Zakaj se je zdaj bolj kot kdaj koli prej pojavilo vprašanje: kaj čaka človeštvo - energijska lakota ali energijsko obilje? Članki o energetski krizi niso zapustili strani časopisov in revij. Zaradi nafte nastajajo vojne, države cvetijo in revnejo, vlade pa se menjajo. Poročila o lansiranju novih inštalacij ali novih izumov na področju energetike so začela označevati kot časopisne senzacije. Razvijajo se ogromni energetski programi, katerih izvajanje bo zahtevalo ogromno truda in ogromne materialne stroške.

Če je ob koncu prejšnjega stoletja danes najbolj razširjena energija - energija - igrala na splošno pomožno in nepomembno vlogo v svetovni bilanci, potem je svet že leta 1930 proizvedel približno 300 milijard kilovatnih ur električne energije. Napoved je precej realna, po kateri bo leta 2000 proizvedenih 30 tisoč milijard kilovatnih ur! Velikanske številke, stopnje rasti brez primere! In vseeno bo energije malo, potrebe po njej pa rastejo še hitreje.

Raven materialne in navsezadnje duhovne kulture ljudi je premosorazmerna s količino energije, ki jo imajo na razpolago. Če želite kopati rudo, iz nje taliti kovino, zgraditi hišo, narediti kar koli, morate porabiti energijo. In človeške potrebe ves čas naraščajo, ljudi pa je vedno več.

Čemu je torej postanek? Znanstveniki in izumitelji so že dolgo razvili številne načine za proizvodnjo energije, predvsem električne. Potem pa gradimo vedno več elektrarn, pa bo energije kolikor bo treba! Izkazalo se je, da je taka na videz očitna rešitev zapletenega problema polna številnih pasti.

Neusmiljeni zakoni narave trdijo, da lahko energijo, primerno za uporabo, pridobimo le z njenimi transformacijami iz drugih oblik. Večni motorji, ki domnevno proizvajajo energijo in je ne jemljejo od nikoder, so žal nemogoči. In struktura svetovnega energetskega gospodarstva se je doslej razvila tako, da se štiri od petih proizvedenih kilovatov pridobijo načeloma na enak način, kot ga je primitivni človek uporabljal za segrevanje, torej ko se kuri gorivo oz. ko se uporablja kemična energija, ki je v njej shranjena, se v termoelektrarnah pretvori v električno.

Seveda so metode zgorevanja goriva postale veliko bolj izpopolnjene in izpopolnjene.

Novi dejavniki – povišane cene nafte, hiter razvoj jedrske energije in povečane zahteve po varovanju okolja – so zahtevali nov pristop k energiji.

Pri razvoju Energetskega programa so sodelovali najvidnejši znanstveniki naše države, strokovnjaki različnih ministrstev in resorjev. S pomočjo najnovejših matematičnih modelov so elektronski računalniki izračunali več sto variant strukture prihodnje energetske bilance države. Ugotovljene so bile temeljne odločitve, ki so določile strategijo energetskega razvoja države za prihodnja desetletja.

Čeprav bo energetski sektor v bližnji prihodnosti še vedno temeljil na neobnovljivih virih toplote in energije, se bo njegova struktura spremenila. Zmanjšati je treba uporabo olja. Proizvodnja električne energije v jedrskih elektrarnah se bo močno povečala. Začela se bo uporaba še nedotaknjenih ogromnih zalog poceni premoga, na primer v bazenih Kuznetsk, Kansk-Achinsk, Ekibastuz. Široko bo uporabljen zemeljski plin, katerega zaloge v državi močno presegajo zaloge v drugih državah.

Energetski program države je osnova naše tehnologije in gospodarstva na predvečer 21. stoletja.

Toda znanstveniki gledajo tudi naprej, preko rokov, ki jih določa energetski program. Na pragu 21. stoletja in si trezno podajajo odštevanje v realnosti tretjega tisočletja. Žal zaloge nafte, plina in premoga nikakor niso neskončne. Narava je potrebovala milijone let, da je ustvarila te rezerve, porabljene pa bodo čez stotine let. Danes je svet začel resno razmišljati o tem, kako preprečiti plenilsko plenjenje zemeljskega bogastva. Dejansko lahko le pod tem pogojem zaloge goriva trajajo stoletja. Žal danes živijo številne države proizvajalke nafte. Neusmiljeno porabljajo zaloge nafte, ki jim jih je podarila narava. Zdaj mnoge od teh držav, zlasti v regiji Perzijskega zaliva, dobesedno plavajo v zlatu, ne mislijo, da bo čez nekaj desetletij teh rezerv zmanjkalo. Kaj se bo zgodilo potem – in to se bo zgodilo prej ali slej – ko bodo naftna in plinska polja izčrpana? Posledično povišanje cen nafte, ki je potrebno ne le za energetski sektor, temveč tudi za promet in kemijo, je ljudi spodbudilo k razmišljanju o drugih vrstah goriva, primernih za nadomestitev nafte in plina. Posebej premišljene so bile tiste države, kjer ni lastnih zalog nafte in plina in ki jih morajo kupiti.

