oceánskych prúdov sa odhaduje na rádovo 10 18 J. Ľudia však zatiaľ dokážu využiť len nepatrné zlomky tejto energie a aj to za cenu veľkých a pomaly platených z kapitálových investícií, takže takáto energia sa stále zdala neperspektívna.

Posledné desaťročie sa vyznačovalo určitými úspechmi vo využívaní tepelnej energie z oceánu. Vznikli tak inštalácie mini-OTES a OTES-1 (OTES sú začiatočné písmená anglických slov Osean Тhermal Energy Conversion, t.j. premena tepelnej energie oceánu - hovoríme o premene na elektrickú energiu). V auguste 1979 začala v blízkosti Havajských ostrovov fungovať tepelná elektráreň mini-OTES. Skúšobná prevádzka zariadenia počas tri a pol mesiaca preukázala jeho dostatočnú spoľahlivosť. Pri nepretržitej nepretržitej prevádzke nedochádzalo k žiadnym prerušeniam, s výnimkou menších technických problémov, ktoré sa zvyčajne vyskytujú pri testovaní akejkoľvek novej inštalácie. Jeho celkový výkon bol v priemere 48,7 kW, maximálny -53 kW; Inštalácia dala 12 kW (maximálne 15) do externej siete na užitočné zaťaženie, presnejšie na nabíjanie batérií. Zvyšok vyrobenej energie bol vynaložený na vlastné potreby elektrárne. Patria sem energetické náklady na prevádzku troch čerpadiel, straty v dvoch výmenníkoch tepla, turbíne a elektrocentrále.

Z nasledujúceho výpočtu boli potrebné tri čerpadlá: jedno na zásobovanie teplými výhľadmi z oceánu, druhé na čerpanie studenej vody z hĺbky asi 700 m, tretie na čerpanie sekundárnej pracovnej tekutiny vo vnútri samotného systému, to znamená z kondenzátora do výparníka. Amoniak sa používa ako sekundárna pracovná kvapalina.

Jednotka mini-OTES je namontovaná na člne. Pod jej dnom je dlhé potrubie na prívod studenej vody. Potrubie je polyetylénové potrubie dlhé 700 m s vnútorným priemerom 50 cm.Potrubie je na dne nádoby pripevnené špeciálnym zámkom, ktorý umožňuje rýchle odpojenie v prípade potreby. Polyetylénová rúra sa súčasne používa na ukotvenie systému potrubia-loď. Originalita takéhoto riešenia je nepochybná, pretože ukotvenie pre výkonnejšie systémy OTEC, ktoré sa teraz vyvíjajú, je veľmi vážny problém.

Prvýkrát v histórii techniky dokázala jednotka mini-OTES preniesť užitočnú energiu na externú záťaž a súčasne pokryť svoje vlastné potreby. Skúsenosti získané počas prevádzky mini-OTES umožnili rýchlo postaviť výkonnejšiu tepelnú elektráreň OTES-1 a začať projektovať ešte výkonnejšie systémy tohto typu.

Nové stanice OTES s kapacitou mnohých desiatok a stoviek megawatt projekt prebieha bez plavidla. Ide o jedno veľké potrubie, v ktorého hornej časti je kruhová strojovňa, kde sú umiestnené všetky potrebné zariadenia na transformáciu energie ( ryža. 6). Horný koniec xo potrubia jednej vody sa bude nachádzať v oceáne v hĺbke 25–0 m. Turbínová hala je navrhnutá okolo potrubia v hĺbke cca 100 m. Budú tam inštalované turbínové agregáty na pary čpavku, ako aj všetky ostatné zariadenia. Assa všetkých konštrukcií presahuje 300 tisíc ton Monštrum rúra, ktorá siaha takmer kilometer do studenej hĺbky oceánu a v jej hornej časti je niečo ako malý ostrov. A žiadne plavidlo, samozrejme, okrem obyčajných plavidiel, ktoré musia obsluhovať systémy komunikácie s pobrežím.

Energia prílivu a odlivu.

Po stáročia ľudia premýšľali o príčinách odlivu a odlivu mora. Dnes s istotou vieme, že silný prírodný jav – rytmický pohyb morských vôd spôsobuje príťažlivé sily Mesiaca a Slnka. Keďže Slnko je 400-krát ďalej od Zeme, oveľa menšia hmotnosť Mesiaca pôsobí na zemský krb dvakrát viac ako hmotnosť Slnka. Preto hrá rozhodujúcu úlohu príliv spôsobený mesiacom (mesačný príliv). V mori sa príliv a odliv strieda teoreticky po 6 hodinách 12 minútach 30 sekundách. Ak sú Mesiac, Slnko a Zem na rovnakej priamke (tzv. syzygy), Slnko svojou príťažlivosťou zosilňuje vplyv Mesiaca a následne nastáva silný príliv (syzygy príliv, resp. voda). Keď je Slnko v pravom uhle k segmentu Zem-Mesiac (kvadratúra), nastáva slabý príliv (kvadratúra alebo nízka hladina vody). Po siedmich dňoch sa striedajú silné a slabé návaly tepla.

Skutočný priebeh prílivu a odlivu je však veľmi zložitý. Ovplyvňujú ho zvláštnosti pohybu nebeských telies, charakter pobrežia, hĺbka vody, morské prúdy a vietor.

Najvyššie a najsilnejšie prílivové vlny sa vyskytujú v plytkých a úzkych zálivoch alebo ústiach riek ústiacich do morí a oceánov. Prílivová vlna Indického oceánu sa valí proti prúdu Gangy vo vzdialenosti 250 km od jej ústia. Prílivová vlna Atlantického oceánu postupuje 900 km po Amazonke. V uzavretých moriach, napríklad v Čiernom alebo Stredozemnom mori, vznikajú malé prílivové vlny s výškou 50-70 cm.

Maximálny možný výkon v jednom cykle prílivu - odlivu, teda od jedného prílivu k druhému, vyjadruje rovnica

kde R – hustota vody, g- gravitačné zrýchlenie, S- oblasť prílivovej nádrže, R- rozdiel hladín pri prílive.

Ako je zrejmé zo vzorca, na využitie prílivovej energie možno považovať za najvhodnejšie miesta na morskom pobreží, kde má príliv a odliv veľkú amplitúdu a obrys a reliéf pobrežia umožňujú usporiadať veľké uzavreté „bazény“.

Kapacita elektrární by na niektorých miestach mohla byť 2–20 MW.

Keďže energia slnečného žiarenia je rozložená na veľkú plochu (inými slovami, má veľmi vysokú hustotu), každá inštalácia na priame využitie slnečnej energie musí mať zberné zariadenie (kolektor) s dostatočnou plochou.

Najjednoduchším zariadením tohto druhu je rybárska loď; V princípe ide o čiernu dosku, zospodu dobre izolovanú.Je pokrytá oceľou alebo plastom, ktorý prepúšťa svetlo, ale nezrýchľuje infračervené tepelné žiarenie. V priestore medzi kovom a sklom sú najčastejšie umiestnené čierne trubice, ktorými prúdi voda, olej, ortuť, vzduch, anhydrid síry a pod. P. Prenikajúce slnečné žiarenie naprieč sklo alebo plast do kolektora, absorbovaný čiernymi trubicami a platňou a ohrieva pracovný jej do rúrok. Z kolektora nemôže unikať tepelné žiarenie, preto je v ňom teplota oveľa vyššia (200–500 °C) ako teplota okolitého vzduchu. Ide o takzvaný skleníkový efekt. Bežné záhradné parky sú v skutočnosti jednoduchými zbierkami slnečného žiarenia. Ale čím ďalej od trópov, tým menej eff Toto nie je horizontálne potrubie a je príliš ťažké a drahé otáčať ho za sieťami S. Preto sa takéto kolektory zvyčajne inštalujú pod určitým optimálnym uhlom na juh.

Zložitejším a drahším kolektorom je konkávne zrkadlo, ktoré sústreďuje dopadajúce žiarenie v malom objeme okolo určitého geometrického bodu – ohniska. Odrazová plocha zrkadla je buď metalizovaný plast alebo veľa malých plochých zrkadiel pripevnených k veľkej parabolickej základni. Vďaka špeciálnym mechanizmom sú kolektory tohto typu neustále natáčané smerom k Slnku - to umožňuje zachytávať najväčšie možné množstvo slnečného žiarenia. Teplota v pracovnom priestore zrkadlových kolektorov dosahuje 3000 °C a viac.

Solárna energia je jedným z materiálovo najnáročnejších druhov výroby energie. Rozsiahle využívanie slnečnej energie so sebou prináša gigantický nárast potreby materiálov, a tým aj pracovných zdrojov na ťažbu surovín, ich obohacovanie, výrobu materiálov, výrobu heliostatov, kolektorov a iných zariadení. ich prepravu. Výpočty ukazujú, že výroba 1 MW * ročne elektriny zo slnečnej energie bude trvať 10 000 až 40 000 človekohodín. V tradičnej energii poháňanej fosílnymi palivami je toto číslo 200 – 500 človekohodín.

Elektrická energia generovaná slnečnými lúčmi je zatiaľ oveľa drahšia ako energia získaná tradičnými metódami. Vedci dúfajú, že experimenty, ktoré uskutočnia na experimentálnych zariadeniach a staniciach, pomôžu vyriešiť nielen technické, ale aj ekonomické problémy. Stanice na premenu solárnej energie sa však stavajú a fungujú.

Od roku 1988 funguje na Kerčskom polostrove Krymská solárna elektráreň. Zdá sa, že svoje miesto určil sám zdravý rozum. Ak je miesto na vybudovanie takýchto staníc, bude to predovšetkým oblasť stredísk, sanatórií, domovov dôchodcov, turistických trás; v krajine, kde potrebujete veľa energie, no ešte dôležitejšie je udržiavať čisté prostredie, ktorého samotná pohoda a predovšetkým čistota vzduchu je pre človeka liečivá.