Medtem vse več znanstvenih inženirjev v svetu išče nove, nekonvencionalne vire, ki bi lahko prevzeli vsaj nekaj skrbi oskrbe človeštva z energijo. Raziskovalci iščejo rešitev tega problema po različnih poteh. Najbolj mamljiva je seveda uporaba večnih, obnovljivih virov energije – energije tekoče vode in vetra, plimovanja oceanov, toplote zemeljske notranjosti, sonca. Veliko pozornosti se posveča razvoju jedrske energije, znanstveniki iščejo načine, kako bi na Zemlji reproducirali procese, ki se odvijajo v zvezdah, in jih oskrbovali z ogromnimi zalogami energije.

Energija – kako se je vse začelo

Danes se nam morda zdi, da je bil razvoj in izpopolnjevanje človeka nepredstavljivo počasen. Dobesedno je moral čakati na ugodnosti narave. Pred mrazom je bil tako rekoč brez obrambe, nenehno so mu grozile divje zveri, njegovo življenje je nenehno viselo na nitki. Toda postopoma se je človek toliko razvil, da mu je uspelo najti orožje, ki ga je v kombinaciji s sposobnostjo razmišljanja in ustvarjanja končno povzdignilo nad vse bivalno okolje. Sprva je ogenj nastal po naključju - na primer iz gorečih dreves, ki jih je udarila strela, nato pa so začeli namerno seči: zaradi trenja dveh primernih kosov lesa drug ob drugega je človek najprej zanetil ogenj 80 -Pred 150 tisoč leti. Življenjski, skrivnosten, vliva zaupanje in občutek ponosa OGENJ.

Po tem se ljudje niso več odrekli možnosti uporabe ognja v boju proti ostremu vremenu in plenilskim živalim, za kuhanje težko prislužene hrane. Koliko spretnosti, vztrajnosti, izkušenj in samo sreče je zahtevalo! Predstavljajte si človeka, obkroženega z nedotaknjeno naravo – brez zgradb, ki bi ga varovale, brez poznavanja vsaj osnovnih fizikalnih zakonov, z besediščem, ki ne presega več deset. (Mimogrede, koliko nas, tudi tistih s solidno znanstveno izobrazbo, bi lahko prižgalo ogenj, ne da bi se zatekli k kakršnim koli tehničnim sredstvom – vsaj vžigalicam?) Človek je šel do tega odkritja zelo dolgo in se je počasi širilo, vendar je zaznamovalo ena najpomembnejših prelomnic v zgodovini civilizacije.

Čas je minil. Ljudje so se naučili sprejemati toploto, stari pa niso imeli moči, razen lastnih mišic, ki bi jim pomagale podrediti naravo. In vendar so postopoma, malo po malo, začeli uporabljati moč ukročenih živali, vetra in vode. Po mnenju zgodovinarjev so bile prve vlečne živali vprežene v plug pred približno 5000 leti. Omemba prve uporabe vodne energije - zagon prvega mlina s kolesom, ki ga poganja vodni tok - sega na začetek naše kronologije. Vendar pa je minilo še tisoč let, preden je ta izum postal razširjen. In najstarejše znane vetrnice v Evropi so bile zgrajene v XI stoletju.

Stoletja je uporaba novih virov energije – hišnih ljubljenčkov, vetra in vode – ostala zelo nizka. Glavni vir energije, s pomočjo katerega je človek gradil stanovanja, obdeloval njive, "potoval", se branil in napadal, je bila moč lastnih rok in nog. In tako je potekalo približno do sredine našega tisočletja. Res je, že leta 1470 je bila spuščena prva velika ladja s štirimi jambori; okoli leta 1500 je genij Leonardo da Vinci predlagal ne le zelo iznajdljiv model statve, ampak tudi projekt za izdelavo letečega stroja. Ima tudi številne druge, za tisti čas, preprosto fantastične ideje in zasnove, katerih izvedba naj bi prispevala k širjenju znanja in produktivnih sil. Toda prava prelomnica v tehnični misli človeštva se je zgodila relativno nedavno, pred nekaj več kot tremi stoletji.