Krymský SPP je malý - kapacita je len 5 MW. V istom zmysle je skúškou sily. Aj keď by sa zdalo, čo ešte treba vyskúšať, keď sú známe skúsenosti s výstavbou solárnych elektrární v iných krajinách.

Na ostrove Sicília začiatkom 80. rokov dodávala elektrinu solárna elektráreň s výkonom 1 MW. Princíp jeho fungovania je tiež vežový. Zrkadlá sústreďujú slnečné lúče na prijímač umiestnený vo výške 50 metrov. Vytvára sa tu para s teplotou viac ako 600 °C, ktorá poháňa tradičnú turbínu s pripojeným generátorom elektriny. Je nesporne dokázané, že na tomto princípe môžu fungovať elektrárne s výkonom 10–20 MW, ale aj oveľa viac, ak sa podobné moduly zoskupia ich vzájomným prepojením.

Trochu iný typ elektrárne v Alquerii na juhu Španielska. Jeho rozdiel je v tom, že slnečné teplo sústredené na vrchol veže uvádza do pohybu sodíkový cyklus, ktorý ohrieva vodu za vzniku pary. Táto možnosť má množstvo výhod. Sodíkový akumulátor tepla zabezpečuje nielen nepretržitú prevádzku elektrárne, ale umožňuje čiastočne ukladať prebytočnú energiu na prevádzku v zamračenom počasí a v noci. Kapacita španielskej stanice je len 0,5 MW. Ale na jeho princípe môžu vzniknúť oveľa väčšie – až 300 MW. V zariadeniach tohto typu je koncentrácia slnečnej energie taká vysoká, že účinnosť procesu parnej turbíny tu nie je o nič horšia ako v tradičných tepelných elektrárňach.

Najatraktívnejším nápadom na premenu slnečnej energie je podľa odborníkov využitie fotoelektrického javu v polovodičoch.

Ale napríklad solárna elektráreň blízko rovníka s denným výkonom 500 MW 10 % by si vyžadovalo efektívnu plochu asi 500 000 m2. Je jasné, že také obrovské množstvo solárnych polovodičových článkov dokáže. oplatia až vtedy, keď je ich výroba naozaj lacná. Účinnosť solárnych elektrární v iných zónach Zeme by bola nízka kvôli nestabilným atmosférickým podmienkam, relatívne slabej intenzite slnečného žiarenia, ktoré je tu silnejšie absorbované atmosférou aj počas slnečných dní, ako aj kolísaniu vplyvom tzv. striedanie dňa a noci.

Napriek tomu solárne fotovoltické články už dnes nachádzajú svoje špecifické uplatnenie. Ukázalo sa, že sú prakticky nenahraditeľnými zdrojmi elektrického prúdu v raketách, satelitoch a automatických medziplanetárnych staniciach a na Zemi - predovšetkým na napájanie telefónnych sietí v neelektrifikovaných oblastiach alebo pre malých spotrebiteľov energie (rádiové zariadenia, elektrické holiace strojčeky a zapaľovače atď.). )... Polovodičové solárne články boli prvýkrát inštalované na tretej sovietskej umelej družici Zeme (vypustenej na obežnú dráhu 15. mája 1958).

Prebiehajú práce, prebiehajú hodnotenia. Zatiaľ, pravdaže, nie sú naklonení solárnym elektrárňam: dnes tieto stavby stále patria medzi najzložitejšie a najdrahšie technické spôsoby využitia slnečnej energie. Potrebujeme nové možnosti, nové nápady. Nie je o nich núdza. Horšia je implementácia.

Atómová energia.

Pri štúdiu rozpadu atómových jadier sa ukázalo, že každé jadro váži menej ako súčet hmotností jeho protónov a neutrónov. Je to spôsobené tým, že keď sa protóny a neutróny spoja do jadra, uvoľní sa veľa energie. Pokles hmotnosti jadier na 1 g zodpovedá množstvu tepelnej energie, ktorá by sa získala spaľovaním 300 vagónov uhlia. Nie je preto prekvapujúce, že vedci urobili maximum, aby našli kľúč, ktorý by „otvoril“ atómové jadro a uvoľnil v ňom ukrytú obrovskú energiu.

Spočiatku sa táto úloha zdala neprekonateľná. Nie náhodou si vedci vybrali ako nástroj neutrón. Táto častica je elektricky neutrálna a nepodlieha elektrickým odpudivým silám. Preto môže neutrón ľahko preniknúť do atómového jadra. Jadrá jednotlivých prvkov boli bombardované neutrónmi. Keď prišiel rad na urán, zistilo sa, že tento ťažký prvok sa správa inak ako ostatné. Mimochodom, treba pripomenúť, že prirodzene sa vyskytujúci urán obsahuje tri izotopy: urán-238 (238 U), urán-235 (235 U) a urán-234 (234 U), pričom číslo znamená hmotnostné číslo.

Atómové jadro uránu-235 sa ukázalo byť oveľa menej stabilné ako jadrá iných prvkov a izotopov. Pôsobením jedného neutrónu dochádza k štiepeniu (štiepeniu) uránu, jeho jadro sa rozpadne na dva približne rovnaké fragmenty, napríklad na jadrá kryptónu a bária. Tieto fragmenty sú rozptýlené veľkou rýchlosťou v rôznych smeroch.

Hlavná vec v tomto procese je však to, že počas rozpadu jedného jadra uránu sa objavia dva alebo tri nové voľné neutróny. Dôvodom je, že ťažké jadro uránu obsahuje viac neutrónov, ako je potrebné na vytvorenie dvoch menších atómových jadier. "Stavebného materiálu" je priveľa a atómové jadro sa ho musí zbaviť.

Každý z nových neutrónov dokáže to, čo prvý, keď rozdelil jedno jadro. Vskutku, ziskový výpočet: namiesto jedného neutrónu dostaneme dva alebo tri s rovnakou schopnosťou rozdeliť ďalšie dve alebo tri jadrá uránu-235. A tak to pokračuje: nastáva reťazová reakcia, ktorá ak nie je riadená, nadobúda lavínový charakter a končí sa silným výbuchom – výbuchom atómovej bomby. Keď sa ľudia naučili tento proces regulovať, dokázali prakticky nepretržite prijímať energiu z atómových jadier uránu. Tento proces je riadený v jadrových reaktoroch.

Jadrový reaktor je zariadenie, v ktorom prebieha riadená reťazová reakcia. V tomto prípade rozpad atómových jadier slúži ako riadený zdroj tepla aj neutrónov.

Prvý projekt jadrového reaktora vyvinul v roku 1939 francúzsky vedec Frederic Joliot-Curie. Čoskoro však Francúzsko obsadili nacisti a projekt sa neuskutočnil.

Reťazová reakcia štiepenia uránu sa prvýkrát uskutočnila v roku 1942 v Spojených štátoch amerických v reaktore, ktorý skupina výskumníkov vedená talianskym vedcom Enricom Fermim postavila v priestoroch štadióna Chicagskej univerzity. Tento reaktor mal rozmery 6x6x6,7 m a výkon 20 kW; fungovalo to bez externeho chladenia.

Prvý jadrový reaktor v ZSSR (a v Európe) postavili pod vedením akad. I. V. Kurchatov a spustený v roku 1946.

Atómová energia sa dnes rozvíja bezprecedentným tempom. Za tridsať rokov vzrástla celková kapacita jadrových blokov z 5-tisíc na 23 miliónov kilowattov! Niektorí vedci tvrdia, že do 21. storočia bude asi polovica všetkej elektriny na svete produkovaná jadrovými elektrárňami.

Jadrový reaktor je v princípe navrhnutý celkom jednoducho - v ňom, rovnako ako v bežnom kotle, sa voda mení na paru. Využite na to energiu uvoľnenú pri reťazovej reakcii rozpadu atómov uránu alebo iného jadrového paliva. V jadrovej elektrárni nie je obrovský parný kotol pozostávajúci z tisícok kilometrov oceľových rúr, cez ktoré pod obrovským tlakom cirkuluje voda a mení sa na paru. Tento kolos bol nahradený relatívne malým jadrovým reaktorom.

Tepelné jadrové reaktory sa od seba líšia najmä dvoma spôsobmi: ktoré látky sa používajú ako moderátor neutrónov a ktoré látky ako chladivo, pomocou ktorého sa z aktívnej zóny reaktora odoberá teplo. Najrozšírenejšie sú v súčasnosti tlakovodné reaktory, v ktorých obyčajná voda slúži ako moderátor neutrónov aj chladivo, uránovo-grafitové reaktory (moderátor - grafit, chladivo - obyčajná voda), plynovo-grafitové reaktory (moderátor - grafit, chladivo - plyn , často oxid uhličitý), ťažkovodné reaktory (moderátor - ťažká voda, chladivo - buď ťažká alebo obyčajná voda).

nie ryža. 9 je uvedený schematický diagram tlakovodného reaktora. Jadro reaktora je hrubostenná nádoba obsahujúca vodu a ponorené palivové články (palivové tyče). Teplo generované palivovými tyčami odoberá voda, ktorej teplota výrazne stúpa.

Konštruktéri zvýšili výkon takýchto reaktorov na milión kilowattov. V jadrových elektrárňach Zaporizhzhya, Balakovskaya a ďalších sú inštalované mohutné bloky na výrobu energie. Čoskoro reaktory tohto dizajnu zrejme doženú výkon a držiteľa rekordu - jeden a pol milióna z JE Ignalina.