Eden prvih velikanov na poti človeškega znanstvenega napredka je bil nedvomno Isaac Newton. Ta izjemni angleški naravoslovec je vse svoje dolgo življenje in izjemen talent posvetil pajku: fiziki, astronomiji in matematiku. Oblikoval je osnovne zakone klasične mehanike, razvil torus gravitacije, postavil temelje hidrodinamike in akustike, veliko prispeval k razvoju optike in skupaj z Leib itzmom ustvaril načela teorijo neskončno majhna in teorija simetričnih funkcij. Fizika 18. in 19. stoletja se upravičeno imenuje newtonska. Zapisi Isaaca Newtona so na več načinov pomagali pomnožiti moč človeških mišic in ustvarjalnost v zmožnostih človeških možganov.

Prednosti hidroelektrarn so očitne - rezerva energije, ki jo narava nenehno obnavlja, enostavnost delovanja in odsotnost onesnaževanja okolja. Izkušnje pri izdelavi in ​​delovanju vodnih koles bi lahko bile hidroelektrarni v veliko pomoč. Vendar se je izkazalo, da je gradnja jezu za veliko hidroelektrarno veliko težja naloga kot gradnja majhnega jezu za vrtenje mlinskega kolesa. Za pretvorbo močnih hidroturbin v vrtenje je treba za jezom nabrati ogromno vode. Za izgradnjo jezu je potrebno zložiti toliko materialov, da se zdi, da je prostornina velikanskih egiptovskih piramid v primerjavi z njim nepomembna.

Zato je bilo na začetku 20. stoletja zgrajenih le nekaj hidroelektrarn. V bližini Pjatigorska, na Severnem Kavkazu na gorski reki Podkumok, je uspešno delovala precej velika elektrarna s pomenljivim imenom "Beli premog". To je bil šele začetek.

GOELRO je že v zgodovinskem načrtu predvidel gradnjo velikih hidroelektrarn. Leta 1926 je bila zagnana hidroelektrarna Volkhovskaya, v naslednjem - začela se je gradnja znamenitega Dnepra. Daljnovidna energetska politika, ki se vodi v naši državi, je privedla do tega, da imamo, kot nobena druga država na svetu, razvit sistem močnih hidroelektrarn. Nobena država se ne more pohvaliti s takšnimi energetskimi velikani, kot so HE Volga, Krasnojarsk in Bratsk, Sayano-Shushenskaya. Te postaje, ki dobesedno dajejo oceane energije, so postale središča, okoli katerih so se razvili močni industrijski kompleksi.

Toda zaenkrat le majhen del zemeljskega hidroenergetskega potenciala služi ljudem. Vsako leto ogromni tokovi vode zaradi dežja in taljenja snega stečejo v morja neizkoriščeni. Če bi jih bilo mogoče ustaviti s pomočjo jezov, bi človeštvo prejelo dodatno ogromno energije.

Geotermalna energija

Zemlja, ta mali zeleni planet, je naš skupni dom, iz katerega še ne moremo in nočemo zapustiti. V primerjavi z nešteto drugih planetov je Zemlja res majhna: večina je prekrita s prijetnim in poživljajočim zelenjem. Toda ta lep in miren planet včasih razjezi in potem se je z njim slabo šaliti - sposoben je uničiti vse, kar nam je milostno dajal od nekdaj. Nevarni tornadi in tajfuni zahtevajo na tisoče življenj, neuklonljive vode rek in morij uničijo vse na svoji poti, gozdni požari v nekaj urah uničijo ogromna ozemlja, zgradbe in pridelke.

A vse to je malo v primerjavi z izbruhom prebujenega vulkana. Na Zemlji skoraj ne morete najti drugih primerov spontanega sproščanja naravne energije, ki bi se po moči lahko kosala z nekaterimi vulkani.

Ljudje že dolgo vedo za spontane manifestacije velikanske energije, ki se skriva v črevesju zemeljske oble. Spomin človeštva hrani legende o katastrofalnih vulkanskih izbruhih, ki so zahtevali milijone človeških življenj, neprepoznavno spremenili videz mnogih krajev na Zemlji. Moč izbruha celo relativno majhnega vulkana je ogromna, večkrat je višja od moči največjih elektrarn, ki so jih ustvarile človeške roke. Res je, o neposredni uporabi energije vulkanskih izbruhov ni treba govoriti - ljudje zaenkrat nimajo možnosti, da bi zajezili ta uporniški element, in na srečo so izbruhi precej redki dogodki. Toda to so manifestacije energije, ki se skriva v nedrih zemlje, ko le majhen del te neizčrpne energije najde izhod skozi ognjene odprtine vulkanov.

Energija Zemlje – Geotermalna energija temelji na izrabi naravne toplote Zemlje. Zgornji del zemeljske skorje ima toplotni gradient 20–30 ° C na 1 km globine in po Whiteu (1965) količino toplote v zemeljski skorji do globine 10 km (brez površine temperatura), enaka približno 12,6-10 ^ 26 J. Ti viri so enakovredni vsebnosti toplote 4,6 10 16 ton premoga (ob predpostavki, da je povprečna toplota zgorevanja premoga enaka 27,6-10 9 J / t), kar je več kot 70 tisoč krat večja toplotna vsebnost vseh tehnično in ekonomsko obnovljivih svetovnih virov premoga. Vendar je geotermalna toplota v zgornjem delu zemeljske skorje (do globine 10 km) preveč razpršena, da bi na njeni podlagi reševali svetovne energetske probleme. Viri, primerni za industrijsko uporabo, so posamezna nahajališča geotermalne energije, koncentrirana na globini, ki je na voljo za razvoj, z določenimi količinami in temperaturami, ki zadostujejo za proizvodnjo električne ali toplotne energije.

Z geološkega vidika lahko geotermalne vire energije razdelimo na hidrotermalne konvektivne sisteme, vroče suhe sisteme vulkanskega izvora in sisteme z visokim toplotnim tokom.

Hidrotermalni sistemi

Kategorija hidrotermalnih konvektivnih sistemov vključuje podzemne bazene s paro ali vročo vodo, ki pridejo na površje zemlje in tvorijo gejzirje, žveplova blatna jezera in fumarole. Nastanek takšnih sistemov je povezan s prisotnostjo vira toplote vroče ali staljene kamnine, ki se nahaja relativno blizu zemeljske površine. Nad tem območjem visokotemperaturnih kamnin je prepustna kamnina tvorba, ki vsebuje vodo, ki se dviga navzgor kot posledica vroče spodnje kamnine. Prepustna kamnina pa je na vrhu prekrita z neprepustno kamnino, ki tvori "past" za pregreto vodo. Vendar pa prisotnost razpok ali por v tej kamnini omogoča dvig vroče vode ali mešanice pare in vode na površino zemlje. Hidrotermalni konvektivni sistemi se običajno nahajajo vzdolž meja tektonskih plošč zemeljske skorje, za katere je značilna vulkanska aktivnost.

Načeloma se za proizvodnjo električne energije v poljih tople vode uporablja metoda, ki temelji na uporabi pare, ki nastane z izhlapevanjem vroče tekočine na površini. Ta metoda uporablja pojav, da ko se vroča voda (pri visokem tlaku) približa površini od bazena do površine, tlak pade in približno 20 % tekočine zavre in se spremeni v paro. Ta para se s pomočjo separatorja loči od vode in pošlje v turbino. Vodo, ki zapusti separator, je mogoče nadalje obdelati, odvisno od njene mineralne sestave. To vodo je mogoče takoj črpati nazaj v kamnine ali, če je to ekonomsko izvedljivo, s predhodnim črpanjem mineralov iz nje. Primeri geotermalnih polj vroče vode so Wairakei in Broadlands na Novi Zelandiji, Cerro Prieto v Mehiki, Salton Sea v Kaliforniji, Otake na Japonskem.

Druga metoda pridobivanja električne energije iz geotermalnih vod visoke ali srednje temperature je uporaba postopka z uporabo dvokrožnega (binarnega) cikla. Pri tem postopku se voda, pridobljena iz bazena, uporablja za segrevanje sekundarne hladilne tekočine (freon ali izobutan), ki ima nizko vrelišče. Para, ki nastane pri vrenju te tekočine, se uporablja za pogon turbine. Izpušna para se kondenzira in ponovno preide skozi toplotni izmenjevalnik ter tako ustvari zaprt cikel. Naprave, ki uporabljajo freon kot sekundarno hladilno tekočino, so trenutno pripravljene za industrijski razvoj v temperaturnem območju 75–150 ° C in z enoto električne moči v območju 10–100 kW. Takšne inštalacije se lahko uporabljajo za proizvodnjo električne energije na primernih lokacijah, zlasti na oddaljenih podeželskih območjih.

Vroči sistemi vulkanskega izvora

Druga vrsta geotermalnih virov (vroči sistemi vulkanskega izvora) vključuje magmo in neprepustne vroče suhe kamnine (območja strjenih kamnin okoli magme in prekritih kamnin). Pridobivanje geotermalne energije neposredno iz magme še ni tehnično izvedljivo. Tehnologija, potrebna za izkoriščanje energije vročih suhih kamnin, se šele začenja razvijati. Predhodni tehnični razvoj metod za uporabo teh energetskih virov predvideva napravo zaprte zanke s tekočino, ki kroži skozi njo in prehaja skozi vročo kamnino ( riž. 5). Najprej se izvrta vrtina, da se doseže vroča skala; nato se skozi njo v kamnino pod visokim pritiskom črpa mrzla voda, kar vodi do nastanka razpok v njej. Nato se izvrta druga vrtina skozi tako oblikovano območje razpok. Na koncu se hladna voda s površine črpa v prvo vrtino. Ko gre skozi vročo kamnino, se segreje II se pridobiva skozi drugo vrtino v obliki pare ali vroče vode, ki se nato lahko uporabi za proizvodnjo električne energije z eno od prej obravnavanih metod.