Budúcnosť jadrovej energie však zrejme zostane s tretím typom reaktorov, ktorých princíp činnosti a dizajn navrhli vedci - rýchle neutrónové reaktory. Nazývajú sa aj množivé reaktory. Bežné reaktory využívajú pomalé neutróny, ktoré spôsobujú reťazovú reakciu pomerne vzácneho izotopu uránu-235, ktorého je v prírodnom uráne len asi jedno percento. Preto je potrebné vybudovať obrovské továrne, ktoré doslova preosievajú atómy uránu a vyberajú z nich atómy len jedného druhu uránu-235. Zvyšok uránu nemožno použiť v bežných reaktoroch. Vynára sa otázka: bude tento vzácny izotop uránu stačiť na akokoľvek dlho, alebo bude ľudstvo opäť čeliť problému nedostatku energetických zdrojov?

Pred viac ako tridsiatimi rokmi bol tento problém položený laboratórnym pracovníkom Ústavu fyziky a energetiky. uz je to vyriesene. Vedúci laboratória Alexander Iľjič Leipunskij navrhol návrh reaktora s rýchlymi neutrónmi. Prvá takáto inštalácia bola postavená v roku 1955. Výhody rýchlych reaktorov sú zrejmé. Všetky zásoby prírodného uránu a tória sa v nich dajú využiť na získavanie energie a sú obrovské – len vo svetovom oceáne sú rozpustené viac ako štyri miliardy ton uránu.

Niet pochýb o tom, že jadrová energia zaujala pevné miesto v energetickej bilancii ľudstva. V budúcnosti sa to určite rozvinie, bez toho, aby sme odmietali dodávať energiu, ktorú ľudia tak veľmi potrebujú. Na zabezpečenie spoľahlivosti jadrových elektrární, ich bezproblémovej prevádzky však budú potrebné ďalšie opatrenia a vedci a inžinieri dokážu nájsť potrebné riešenia.

Energia vodíka

Mnohí odborníci vyjadrujú znepokojenie nad neustále sa zvyšujúcim trendom neustálej elektrifikácie hospodárstva a hospodárstva: čoraz viac chemických palív sa spaľuje v tepelných elektrárňach a stovkách nových jadrových elektrární, ako aj v rodiacich sa solárnych, veterných a geotermálnych elektrárňach. elektrárne, bude v čoraz širšom meradle (av konečnom dôsledku výlučne) pracovať na výrobe elektrickej energie. Preto sú vedci zaneprázdnení hľadaním zásadne nových energetických systémov.

Účinnosť d. tepelné elektrárne sú relatívne nízke, aj keď konštruktéri tvrdo pracujú na ich zvýšení. V moderných elektrárňach na fosílne palivá je to asi 40% av jadrových elektrárňach - 33%. V tomto prípade sa veľká časť energie stráca s odpadovým teplom (napríklad spolu s teplou vodou vypúšťanou z chladiacich systémov), čo vedie k takzvanému tepelnému znečisteniu prostredia. Z toho vyplýva, že tepelné elektrárne by sa mali stavať na miestach, kde je dostatok chladiacej vody, alebo v oblastiach otvorených vetrom, kde ochladzovanie vzduchom nebude mať negatívny vplyv na mikroklímu. K tomu sa pridávajú otázky bezpečnosti a hygieny. To je dôvod, prečo by sa budúce veľké jadrové elektrárne mali nachádzať čo najďalej od husto obývaných oblastí. Tým sa však odstránia zdroje elektriny od jej spotrebiteľov, čo značne komplikuje problém prenosu energie.

Prenos elektriny drôtom je veľmi drahý: predstavuje asi tretinu nákladov na energiu pre spotrebiteľa. Pre zníženie nákladov sa budujú elektrické vedenia stále vyššieho napätia - čoskoro dosiahne 1500 kV. Nadzemné vedenia vysokého napätia si však vyžadujú odcudzenie veľkej pevninskej oblasti, navyše sú citlivé na veľmi silný vietor a iné meteorologické faktory. A podzemné káblové vedenia stoja 10 až 20-krát viac a kladú sa len vo výnimočných prípadoch (napríklad keď je to spôsobené úvahami o architektúre alebo spoľahlivosti).

Najzávažnejším problémom je akumulácia a skladovanie elektriny, keďže elektrárne pracujú najhospodárnejšie pri konštantnom výkone a plnom zaťažení. Medzitým sa dopyt po elektrine mení v priebehu dňa, týždňa a roka, takže tomu treba prispôsobiť kapacitu elektrární. Prečerpávacie elektrárne v súčasnosti poskytujú jedinú príležitosť na uskladnenie veľkého množstva elektriny pre budúce použitie, no tie sú zase spojené s mnohými problémami.

Všetky tieto problémy, ktorým moderná energetika čelí, by sa podľa názoru mnohých odborníkov dali vyriešiť využívaním vodíka ako paliva a vytvorením takzvanej vodíkovej energetickej ekonomiky.

Vodík, najjednoduchší a najľahší zo všetkých chemických prvkov, možno považovať za ideálne palivo. Je všade tam, kde je voda. Pri spaľovaní vodíka vzniká voda, ktorá sa môže opäť rozložiť na vodík a kyslík a tento proces nespôsobuje žiadne znečistenie životného prostredia. Plameň vodíka neuvoľňuje do atmosféry produkty, ktoré nevyhnutne sprevádzajú spaľovanie akéhokoľvek iného paliva: oxid uhličitý, oxid uhoľnatý, oxid siričitý, uhľovodíky, popol, organické peroxidy atď. Vodík má veľmi vysokú výhrevnosť: keď 1 g spáli sa vodík, tepelná energia 120 J a pri spaľovaní 1 g benzínu iba 47 J.

Vodík možno prepravovať a distribuovať potrubím ako zemný plyn. Potrubná preprava paliva je najlacnejším spôsobom prenosu energie na veľké vzdialenosti. Okrem toho sú potrubia uložené pod zemou, čo nenarúša krajinu. Plynovody zaberajú menšiu plochu ako nadzemné elektrické vedenia. Prenos energie vo forme plynného vodíka cez 750 mm potrubie na vzdialenosť viac ako 80 km bude lacnejší ako prenos rovnakého množstva energie vo forme striedavého prúdu cez podzemný kábel. Na vzdialenosti viac ako 450 km je potrubná preprava vodíka lacnejšia ako použitie nadzemného prenosového vedenia jednosmerného prúdu s napätím 40 kV a na vzdialenosť viac ako 900 km je lacnejšia ako nadzemného prenosového vedenia striedavého prúdu s napätie 500 kV.

Vodík je syntetické palivo. Dá sa získať z uhlia, ropy, zemného plynu, alebo rozkladom vody. Odhaduje sa, že v dnešnom svete sa ročne vyrobí a spotrebuje asi 20 miliónov ton vodíka. Polovica z tejto sumy sa vynakladá na výrobu čpavku a hnojív a zvyšok na odstraňovanie síry z plynných palív, v metalurgii, na hydrogenáciu uhlia a iných palív. V modernej ekonomike zostáva vodík skôr chemikáliou ako energetickou surovinou.

Moderné a perspektívne metódy výroby vodíka

V súčasnosti sa vodík vyrába hlavne (asi 80 %) z ropy. Pre energetický sektor je to ale neekonomický proces, pretože energia získaná z takéhoto vodíka stojí 3,5-krát viac ako energia zo spaľovania benzínu. Navyše cena takéhoto vodíka neustále rastie, keďže cena ropy rastie.

Malé množstvo vodíka sa vyrába elektrolýzou. Výroba vodíka elektrolýzou vody je drahšia ako jeho výroba z ropy, no s rozvojom jadrovej energie sa rozšíri a zlacní. Stanice elektrolýzy vody môžu byť umiestnené v blízkosti jadrových elektrární, kde sa všetka energia generovaná elektrárňou využije na rozklad vody na vodík. Pravda, cena elektrolytického vodíka zostane vyššia ako cena elektrického prúdu, ale náklady na dopravu a distribúciu vodíka sú také nízke, že konečná cena pre spotrebiteľa bude v porovnaní s cenou elektriny celkom prijateľná.

Výskumníci dnes intenzívne pracujú na zlacňovaní technologických procesov pri veľkovýrobe vodíka vďaka efektívnejšiemu rozkladu vody, pomocou vysokoteplotnej elektrolýzy vodnej pary, pomocou katalyzátorov, polopriepustných membrán a pod.

Veľká pozornosť sa venuje termolytickej metóde, ktorá (v budúcnosti) spočíva v rozklade vody na vodík a kyslík pri teplote 2500 °C. Ale takúto teplotnú hranicu inžinieri ešte nezvládli vo veľkých technologických celkoch, vrátane tých, ktoré pracujú na atómovú energiu (vo vysokoteplotných reaktoroch sa stále spoliehajú len na teplotu okolo 1000 °C). Preto sa výskumníci snažia vyvinúť procesy prebiehajúce v niekoľkých fázach, ktoré by umožnili výrobu vodíka v teplotnom rozsahu pod 1000 °C.

V roku 1969 bola v talianskej pobočke "Euratom" uvedená do prevádzky jednotka na výrobu termolytického vodíka, ktorá pracovala s vysokou účinnosťou. 55% pri teplote 730°C. V tomto prípade bol použitý bromid vápenatý, voda a ortuť. Voda v zariadení sa rozkladá na vodík a kyslík a zvyšok činidiel cirkuluje v opakovaných cykloch. Ostatné - navrhnuté inštalácie fungovali - pri teplotách 700-800 ° С. Predpokladá sa, že vysokoteplotné reaktory zlepšia účinnosť. takýchto procesov až 85 %. Dnes nevieme presne predpovedať, koľko vodík bude stáť. Ak však vezmeme do úvahy, že ceny všetkých moderných druhov energií majú stúpajúcu tendenciu, dá sa predpokladať, že z dlhodobého hľadiska bude energia vo forme vodíka lacnejšia ako vo forme zemného plynu a možno v forma elektrického prúdu.