Sistemi z visokim toplotnim tokom

Geotermalni sistemi tretje vrste obstajajo na območjih, kjer se nahaja globok sedimentni bazen v območju z visokimi vrednostmi toplotnega toka. Na območjih, kot sta pariška ali madžarska kotlina, lahko temperatura vode, ki prihaja iz vodnjakov, doseže 100 °C.

Posebno kategorijo tovrstnih nahajališč najdemo na območjih, kjer je normalen toplotni tok skozi tla ujet z izolacijskimi neprepustnimi plastmi gline, ki nastanejo v hitro popuščajočih se geosinklinalnih conah ali na območjih pogrezanja zemeljske skorje. Temperatura vode, ki prihaja iz geotermalnih nahajališč v geotlačnih območjih, lahko doseže 150–180 ° C, tlak na vrtini pa 28–56 MPa. Dnevna produktivnost na vrtino je lahko več milijonov kubičnih metrov tekočine. Geotermalni bazeni v območjih z visokim geotlačnim tlakom so bili najdeni na številnih območjih med raziskovanjem nafte in plina, na primer v Ameriki, na Daljnem in Bližnjem vzhodu, v Afriki in Evropi. Možnost uporabe tovrstnih nahajališč za energetske namene še ni dokazana.

Energija svetovnega oceana

Močno zvišanje cen goriva, težave pri pridobivanju, poročila o izčrpanju virov goriva - vsi ti vidni znaki energetske krize so v zadnjih letih v mnogih državah povzročili veliko zanimanje za nove vire energije, vključno z energijo Svetovnega oceana.

Toplotna energija oceana

Znano je, da so zaloge energije v Svetovnem oceanu ogromne, saj dve tretjini zemeljske površine (361 milijonov km 2) zavzemajo morja in oceani - vodno območje Tihega oceana je 180 milijonov km 2 . Atlantik - 93 milijonov km 2, Indija - 75 milijonov km 2. Tako ima toplotna (notranja) energija, ki ustreza pregrevanju površinskih voda oceana v primerjavi s spodnjimi vodami, recimo za 20 stopinj, vrednost približno 10 26 J. Ocenjuje se, da je kinetična energija oceanskih tokov reda 10 18 J. Vendar so ljudje doslej sposobni porabiti le nepomembne dele te energije, pa še to za ceno velikih in počasi odplačevanje kapitalskih naložb, tako da se je takšna energija še zdela neobetavna.

Zadnje desetletje so zaznamovali določeni uspehi pri izrabi toplotne energije iz oceana. Tako sta nastali inštalaciji mini-OTES in OTES-1 (OTES sta začetni črki angleških besed Osean Тthermal Energy Conversion, to je pretvorba toplotne energije oceana - govorimo o pretvorbi v električno energijo). Avgusta 1979 je v bližini Havajskih otokov začela delovati mini termoelektrarna OTES. Poskusno delovanje naprave za tri mesece in pol je pokazalo njeno zadostno zanesljivost. Pri neprekinjenem 24-urnem delovanju ni bilo motenj, razen manjših tehničnih težav, ki se običajno pojavijo pri testiranju nove inštalacije. Njegova skupna moč je v povprečju znašala 48,7 kW, največ -53 kW; Inštalacija je v zunanje omrežje dala 12 kW (največ 15) za nosilnost, natančneje za polnjenje baterij. Preostanek proizvedene energije je bil porabljen za lastne potrebe elektrarne. Sem spadajo stroški energije za delovanje treh črpalk, izgube v dveh toplotnih izmenjevalnikih, turbini in generatorju električne energije.

Iz naslednjega izračuna so bile potrebne tri črpalke: ena za dovajanje toplih pogledov iz oceana, druga za črpanje hladne vode z globine približno 700 m in tretja za črpanje sekundarne delovne tekočine znotraj samega sistema, to je iz kondenzatorja do uparjalnika. Amoniak se uporablja kot sekundarna delovna tekočina.