Použitie vodíka

Keď sa vodík stane tak dostupným palivom, akým je dnes zemný plyn, bude ho môcť nahradiť všade. Vodík je možné spaľovať v kuchynských sporákoch, ohrievačoch vody a sporákoch vybavených horákmi, ktoré sa takmer alebo vôbec nebudú líšiť od moderných horákov používaných na spaľovanie zemného plynu.

Ako sme už povedali, pri spaľovaní vodíka nezostávajú žiadne škodlivé produkty spaľovania. Preto nie sú potrebné systémy na odstraňovanie týchto produktov pre vykurovacie zariadenia na vodík. Navyše vodnú paru vznikajúcu pri spaľovaní možno považovať za užitočný produkt - zvlhčuje vzduch (ako viete, v moderných bytoch s centrálnym kúrenie, vzduch je príliš suchý). A absencia komínov pomáha nielen šetriť stavebné náklady, ale zvyšuje aj účinnosť vykurovania o 30%.

Vodík môže slúžiť aj ako chemická surovina v mnohých priemyselných odvetviach, napríklad pri výrobe hnojív a potravín, v hutníctve a petrochémii. Dá sa využiť aj na výrobu elektriny v miestnych tepelných elektrárňach.

Záver.

Úloha energie pri udržiavaní a ďalšom rozvoji civilizácie je nepopierateľná. V modernej spoločnosti je ťažké nájsť čo i len jednu oblasť ľudskej činnosti, ktorá by si nevyžadovala – priamo či nepriamo – viac energie, ako dokážu poskytnúť svaly človeka.

Spotreba energie je dôležitým ukazovateľom životnej úrovne. V tých časoch, keď človek získaval potravu, zbieral lesné plody a lovil zver, potreboval asi 8 MJ energie denne. Po zvládnutí ohňa sa táto hodnota zvýšila na 16 MJ: v primitívnej poľnohospodárskej spoločnosti to bolo 50 MJ av rozvinutejšej - 100 MJ.

Počas existencie našej civilizácie mnohokrát došlo k zmene tradičných zdrojov energie na nové, vyspelejšie. A nie preto, že by bol starý zdroj vyčerpaný.

Slnko vždy svietilo a zohrievalo človeka: a napriek tomu, keď ľudia skrotili oheň, začali spaľovať drevo. Potom drevo ustúpilo uhliu. Zásoby dreva sa zdali neobmedzené, no parné stroje si vyžadovali viac vysokokalorického „krmiva“.

Ale toto bola len etapa. Uhlie sa čoskoro vzdá svojho vedúceho postavenia na trhu s energetickou ropou.

A teraz nové kolo v našich dňoch, vedúcimi typmi paliva sú stále ropa a plyn. Ale pre každý nový kubický meter plynu alebo tonu ropy musíte ísť stále ďalej na sever alebo na východ, aby ste sa zahrabávali hlbšie a hlbšie do zeme. Niet divu, že ropa a plyn nás budú stáť každým rokom viac a viac.

Náhrada? Potrebujeme nového energetického lídra. Nepochybne to budú jadrové zdroje.

Zásoby uránu, ak ich porovnáme so zásobami uhlia, sa zdajú byť menej veľké. Ale na druhej strane na jednotku hmotnosti obsahuje miliónkrát viac energie ako uhlie.

A výsledok je nasledovný: pri výrobe elektriny v jadrovej elektrárni sa verí, že sa musí minúť stotisíckrát menej peňazí a práce ako pri získavaní energie z uhlia. A jadrové palivo nahrádza ropu a uhlie... Vždy to tak bolo: ďalší zdroj energie bol tiež výkonnejší. To bola takpovediac „militantná“ línia energie.

V honbe za prebytkom energie sa človek stále hlbšie a hlbšie ponáral do spontánneho sveta prírodných javov a až do určitej doby skutočne nepremýšľal o dôsledkoch svojich činov a činov.

Ale časy sa zmenili. Teraz, na konci 20. storočia, začína nová, významná etapa pozemskej energie. Objavila sa „šetriaca“ energia. Postavený tak, aby si človek neodrezal konár, na ktorom sedí. Staral sa o ochranu už aj tak značne poškodenej biosféry.

Nepochybne v budúcnosti, súbežne s líniou intenzívneho rozvoja energetického sektora, dostanú široké občianske práva a rozsiahlu líniu: rozptýlené zdroje energie nie sú príliš silné, ale s vysokou účinnosťou, šetrné k životnému prostrediu, ľahko použiteľné.

Pozoruhodným príkladom je rýchly nábeh elektrochemickej energie, ktorú neskôr zrejme doplní slnečná energia. Energia sa veľmi rýchlo hromadí, asimiluje, absorbuje všetky najnovšie nápady, vynálezy a vedecké úspechy. To je pochopiteľné: energia je doslova spojená so všetkým a všetko je priťahované k energii, závisí od nej.

Preto energetická chémia, vodíková energia, vesmírne elektrárne, energia zapečatená v antihmote, kvarky, „čierne diery“, vákuum – to sú len tie najjasnejšie míľniky, ťahy, jednotlivé riadky scenára, ktorý sa nám píše pred očami a ktorý dokáže sa nazýva Energia zajtrajška.

Energetické labyrinty. Tajomné chodby, úzke, kľukaté cestičky. Plné hádaniek, prekážok, nečakaných postrehov, výkrikov smútku a porážky, cvakov radosti a víťazstiev. Tŕnistá, nepokojná, nepriama energetická cesta ľudstva. Ale veríme, že sme na ceste do éry hojnosti energie a že všetky prekážky, prekážky a ťažkosti budú prekonané.

Príbeh o energii môže byť nekonečný, existuje nespočetné množstvo alternatívnych foriem jej využitia, za predpokladu, že na to musíme vyvinúť efektívne a ekonomické metódy. Nie je až také dôležité, aký je váš názor na potreby energetiky, na zdroje energie, jej kvalitu a cenu. Pre nás zrejme. treba len súhlasiť s tým, čo učený mudrc, ktorého meno zostalo neznáme: "Neexistujú jednoduché riešenia, existuje len rozumná voľba."

Bibliografia

1. 1. Augusta Goldinová. Oceány energie. - Za. z angličtiny - M .: Vedomosti, 1983 .-- 144 s.

2. 2. Balanchevadze V. I., Baranovský A. I. a ďalší; Ed. A.F.Djakov. Energia dnes a zajtra. - M .: Energoatomizdat, 1990 .-- 344 s.

3. 3. Viac než dosť. Optimistický pohľad na budúcnosť svetovej energetiky / Ed. R. Clarke: Per. z angličtiny - M .: Energoatomizdat, 1984 .-- 215 s.

4. 4. Burdakov VP.Elektrina z vesmíru. - M .: Energoatomizdat, 1991 .-- 152 s.

5. 5. Veršinskij NV Energia oceánu. - Moskva: Nauka, 1986 .-- 152 s.

6. 6. Gurevič Yu. Studené pálenie. //Kvantové. - 1990 - č.6. - čl. 9-15.

7. 7. Zdroje energie. Fakty, problémy, riešenia. - M .: Veda a technika, 1997 .-- 110 s.

8. 8. Kirillin V. A. Energy. Hlavné problémy: V otázkach a odpovediach. - M .: Vedomosti, 1990 .-- 128 s.

9. 9. Kononov Yu.D. Energia a ekonomika. Problémy prechodu na nové zdroje energie. - M .: Nauka, 1981 .-- 190 s.

10.10.Merkulov O.P. - K .: Naukova Dumka, 1991 .-- 123 s.

11.11 Svetová energetika: prognóza vývoja do roku 2020 / per. z angličtiny vyd. Yu.N. Starshikova. - M .: Energiya, 1980 .-- 256 s.

12.12 Nekonvenčné zdroje energie. - M .: Vedomosti, 1982 .-- 120 s.

13.13.Podgorny A.N. Vodíková energia. - M .: Nauka, 1988. - 96 s.

14.14. Sosnov A. Ya. Energia Zeme. - L .: Lenizdat, 1986 .-- 104 s.

15.15.Sheidlin A.E. Nová energia. - M .: Nauka, 1987 .-- 463 s.

16.16.Shulga V.G., Korobko B.P., Zhovmir M.M. Hlavné výsledky rozvoja netradičných a inovatívnych zdrojov energie na Ukrajine. // Energetika a elektrifikácia. - 1995 - č.2. - čl. 39-42.

17.17. Energia sveta: Preklady správ z XI. kongresu MIREC / Ed. P.S. Neporozhny. - M .: Energoatomizdat, 1982 .-- 216 s.

18.18.Energetické zdroje sveta / Ed. P.S. Neporozhny, V.I. Popkov. - M .: Energoatomizdat, 1995 .-- 232 s.

19.19 Yu. Töldeshi, Yu, Lesny. Svet hľadá energiu. - M .: Mir, 1981 .-- 440 s.

20.20 Yudasin L. S. Energy: problémy a nádeje. - M .: Školstvo, 1990 .-- 207s.

Ľudia využívajú rôzne druhy energie na všetko od vlastného pohybu až po vysielanie astronautov do vesmíru.

Existujú dva druhy energie:

• schopnosť zaviazať sa (potenciálny)
• skutočná práca (kinetická)

Dodávané v rôznych formách:

• teplo (teplo)
• svetlo (žiariace)
• pohyb (kinetický)
• elektrický
• chemický
• jadrová energia
• gravitačné

Napríklad jedlo, ktoré človek zje, obsahuje chemikáliu a ľudské telo si ju ukladá, kým ju nespotrebuje ako kinetickú počas práce alebo života.

Energetická klasifikácia

Ľudia využívajú rôzne druhy zdrojov: elektrinu vo svojich domoch, vyrábanú spaľovaním uhlia, jadrové reakcie alebo vodné elektrárne na rieke. Zdrojom sa teda hovorí uhlie, jadrové a vodné elektrárne. Keď ľudia naplnia palivovú nádrž benzínom, zdrojom môže byť ropa alebo dokonca pestovanie a spracovanie obilia.

Zdroje energie sú rozdelené do dvoch skupín:

• Obnoviteľné
• Neobnoviteľné

Obnoviteľné a neobnoviteľné zdroje môžu byť použité ako primárne zdroje pre výhody, ako je teplo, alebo môžu byť použité na výrobu sekundárnych zdrojov energie, ako je elektrina.

Keď ľudia používajú elektrinu vo svojich domovoch, elektrina sa pravdepodobne vyrába spaľovaním uhlia alebo zemného plynu, jadrovou reakciou alebo vodnou elektrárňou na rieke alebo z niekoľkých zdrojov. Ľudia používajú surovú ropu (neobnoviteľnú) ako palivo pre svoje autá, ale môžu využívať aj biopalivá (obnoviteľné), ako je etanol, ktorý sa vyrába zo spracovanej kukurice.

Obnoviteľné

Existuje päť hlavných obnoviteľných zdrojov energie:

• Slnečno
• Geotermálne teplo vo vnútri Zeme
• Veterná energia
• Biomasa z rastlín
• Vodná energia z tečúcej vody

Biomasa, ktorá zahŕňa drevo, biopalivá a odpad z biomasy, je najväčším zdrojom obnoviteľnej energie, predstavuje približne polovicu všetkých obnoviteľných zdrojov a približne 5 % celkovej spotreby.

Neobnoviteľné

Väčšina zdrojov, ktoré sa v súčasnosti spotrebúvajú z neobnoviteľných zdrojov:

• Ropné produkty
• Uhľovodíkový skvapalnený plyn
• Zemný plyn
• Uhlie
• Jadrová energia

Neobnoviteľné energie tvoria asi 90 % všetkých použitých zdrojov.

Mení sa spotreba paliva v priebehu času

Zdroje energie sa časom menia, ale zmena je pomalá. Napríklad uhlie bolo kedysi široko používané ako palivo na vykurovanie domácností a komerčných budov, ale špecifické využitie uhlia na tieto účely sa za posledné polstoročie znížilo.

Aj keď je podiel obnoviteľných palív na celkovej spotrebe primárnej energie stále relatívne malý, ich využitie sa zvyšuje vo všetkých sektoroch. Okrem toho sa v posledných rokoch zvýšilo využívanie zemného plynu v elektroenergetike v dôsledku nízkych cien zemného plynu, zatiaľ čo využívanie uhlia v tejto sústave kleslo.

>> Zdroje energie

§ 6. Zdroje energie

Zdroje energie sú obnoviteľné a neobnoviteľné. Tieto a ďalšie podrobnejšie zvážime v tretej časti tutoriálu. Zatiaľ sa s nimi zoznámime všeobecne.

Obnoviteľné zdroje energie

Na Zem neustále prúdi obrovské množstvo slnečnej energie. Asi tretinu tejto energie odráža zemská atmosféra, 0,02 % využívajú rastliny na fotosyntézu a zvyšok ide na podporu mnohých prírodných procesov: ohrievanie zemskej kôry, oceánu a atmosféry, pohyb vzdušných hmôt (vietor), vlny. , morské prúdy, vyparovanie a cirkulácia vody.

Táto obrovská energia, ktorá sa dostane na Zem, však nevedie ku globálnemu otepľovaniu, pretože po prechode prírodnými procesmi je vyžarovaná späť do vesmíru. V priebehu miliónov rokov sa príroda prispôsobila týmto obrovským tokom energie a dosiahla univerzálnu tepelnú rovnováhu.

Keď využívame obnoviteľné zdroje energie, robíme to dvoma spôsobmi. Slnečnú energiu môžete využiť priamo napríklad v solárnych paneloch. Na našich obývateľných vesmírnych staniciach ste už určite videli veľké solárne panely. V solárnom článku sa slnečná svetelná energia premieňa na elektrickú energiu. V oblastiach, kde je veľa slnečných dní v roku, môžete nainštalovať solárne panely na strechu a využiť energiu Slnka na domáce účely. Existujú dokonca projekty pre autá, ktoré sú poháňané energiou generovanou v solárnom paneli namontovanom na streche takéhoto auta.

Ryža. 1.1. Energetická bilancia Zeme bez zásahu človeka

Druhým spôsobom je využitie energie jedného alebo druhého prírodného procesu. Ideme touto cestou, využívame energiu vody vo vodných elektrárňach, energiu morského prílivu a odlivu v prílivových elektrárňach, veternú energiu vo veterných elektrárňach.

Ryža. 1.2. Energetická bilancia Zeme s využitím obnoviteľných zdrojov energie

Pri využívaní obnoviteľných zdrojov energie nárast spotreby energie na Zemi nenarúša celkovú tepelnú rovnováhu a nevedie ku globálnemu otepľovaniu. Množstvo energie vstupujúcej na Zem a opúšťajúcej Zem nemeníme (obr. 1.1, 1.2). Prvou výhodou takýchto zdrojov energie je teda to, že nepoškodzujú prírodu.

Obnoviteľné zdroje energie neustále dopĺňajú energiu zo slnka a vydržia milióny, ak nie miliardy rokov – pokiaľ bude slnko existovať. To je ich druhá výhoda.

Neobnoviteľné zdroje energie

V útrobách Zeme sa nachádza mnoho rôznych prírodných zlúčenín obsahujúcich veľké zásoby energie. Najdôležitejšie z nich sú ropa, uhlie, zemný plyn, rašelina a urán.

Ryža. 1.3. Energetická bilancia neobnoviteľných zdrojov energie bez zásahu človeka

Spočiatku aj energia uložená v týchto zdrojoch pochádzala hlavne zo Slnka. Ide však o neobnoviteľné zdroje. Neobnoviteľné, pretože len malé množstvo slnečnej energie sa každý rok premení na energiu z neobnoviteľných zdrojov a trvá milióny rokov, kým tieto nepatrné množstvá prerastú do veľkých ložísk uhlia, ropy, plynu alebo uránu. Energia z neobnoviteľných zdrojov sa skladuje iba na Zemi. Kým ľudstvo nezačalo využívať neobnoviteľné zdroje, množstvo energie v nich uloženej zostalo nezmenené (obr. 1.3).

No akonáhle ľudia začali využívať neobnoviteľné zdroje, množstvo energie v nich uloženej začalo nenávratne klesať (obr. 1.4). Rýchlosť, akou spotrebujeme neobnoviteľné zdroje energie, je mnohonásobne vyššia ako rýchlosť, akou sa vyrábajú. Preto sa skôr či neskôr vyčerpajú. Toto je ich prvá chyba.

Ryža. 1.4. Energetická bilancia neobnoviteľných zdrojov energie pri využívaní človekom

Musíme sa snažiť spotrebovať čo najmenej energie z neobnoviteľných zdrojov a čo najviac z obnoviteľných zdrojov. Ak použijeme palivové drevo na kúrenie a sadíme a pestujeme nové namiesto vyrúbaných stromov, ide nepochybne o obnoviteľný zdroj energie.

Druhou veľkou nevýhodou takýchto zdrojov energie je, že spôsobujú obrovské škody prírode. Negatívne dôsledky využívania neobnoviteľných zdrojov energie podrobne preskúmame v tretej časti tejto knihy. Prečo ľudstvo naďalej využíva neobnoviteľné zdroje energie, napriek ich nedostatkom? Existuje na to niekoľko dôvodov: ekonomické (túžba získať okamžitý zisk), psychologické (neochota zmeniť zaužívaný spôsob života) a dokonca aj politické (energia je sila). Tomu sa budeme podrobnejšie venovať v ďalšej časti.

Na záver uvádzame tabuľku, ktorá schematicky ukazuje, aké sú výhody a nevýhody našich najbežnejších a najrozšírenejších zdrojov energie a aké dôsledky pre životné prostredie prináša ich využívanie. Ako vidíte, neexistuje jediný ideálny zdroj energie. Medzi zdrojmi energie je však veľký rozdiel z hľadiska nebezpečenstva pre životné prostredie.

Zamyslite sa a odpovedzte

1. Čo znamená výraz „obnoviteľná energia“?
2. Čo znamená výraz „neobnoviteľný zdroj energie“? Dá sa tento výraz chápať doslovne?
3. Prečo využívanie neobnoviteľných zdrojov energie vedie ku globálnemu otepľovaniu, kým využívanie obnoviteľných zdrojov energie nie?
4. Aké zdroje energie – obnoviteľné alebo neobnoviteľné – ľudstvo v súčasnosti využíva najmä na výrobu energie?

4-9 ročníkov. Učebnica pre strednú školu. SPb. 2008. - 88 strán, ill. I. Lorentzen.