Enota mini-OTES je nameščena na barki. Pod njenim dnom je dolg cevovod za dovod hladne vode. Cevovod je 700 m dolga polietilenska cev z notranjim premerom 50 cm Cev je pritrjen na dno posode s posebno ključavnico, ki omogoča hiter odklop v primeru potrebe. Polietilenska cev se hkrati uporablja za sidranje sistema cev-ladja. Izvirnost takšne rešitve je nedvomna, saj je sidranje za zmogljivejše sisteme OTEC, ki se trenutno razvijajo, zelo resen problem.

Prvič v zgodovini tehnologije je enoti mini-OTES uspelo prenesti uporabno moč na zunanjo obremenitev, hkrati pa kriti lastne potrebe. Izkušnje, pridobljene pri delovanju mini-OTES, so omogočile hitro izgradnjo močnejše termoelektrarne OTES-1 in začetek projektiranja še močnejših tovrstnih sistemov.

Nove postaje OTES z zmogljivostjo več deset in sto megavat projekt poteka brez plovila. To je ena velika cev, v zgornjem delu katere je krožna strojnica, kjer se nahajajo vse potrebne naprave za pretvorbo energije ( riž. 6). Zgornji konec cevovoda xo ene vode se bo nahajal v oceanu na globini 25–0 m. Okoli cevi se načrtuje turbinska dvorana na globini okoli 100 m. Tam bodo nameščene turbinske enote, ki delujejo na hlape amoniaka, kot tudi vsa ostala oprema. Assa vseh konstrukcij presega 300 tisoč ton Pošastna cev, ki sega skoraj kilometer v mrzlo globino oceana, v njenem zgornjem delu pa je nekaj podobnega majhnemu otoku. In nobeno plovilo, razen seveda navadnih plovil, potrebnih za servisiranje komunikacijskih sistemov z obalo.

Energija oseke in oseke.

Ljudje so stoletja razmišljali o vzrokih za oseke in oseke morja. Danes zagotovo vemo, da močan naravni pojav - ritmično gibanje morskih voda povzroča privlačne sile Lune in Sonca. Ker je Sonce 400-krat dlje od Zemlje, veliko manjša masa Lune deluje na Zemljino ognjišče dvakrat toliko kot masa Sonca. Zato ima plima, ki jo povzroča luna (lunarna plima), odločilno vlogo. V morju se plima izmenjuje s plimovanjem teoretično po 6 urah 12 minutah 30 sekundah. Če so Luna, Sonce in Zemlja na isti ravni črti (t. i. sizigija), Sonce s svojo privlačnostjo okrepi vpliv Lune in nato nastopi močna plima (sizigija oz. voda). Ko je Sonce pravokotno na segment Zemlja-Luna (kvadratura), se pojavi šibka plima (kvadratura ali nizka voda). Močni in šibki vročinski valovi se izmenjujejo po sedmih dneh.

Vendar je resnični potek oseke in oseke zelo zapleten. Nanj vplivajo posebnosti gibanja nebesnih teles, narava obale, globina vode, morski tokovi in ​​veter.

Najvišji in najmočnejši plimski valovi se pojavljajo v plitvih in ozkih zalivih ali estuarijih rek, ki se izlivajo v morja in oceane. Plimni val Indijskega oceana se vali proti toku Gangesa na razdalji 250 km od njegovega ustja. Plimni val Atlantskega oceana potuje 900 km navzgor po Amazonki. V zaprtih morjih, na primer v Črnem ali Sredozemskem morju, se pojavijo majhni plimski valovi z višino 50-70 cm.

Največja možna moč v enem ciklu plime - oseka, to je od ene plime do druge, je izražena z enačbo

kje R – gostota vode, g- gravitacijski pospešek, S- območje plimskega bazena, R- razlika v ravneh ob plimi.

Kot je razvidno iz formule, je za uporabo energije plimovanja najprimernejša mesta na morski obali, kjer imajo plimovanje veliko amplitudo, kontura in relief obale pa omogočata ureditev velikih zaprtih "bazeni".

Zmogljivost elektrarn bi lahko bila ponekod 2–20 MW.

Ker je energija sončnega sevanja razporejena po velikem območju (z drugimi besedami, ima zelo veliko gostoto), mora vsaka naprava za neposredno uporabo sončne energije imeti zbirno napravo (kolektor) z zadostno površino.

Najenostavnejša naprava te vrste je ribiški čoln; Načeloma gre za črno ploščo, dobro izolirano od spodaj, prekrita z jeklom ali plastiko, ki omogoča prehod svetlobe, ne pospešuje pa infrardečega toplotnega sevanja. V prostor med kovino in steklom so najpogosteje nameščene črne cevi, po katerih teče voda, olje, živo srebro, zrak, žveplov anhidrid itd. P. Prodor sončnega sevanja čez steklo ali plastiko v zbiralnik, absorbira črne cevi in ​​ploščo ter segreje delovno njo v cevi. Toplotno sevanje ne more uhajati iz kolektorja, zato je temperatura v njem veliko višja (200–500 ° C) od temperature zunanjega zraka. To je tako imenovani učinek tople grede. Navadni vrtni parki so pravzaprav preproste zbirke sončnega sevanja. Toda dlje kot so tropi, manj eff To ni vodoravni razdelilnik in pretežko in drago ga je vrteti za S lnetovi. Zato so takšni kolektorji običajno nameščeni pod določenim optimalnim kotom proti jugu.

Bolj zapleten in dražji kolektor je konkavno zrcalo, ki koncentrira vpadno sevanje v majhnem volumnu okoli določene geometrijske točke – žarišča. Odsevna površina ogledala je bodisi metalizirana plastika ali številna majhna ravna ogledala, pritrjena na veliko parabolično podlago. Zahvaljujoč posebnim mehanizmom so kolektorji te vrste nenehno obrnjeni proti Soncu - to omogoča zbiranje največje možne količine sončnega sevanja. Temperatura v delovnem prostoru zrcalnih kolektorjev doseže 3000 ° C in več.

Sončna energija je ena izmed najbolj materialno intenzivnih vrst proizvodnje energije. Obsežna uporaba sončne energije pomeni ogromno povečanje potreb po materialih in posledično delovnih virih za pridobivanje surovin, njihovo obogatitev, proizvodnjo materialov, izdelavo heliostatov, kolektorjev in druge opreme ter njihov prevoz. Izračuni kažejo, da bo za proizvodnjo 1 MW * leto električne energije iz sončne energije potrebnih od 10.000 do 40.000 delovnih ur. Pri tradicionalni energiji na fosilna goriva je ta številka 200-500 delovnih ur.

Zaenkrat je električna energija, ki jo proizvajajo sončni žarki, veliko dražja od tiste, pridobljene s tradicionalnimi metodami. Znanstveniki upajo, da bodo poskusi, ki jih bodo izvajali na eksperimentalnih napravah in postajah, pomagali rešiti ne le tehnične, ampak tudi ekonomske probleme. Toda kljub temu se gradijo postaje za pretvorbo sončne energije in delujejo.

Od leta 1988 na polotoku Kerch deluje krimska sončna elektrarna. Zdi se, da je zdrava pamet sama določila njegovo mesto. Če obstaja prostor za gradnjo takšnih postaj, bo to najprej v regiji letovišč, sanatorijev, počitniških domov, turističnih poti; v deželi, kjer rabiš veliko energije, še pomembneje pa je ohranjati čisto okolje, katerega dobro počutje, predvsem pa čistost zraka, je za človeka zdravilna.

Krimska SPP je majhna - zmogljivost je le 5 MW. V nekem smislu je preizkušnja moči. Čeprav se zdi, kaj je še treba poskusiti, ko so znane izkušnje z gradnjo sončnih elektrarn v drugih državah.

Na otoku Sicilija je v zgodnjih 80. letih 1 MW sončna elektrarna dajala elektriko. Načelo njegovega delovanja je tudi stolpno. Ogledala usmerjajo sončne žarke na sprejemnik, ki se nahaja na višini 50 metrov. Tam nastaja para s temperaturo več kot 600 °C, ki poganja tradicionalno turbino s priključenim generatorjem energije. Nesporno je dokazano, da lahko po tem principu delujejo elektrarne z močjo 10–20 MW, pa tudi veliko več, če so podobni moduli združeni tako, da jih med seboj povežemo.

Nekoliko drugačna vrsta elektrarne v Alqueriji na jugu Španije. Njegova razlika je v tem, da sončna toplota, osredotočena na vrh stolpa, sproži natrijev cikel, ki segreje vodo, da tvori paro. Ta možnost ima številne prednosti. Natrijev toplotni akumulator ne zagotavlja le neprekinjenega delovanja elektrarne, temveč omogoča delno shranjevanje presežne energije za delovanje v oblačnem vremenu in ponoči. Zmogljivost španske postaje je le 0,5 MW. Toda po njegovem principu je mogoče ustvariti veliko večje - do 300 MW. Pri tovrstnih napravah je koncentracija sončne energije tako visoka, da učinkovitost parnoturbinskega procesa tukaj ni nič slabša kot v tradicionalnih termoelektrarnah.

Po mnenju strokovnjakov je najbolj privlačna ideja za pretvorbo sončne energije uporaba fotoelektričnega učinka v polprevodnikih.