Ekológia pre 7. ročník, učebnice a knihy o ekológii na stiahnutie, online knižnica

Obsah lekcie osnova lekcie podpora rámcová lekcia prezentácia akceleračné metódy interaktívne technológie Cvičte úlohy a cvičenia autotest workshopy, školenia, prípady, úlohy domáce úlohy diskusia otázky rečnícke otázky študentov Ilustrácie audio, videoklipy a multimédiá fotografie, obrázky, grafy, tabuľky, schémy humor, vtipy, vtipy, komiksové podobenstvá, výroky, krížovky, citáty Doplnky abstraktyčlánky čipy pre zvedavcov cheat sheets učebnice základná a doplnková slovná zásoba pojmov iné Zdokonaľovanie učebníc a vyučovacích hodínopravy chýb v návode aktualizácia fragmentu v učebnici prvky inovácie v lekcii nahradenie zastaraných vedomostí novými Len pre učiteľov perfektné lekcie kalendárny plán na rok metodické odporúčania programu diskusie Integrované lekcie

Keď sa v miestnosti zotmie, rozsvietite svetlo. Keď je vám zima, zapnete ohrievač. Na to sa plytvá energiou. A odkiaľ sa berie tá energia, ktorá je pre každého z nás taká potrebná?

Uhlie, ropa a zemný plyn sa spaľujú, aby ste získali elektrinu, ktorá je vo vašej zásuvke. Energiu však môžete získať aj inak, napríklad zo slnka, vetra, vody, biomasy a horúcich prameňov.

1. Zvážte obrázky. Zobrazujú dva spôsoby získavania energie. Ktorý z nich poškodzuje životné prostredie a ktorý nie? Svoje odpovede napíšte pod obrázok a zdôvodnite ich.

2. Viete, aké sú ďalšie možnosti získavania elektriny? Povedzte nám o nich.

Zásoby uhlia, ropy a zemného plynu môžu byť v blízkej budúcnosti vyčerpané. Rovnaký problém je s uránom, ktorý využívajú jadrové elektrárne. Tieto zdroje energie sa nazývajú neobnoviteľné, pretože sa môžu vyčerpať.

Obnoviteľná energia si vyžaduje nevyužité zdroje, ako je slnko, vietor, voda, biomasa a teplo zeme. Ako dlho bude existovať Zem, ako dlho bude svietiť slnko, bude fúkať vietor a potečie voda?

ÚLOHA:

1. Ktoré z týchto tvrdení je správne? Zdôraznite.

- väčšinu elektriny získavame z neobnoviteľných zdrojov;

- neobnoviteľné zdroje sú nevyčerpateľným zdrojom elektrickej energie.

2. Diskutujte s priateľmi o tom, aké výhody alebo škody daná osoba používa

Uhlie, ropa a zemný plyn.

VIEŠ

Spaľovanie uhlia, ropy a zemného plynu produkuje veľa oxidu uhličitého. Ohrieva zemskú atmosféru, vytvára skleníkový efekt a prispieva ku klimatickým zmenám.

SOLÁRNA ENERGIA

Slnko je najväčším zdrojom energie na Zemi. Pomocou solárnej batérie môžete premeniť slnečnú energiu na elektrickú energiu. Na to sa používajú rôzne zariadenia: od malých solárnych panelov, ktoré sú vo vašej kalkulačke, až po obrovské solárne panely, ktoré dokážu zabrať celú strechu domu. Solárna energia je dostupná všade. Tento zdroj energie nie je sprevádzaný emisiami škodlivých plynov a je šetrný k životnému prostrediu. A hoci premena slnečnej energie na elektrickú je dosť drahá, ale toto je budúcnosť.

VIEŠ

Nemeckí vedci vypočítali, že 16 000 metrov štvorcových. km solárnych tepelných elektrární v severnej Afrike, prepojených s Európou vysokonapäťovým vedením, dokáže vyrobiť dostatok elektriny na zásobovanie celej Európy. A výstavba solárnych elektrární na 1 \% plochy všetkých púští (oblasť rovnajúca sa ploche Rakúska) môže pokryť svetové energetické potreby.

Solárne elektrárne sú špeciálnym miestom, kde sa z energie Slnka generuje veľké množstvo elektrického prúdu. Pomocou zrkadla sa sem sústreďujú slnečné lúče, ktoré v špeciálnom bojleri zohrievajú kvapalinu až na 400 °C. Kvapalina v špeciálnych výmenníkoch tepla sa mení na paru a para zase otáča turbínu pripojenú ku generátoru, ktorá generuje elektrický prúd.

1. Prečítajte si text a napíšte, aký je prínos slnečnej energie človeku. Myslite na to, čo škodí, a zapíšte si to do stĺpikov vedľa.

2. Pod akým uhlom by mali solárne panely stáť, aby získali optimálne množstvo slnečného svetla?

SKÚSENOSTI #1.

Ruky sa dajú zohriať nielen v palčiakoch, ale aj na slnku. Ako urobiť teplo silnejším? POĎME ZAŽIŤ. ČO POTREBUJEME:

Kartón, fólia, lepidlo, nožnice, kružidlo, pravítko a ceruzka.

ČO MUSÍME ROBIŤ:

1. Na papier nakreslite kružidlom 12 cm kruh, ktorý prilepte na hliníkovú fóliu.

2. Prehnite kruh na polovicu a v strede vytvorte otvor, aby ste mohli vložiť ukazovák.

3. Kruh rozrežeme na polovicu, jednu stranu preložíme na druhú a zlepíme. Strana s fóliou by mala byť vnútri.

4. Teraz nasaďte kruh na ukazovák a držte ho na slnku.

buďPOZOR! MÔŽETE SA SPÁLIŤ!

Sila vetra

Človek už dávno skrotil vietor. S pomocou dobrého vetra dosiahli námorné lode svoj zamýšľaný bod na zemeguli. Veterná energia sa využívala vo veterných mlynoch na spracovanie dreva, ako mlynský mechanizmus, ako čerpadlo na čerpanie vody a ropy. Teraz je čas na veterné elektrárne. Elektrický prúd vzniká z veternej energie. V tomto prípade nevzniká oxid uhličitý ani iné škodlivé látky. Veterná energia je ekologickým zdrojom energie.

Sú ľudia, ktorí sú proti veterným elektrárňam. Organizácie na ochranu zvierat sa obávajú, že obrovské krídla veterných mlynov by mohli ublížiť vtákom. Obyvateľstvo, ktoré žije v blízkosti veterných elektrární, sa sťažuje na oslnenie a hluk, ktorý vytvára veterné koleso. Odborníci sa domnievajú, že výhody veternej energie prevyšujú jej škody.

Elektrická energia zo slamy a odpadu? Znie to smiešne, ale je to tak! Vo veľkej, hermeticky uzavretej nádrži nazývanej bioreaktor sa mieša živočíšny odpad a zvyšková rastlinná biomasa. Baktérie začnú túto zmes rozkladať. Takto vzniká bioplyn. Môže sa spaľovať na výrobu elektriny alebo energie pre automobilovú bionaftu. Zvyšok z bioreaktora sa používa ako hnojivo na polia. Výhodou biopalív v porovnaní s inými druhmi je, že sú úplne biologicky rozložiteľné a teda nezaťažujú životné prostredie.

Lesy sú jedným zo zdrojov biomasy. Pri spracovaní 3-4 ml ton dreva vzniká odpad, ktorého energetický ekvivalent je 1,1-1,2 ml ton ropy.

Táto skúsenosť ukazuje, ako baktérie rozkladajú biomasu vo fľaši a vytvárajú plyn.

200 g nastrúhaného odpadu z kuchyne (napríklad šupky zo zemiakov, zeleninové zvyšky, šalátové listy a pod.);

5 polievkových lyžíc zeme a trochu teplej vody;

Lyžička cukru;

Plastová fľaša a balón.

1. Do fľaše vložte drvený odpad a zeminu. Všetko to dobre premiešame.

2. Pridajte toľko teplej vody, aby bola fľaša do polovice plná, potom pridajte cukor.

3. Na fľašu položte balón tak, aby z nádoby neunikal vzduch.

4. Umiestnite fľašu na teplé a tmavé miesto a počkajte tri dni. Balónik by sa mal nafúknuť.

Ak sa tak nestane, nechajte ju ešte dva dni! Vysvetlite, čo sa deje?

Bioplyn možno získať aj zo stromov a ich odpadu.

zápasy; kovový náprstok;

Hliníková fólia; farebný drôt; kliešť, ihla, sviečka.

1. Vložte 2-3 zápalky do náprstku (zápalky by mali byť bez síry). Náprstok pevne prikryte fóliou a zaistite drôtom. '

2. Podržte náprstok nad sviečkou 1-2 minúty.

3. Náprstok položíme na povrch (pozor - je horúci), ihlou urobíme do fólie malý otvor.

Pod nohami máme silný zdroj tepla, ktorý na povrchu Zeme necítime. Ale ak budete vŕtať hlboko do Zeme, teplota sa zvýši. Toto teplo je v útrobách už od čias vzniku planéty. Erupcie sopiek jasne naznačujú obrovskú teplotu vo vnútri Zeme. Vedci odhadujú teplotu zemského jadra na tisíc stupňov Celzia. Postupne klesá od horúceho vnútorného jadra k povrchu Zeme.

Islandu sa hovorí „Krajina ľadovcov“, ktorá efektívne využíva hydrotermálnu energiu svojich útrob. Je tu známych viac ako 700 termálnych prameňov, ktoré vychádzajú na zemský povrch. Asi 60 % populácie využíva geotermálne vody na vykurovanie svojich domovov.

Voda je veľmi silná. Čím rýchlejšie voda tečie, tým je jej sila väčšia a človek z nej dokáže získať viac energie.

Vodoenergetické zariadenia sú inštalované najmä na veľkých plochých riekach, ale niekedy aj na malých horských riekach. Vybudované hrádze blokujú vodné toky. Voda stúpa a vytvára sa nádrž. Z nej voda vyteká potrubím do turbín, ktoré sú zase napojené na generátor, ktorý generuje prúd.

Vodná elektráreň je osvedčeným príkladom výroby energie, ktorá nie je

Znečisťuje ovzdušie. Stále však existuje škodlivý vplyv na ekosystém. Toto sú polia

Háje. Prevádzka vodných elektrární si vyžaduje zaplavenie výrazných

Oblasti úrodnej pôdy. Ryby veľmi trpia vodnými elektrárňami. Nemôže prejsť

Cez priehrady do ich obvyklých neresísk. Uhynie veľa rýb a planktónu

v turbínových lopatách.

V dôsledku výstavby kaskády nádrží na Dnepri bolo zaplavených a zničených viac ako 6 000 osád, presídlených bolo viac ako 3 milióny ľudí.

Má pozitívne aj negatívne stránky

1. Využitie vodnej energie Vyplňte tabuľku.

2. Nakreslite plagát, ktorý popisuje, ako človek využíval energiu vody 100 rokov.

Pre nikoho nie je tajomstvom, že zdroje, ktoré dnes ľudstvo využíva, sú vyčerpateľné, navyše ich ďalšia ťažba a využívanie môže viesť nielen k energetickej, ale aj ekologickej katastrofe. Zdroje, ktoré ľudstvo tradične využíva – uhlie, plyn a ropa – sa po niekoľkých desaťročiach vyčerpajú a opatrenia musia byť prijaté už teraz, v našej dobe. Samozrejme, možno dúfať, že opäť nájdeme nejaké bohaté ložisko, tak ako to bolo v prvej polovici minulého storočia, no vedci sú si istí, že také veľké ložiská už neexistujú. Ale v každom prípade, aj objavenie nových ložísk len odloží nevyhnutné, treba hľadať spôsoby výroby alternatívnej energie a prejsť na obnoviteľné zdroje ako vietor, slnko, geotermálna energia, energia vodných tokov a iné, spolu s tým je potrebné pokračovať vo vývoji technológií na úsporu energie.

V tomto článku zvážime niekoľko najsľubnejších nápadov podľa názoru moderných vedcov, na ktorých bude postavená energia budúcnosti.

Solárne stanice

Ľudia sa dlho pýtali, či je možné pred odoslaním do pece zohriať vodu pod slnečnými lúčmi, sušiť oblečenie a hlinený riad, ale tieto metódy nemožno nazvať účinnými. Prvé technické prostriedky, ktoré premieňajú slnečnú energiu, sa objavili v 18. storočí. Francúzsky vedec J. Buffon ukázal experiment, pri ktorom dokázal za jasného počasia zapáliť suchý strom zo vzdialenosti asi 70 metrov pomocou veľkého vydutého zrkadla. Jeho krajan, slávny vedec A. Lavoisier, použil šošovky na sústredenie energie slnka a v Anglicku vytvorili bikonvexné sklo, ktoré zaostrením slnečných lúčov roztavilo liatinu len za pár minút.

Prírodovedci vykonali mnoho experimentov, ktoré dokázali, že slnká na Zemi sú možné. Solárna batéria, ktorá by premieňala slnečnú energiu na mechanickú, sa však objavila pomerne nedávno, v roku 1953. Vytvorili ho vedci z americkej Národnej agentúry pre letectvo a vesmír. Už v roku 1959 bola prvýkrát použitá solárna batéria na vybavenie vesmírneho satelitu.

Možno aj vtedy, keď si vedci uvedomili, že takéto batérie sú oveľa efektívnejšie vo vesmíre, prišli s myšlienkou vytvorenia vesmírnych solárnych staníc, pretože slnko dokáže za hodinu vygenerovať toľko energie, koľko celé ľudstvo nespotrebuje za rok. tak prečo to nevyužiť? Aký bude sektor solárnej energie v budúcnosti?

Na jednej strane sa zdá, že využitie slnečnej energie je ideálne. Náklady na obrovskú vesmírnu solárnu stanicu sú však veľmi vysoké a okrem toho bude nákladná aj na prevádzku. Postupom času, keď sa zavádzajú nové technológie na doručovanie tovaru do vesmíru, ako aj nové materiály, bude realizácia takéhoto projektu možná, ale zatiaľ môžeme na povrchu planéty používať iba relatívne malé batérie. Mnohí si povedia, že to tiež nie je zlé. Áno, v súkromnom dome je to možné, ale na napájanie veľkých miest potrebujete buď veľa solárnych panelov, alebo technológiu, ktorá ich zefektívni.

Je tu prítomná aj ekonomická stránka problému: každý rozpočet značne utrpí, ak bude poverený úlohou previesť celé mesto (alebo celú krajinu) na solárne panely. Zdalo by sa, že je možné donútiť obyvateľov miest, aby zaplatili nejaké sumy za opätovné vybavenie, ale v tomto prípade budú nešťastní, pretože ak by boli ľudia pripravení ísť na takéto výdavky, už by to dávno urobili sami : každý má možnosť kúpiť si solárnu batériu.

So slnečnou energiou je spojený aj ďalší paradox: výrobné náklady. Priama premena slnečnej energie na elektrickú nie je najefektívnejšia. Doteraz nebol nájdený lepší spôsob, ako využiť slnečné lúče na ohrev vody, ktorá sa premení na paru a roztočí dynamo. V tomto prípade je strata energie minimálna. Ľudstvo chce použiť „zelené“ solárne panely a solárne stanice na šetrenie zdrojov na Zemi, ale takýto projekt si bude vyžadovať obrovské množstvo rovnakých zdrojov a „nezelenej“ energie. Napríklad vo Francúzsku bola nedávno postavená solárna elektráreň s rozlohou asi dva kilometre štvorcové. Náklady na výstavbu boli okolo 110 miliónov eur bez prevádzkových nákladov. Pri tom všetkom je potrebné mať na pamäti, že životnosť takýchto mechanizmov je asi 25 rokov.

Vietor

Veternú energiu využívali ľudia už od staroveku, najjednoduchším príkladom je plachtenie a veterné mlyny. Veterné mlyny sa používajú dodnes a sú obzvlášť účinné v oblastiach so stálym vetrom, napríklad na pobreží. Vedci neustále predkladajú nápady, ako modernizovať existujúce zariadenia na premenu veternej energie, jedným z nich sú veterné turbíny v podobe stúpavých turbín. Vďaka neustálemu otáčaniu by mohli „visieť“ vo vzduchu vo vzdialenosti niekoľkých stoviek metrov od zeme, kde je silný a stály vietor. To by pomohlo pri elektrifikácii vidieckych oblastí, kde nie je možné použiť štandardné veterné turbíny. Okrem toho by takéto stúpajúce turbíny mohli byť vybavené internetovými modulmi, pomocou ktorých by ľudia mali prístup k celosvetovej sieti.

Príliv a odliv a vlny

Rozmach slnečnej a veternej energie postupne prechádza a záujem výskumníkov vzbudila aj iná prírodná energia. Použitie prílivu a odlivu sa považuje za perspektívnejšie. Už teraz sa touto problematikou zaoberá asi stovka firiem po celom svete, existuje aj niekoľko projektov, ktoré preukázali efektivitu tohto spôsobu výroby elektriny. Výhodou oproti slnečnej energii je, že straty pri premene jednej energie na druhú sú minimálne: prílivová vlna roztáča obrovskú turbínu, ktorá vyrába elektrinu.

Projekt Oyster je myšlienkou inštalácie otočného ventilu na dno oceánu, ktorý privedie vodu na pobrežie, čím sa bude otáčať jednoduchá hydroelektrická turbína. Len jedna takáto inštalácia by mohla poskytnúť elektrinu malej štvrti.

Už v Austrálii sa úspešne využívajú prílivové vlny: v meste Perth boli nainštalované odsoľovacie zariadenia, ktoré fungujú na tento druh energie. Ich práca umožňuje zabezpečiť sladkú vodu pre približne pol milióna ľudí. V tomto odvetví výroby energie je možné kombinovať aj prírodnú energiu a priemysel.

Využitie je trochu iné ako technológie, ktoré sme zvyknutí vidieť v riečnych vodných elektrárňach. Vodné elektrárne často poškodzujú životné prostredie: priľahlé územia sú zaplavené, ekosystém je zničený, ale stanice pracujúce na prílivových vlnách sú v tomto ohľade oveľa bezpečnejšie.

Ľudská energia

Jedným z najfantastickejších projektov na našom zozname je využitie energie živých ľudí. Znie to ohromujúco a dokonca trochu desivo, ale nie až tak desivo. Vedci si vážia myšlienku, ako využiť mechanickú energiu pohybu. Tieto projekty sú o mikroelektronike a nanotechnológii s nízkou spotrebou energie. Aj keď to znie ako utópia, nedochádza k žiadnemu skutočnému vývoju, ale myšlienka je veľmi zaujímavá a neopúšťa mysle vedcov. Súhlasíte, že zariadenia, ktoré sa budú rovnako ako hodinky s automatickým naťahovaním nabíjať na základe prejdenia prstom po senzore, alebo zo skutočnosti, že tablet alebo telefón pri chôdzi jednoducho visí v taške, budú veľmi pohodlné. Nehovoriac o oblečení, ktoré naplnené rôznymi mikrozariadeniami dokázalo premieňať energiu pohybu človeka na elektrinu.

Napríklad v Berkeley, v laboratóriu Lawrence, sa vedci pokúsili implementovať myšlienku použitia vírusov na stlačenie elektriny. Dostupné sú aj malé mechanizmy poháňané pohybom, no táto technológia zatiaľ nebola uvedená do prevádzky. Áno, globálnu energetickú krízu nemožno riešiť týmto spôsobom: koľko ľudí bude musieť „šliapať do pedálov“, aby celý závod fungoval? Ale ako jedno z opatrení aplikovaných v komplexe je teória celkom životaschopná.

Takéto technológie budú obzvlášť účinné na ťažko dostupných miestach, na polárnych staniciach, v horách a tajge, medzi cestovateľmi a turistami, ktorí nemajú vždy možnosť nabiť svoje prístroje, no zostať v kontakte je dôležité, najmä ak skupina je v kritickej situácii. Koľko vecí by sa dalo predísť, keby ľudia mali vždy spoľahlivé komunikačné zariadenie, ktoré nie je závislé od „zásuvky“.

Vodíkové palivové články

Možno každý majiteľ auta, pri pohľade na ukazovateľ množstva benzínu blížiaceho sa k nule, mal predstavu, aké by bolo skvelé, keby auto fungovalo na vode. Teraz sa však jeho atómy dostali do pozornosti vedcov ako skutočné objekty energie. Faktom je, že častice vodíka – najbežnejšieho plynu vo vesmíre – obsahujú obrovské množstvo energie. Navyše motor spaľuje tento plyn prakticky bez vedľajších produktov, čiže získavame veľmi ekologické palivo.

Vodík poháňajú niektoré moduly a raketoplány ISS, ale na Zemi existuje predovšetkým vo forme zlúčenín, ako je voda. V osemdesiatych rokoch sa v Rusku vyvíjali lietadlá využívajúce vodík ako palivo, tieto technológie boli dokonca aplikované v praxi a experimentálne modely preukázali svoju účinnosť. Keď sa vodík oddelí, prenesie sa do špeciálneho palivového článku, kde sa môže priamo vyrábať elektrina. Toto nie je energia budúcnosti, to je už realita. Podobné autá sa už vyrábajú v pomerne veľkých množstvách. Honda, aby zdôraznila všestrannosť zdroja energie a auta vo všeobecnosti, uskutočnila experiment, v ktorom bolo auto pripojené k domácej elektrickej sieti, ale nie za účelom dobitia. Auto dokáže dodať energiu súkromnému domu na niekoľko dní alebo prejsť takmer päťsto kilometrov bez tankovania.

Jedinou nevýhodou takéhoto zdroja energie sú v súčasnosti relatívne vysoké náklady na takéto ekologické autá a, samozrejme, pomerne malý počet vodíkových čerpacích staníc, ale v mnohých krajinách sa už plánuje ich výstavba. Napríklad Nemecko už má plán nainštalovať do roku 2017 sto čerpacích staníc.

Teplo zeme

Premena tepelnej energie na elektrickú je podstatou geotermálnej energie. V niektorých krajinách, kde je ťažké použiť iné priemyselné odvetvia, sa používa pomerne široko. Napríklad na Filipínach pochádza 27 % všetkej elektriny z geotermálnych elektrární, zatiaľ čo na Islande je to približne 30 %. Podstata tohto spôsobu výroby energie je celkom jednoduchá, mechanizmus je podobný jednoduchému parnému stroju. Pred predpokladaným "jazerom" magmy je potrebné vyvŕtať studňu, cez ktorú je privádzaná voda. Pri kontakte s horúcou magmou sa voda okamžite zmení na paru. Stúpa tam, kde otáča mechanickú turbínu, čím vyrába elektrinu.

Budúcnosťou geotermálnej energie je nájsť veľké „skladisko“ magmy. Napríklad na spomínanom Islande sa to podarilo: rozžeravená magma v zlomku sekundy premenila všetku vstreknutú vodu na paru s teplotou asi 450 stupňov Celzia, čo je absolútny rekord. Takáto vysokotlaková para dokáže niekoľkonásobne zvýšiť účinnosť geotermálnej stanice, čo sa môže stať impulzom pre rozvoj geotermálnej energie na celom svete, najmä v oblastiach nasýtených sopkami a termálnymi prameňmi.

Využitie jadrového odpadu

Jadrová energia sa svojho času rozprúdila. To bolo dovtedy, kým si ľudia neuvedomili plné nebezpečenstvo tohto energetického priemyslu. Nehody sú možné, nikto nie je imúnny voči takýmto prípadom, ale sú veľmi zriedkavé, ale rádioaktívny odpad sa objavuje stabilne a až donedávna vedci nedokázali tento problém vyriešiť. Ide o to, že uránové tyče – tradičné „palivo“ jadrových elektrární, je možné využiť len na 5 %. Po vypracovaní tejto malej časti sa celá tyč posiela na "skládku".

Predtým sa používala technológia, pri ktorej boli tyče ponorené do vody, čo spomaľuje neutróny a udržuje stabilnú reakciu. Teraz namiesto vody začali používať tekutý sodík. Táto náhrada umožňuje nielen využiť celý objem uránu, ale aj spracovať desaťtisíce ton rádioaktívneho odpadu.

Je dôležité zbaviť planétu jadrového odpadu, no samotná technológia má jedno „ale“. Urán je zdroj a jeho zásoby na Zemi sú obmedzené. Ak sa celá planéta prevedie výlučne na energiu získanú z jadrových elektrární (napríklad v USA jadrové elektrárne vyprodukujú len 20 % všetkej spotrebovanej elektriny), zásoby uránu sa celkom rýchlo vyčerpajú, a to opäť povedie ľudstvo na prah energetickej krízy, takže jadrová energetika, aj keď modernizovaná, je len dočasným opatrením.

Rastlinné palivo

Dokonca aj Henry Ford, ktorý vytvoril svoj „Model T“, dúfal, že už bude fungovať na biopalivách. V tom čase však boli objavené nové ropné polia a potreba alternatívnych zdrojov energie sa na niekoľko desaťročí vytratila, no teraz sa opäť vracia.

Za posledných pätnásť rokov sa používanie rastlinných palív, ako je etanol a bionafta, niekoľkonásobne zvýšilo. Používajú sa ako nezávislé zdroje energie aj ako prísady do benzínu. Pred časom sa nádeje vkladali do špeciálnej kultúry prosa zvanej „kanola“. Je úplne nevhodný na potravu či už pre ľudí alebo pre hospodárske zvieratá, ale má vysoký obsah oleja. Z tohto oleja sa začala vyrábať „bionafta“. Ale táto kultúra zaberie príliš veľa miesta, ak sa ju pokúsite pestovať natoľko, aby poskytla palivo aspoň časti planéty.

Teraz vedci hovoria o využití rias. Ich obsah oleja je asi 50%, čo uľahčí ťažbu ropy a odpad možno premeniť na hnojivá, na základe ktorých sa budú pestovať nové riasy. Myšlienka sa považuje za zaujímavú, ale zatiaľ nepreukázala svoju životaschopnosť: publikácia o úspešných experimentoch v tejto oblasti ešte nebola vydaná.

Termonukleárna fúzia

Budúca energia sveta je podľa moderných vedcov nemožná bez technológie. Toto je v súčasnosti najsľubnejší vývoj, do ktorého sa už investujú miliardy dolárov.

Využíva sa štiepna energia. Je to nebezpečné, pretože hrozí nekontrolovaná reakcia, ktorá zničí reaktor a povedie k úniku obrovského množstva rádioaktívnych látok: azda každý si pamätá haváriu v jadrovej elektrárni v Černobyle.

Reakcie termonukleárnej fúzie, ako už názov napovedá, využívajú energiu uvoľnenú fúziou atómov. Výsledkom je, že na rozdiel od atómového štiepenia nevzniká žiadny rádioaktívny odpad.

Hlavným problémom je, že v dôsledku termonukleárnej fúzie vzniká látka, ktorá má takú vysokú teplotu, že môže zničiť celý reaktor.

Budúcnosť je realita. A fantázie sú tu nevhodné, momentálne sa na území Francúzska už začalo s výstavbou reaktora. Do pilotného projektu, ktorý financujú mnohé krajiny, medzi ktoré okrem EÚ patrí Čína a Japonsko, USA, Rusko a ďalšie, sa investovalo niekoľko miliárd dolárov. Pôvodne sa plánovalo spustiť prvé experimenty v roku 2016, ale výpočty ukázali, že rozpočet bol príliš malý (namiesto 5 miliárd to trvalo 19) a spustenie bolo odložené o ďalších 9 rokov. Snáď o pár rokov uvidíme, čoho je schopná termonukleárna energia.

Problémy súčasnosti a príležitosti do budúcnosti

Nielen vedci, ale aj spisovatelia sci-fi dávajú veľa nápadov na implementáciu technológie budúcnosti v energetike, no všetci sa zhodujú na tom, že zatiaľ žiadna z navrhovaných možností nemôže plne uspokojiť všetky potreby našej civilizácie. Napríklad, ak všetky autá v Spojených štátoch jazdia na biopalivá, polia s repkou budú musieť zasadiť plochu rovnajúcu sa polovici celej krajiny, bez ohľadu na to, že v USA nie je toľko pôdy vhodnej na poľnohospodárstvo. Navyše, doteraz sú všetky spôsoby výroby alternatívnej energie drahé. Snáď každý bežný obyvateľ mesta súhlasí s tým, že je dôležité využívať obnoviteľné zdroje šetrné k životnému prostrediu, no nie v prípade, keď mu v súčasnosti povedia cenu takéhoto prechodu. Vedci majú v tejto oblasti ešte veľa práce. Nové objavy, nové materiály, nové nápady – to všetko pomôže ľudstvu úspešne sa vyrovnať s blížiacou sa krízou zdrojov. Planéty je možné vyriešiť iba zložitými opatreniami. V niektorých oblastiach je vhodnejšie využiť výrobu energie pomocou vetra, niekde - solárne panely a pod. Hlavným faktorom však možno bude zníženie spotreby energie vo všeobecnosti a vytvorenie technológií na úsporu energie. Každý človek by mal pochopiť, že je zodpovedný za planétu a každý by si mal položiť otázku: "Akú energiu si vyberám pre budúcnosť?" Pred prechodom na iné zdroje by si mal každý uvedomiť, že je to naozaj potrebné. Problém spotreby energie bude možné vyriešiť iba integrovaným prístupom.