Toda na primer elektrarna na sončni pogon blizu ekvatorja z dnevno močjo 500 MW 10 % bi zahtevalo učinkovito površino približno 500.000 m 2. Jasno je, da lahko tako ogromna količina sončnih polprevodniških celic. izplačajo šele, ko je njihova proizvodnja res poceni. Učinkovitost sončnih elektrarn v drugih območjih Zemlje bi bila nizka zaradi nestabilnih atmosferskih razmer, razmeroma šibke intenzivnosti sončnega sevanja, ki ga atmosfera pri nas močneje absorbira tudi ob sončnih dneh, pa tudi zaradi nihanj zaradi menjava dneva in noči.

Kljub temu sončne fotovoltaične celice že danes najdejo svojo specifično uporabo. Izkazali so se za praktično nenadomestljive vire električnega toka v raketah, satelitih in avtomatskih medplanetarnih postajah ter na Zemlji - predvsem za napajanje telefonskih omrežij v neelektrificiranih regijah ali za majhne porabnike električne energije (radijska oprema, električni brivniki in vžigalniki itd.). ) ... Polprevodniške sončne celice so bile prvič nameščene na tretjem sovjetskem umetnem satelitu Zemlje (izstreljen v orbito 15. maja 1958).

Delo poteka, ocene so v teku. Zaenkrat resda niso naklonjeni sončnim elektrarnam: danes so te konstrukcije še vedno med najkompleksnejšimi in najdražjimi tehničnimi metodami izrabe sončne energije. Potrebujemo nove možnosti, nove ideje. Ne manjka jih. Izvedba je slabša.

Atomska energija.

Pri preučevanju razpada atomskih jeder se je izkazalo, da vsako jedro tehta manj kot vsota mas njegovih protonov in nevtronov. To je posledica dejstva, da se pri združitvi protonov in nevtronov v jedro sprosti veliko energije. Zmanjšanje mase jeder na 1 g je enako količini toplotne energije, ki bi jo pridobili z zgorevanjem 300 vagonov premoga. Zato ni presenetljivo, da so raziskovalci po svojih najboljših močeh našli ključ, ki bi "odprl" atomsko jedro in sprostil v njem skrito ogromno energijo.

Sprva se je ta naloga zdela nepremostljiva. Ni bilo naključje, da so znanstveniki izbrali nevtron kot orodje. Ta delec je električno nevtralen in ni podvržen električnim odbojnim silam. Zato lahko nevtron zlahka prodre v atomsko jedro. Jedra posameznih elementov so bombardirali z nevtroni. Ko je prišel na vrsto uran, je bilo ugotovljeno, da se ta težki element obnaša drugače od ostalih. Mimogrede, treba je spomniti, da naravni uran vsebuje tri izotope: uran-238 (238 U), uran-235 (235 U) in uran-234 (234 U), številka pa pomeni masno število.

Izkazalo se je, da je atomsko jedro urana-235 veliko manj stabilno kot jedra drugih elementov in izotopov. Pod delovanjem enega nevtrona pride do cepitve (cepitve) urana, njegovo jedro se razpade na dva približno enaka fragmenta, na primer v jedra kriptona in barija. Ti drobci so razpršeni z veliko hitrostjo v različnih smereh.

Toda glavna stvar v tem procesu je, da se med razpadom enega uranovega jedra pojavita dva ali trije novi prosti nevtroni. Razlog je v tem, da težko jedro urana vsebuje več nevtronov, kot je potrebno za tvorbo dveh manjših atomskih jeder. Preveč je "gradbenega materiala" in atomsko jedro se ga mora znebiti.

Vsak od novih nevtronov lahko naredi to, kar je storil prvi, ko je razdelil eno jedro. Pravzaprav dobičkonosen izračun: namesto enega nevtrona dobimo dva ali tri z enako sposobnostjo, da razdelijo naslednja dva ali tri jedra urana-235. In tako se nadaljuje: pojavi se verižna reakcija, in če je ni nadzorovana, pridobi lavinski značaj in se konča z močno eksplozijo - eksplozijo atomske bombe. Ko so se naučili uravnavati ta proces, so lahko ljudje praktično nenehno prejemali energijo iz atomskih jeder urana. Ta proces je nadzorovan v jedrskih reaktorjih.

Jedrski reaktor je naprava, v kateri poteka nadzorovana verižna reakcija. V tem primeru razpad atomskih jeder služi kot nadzorovan vir toplote in nevtronov.

Prvi projekt jedrskega reaktorja je leta 1939 razvil francoski znanstvenik Frederic Joliot-Curie. Toda kmalu so Francijo zasedli nacisti in projekt ni bil izveden.

Verižna reakcija cepitve urana je bila prvič izvedena leta 1942 v ZDA, v reaktorju, ki ga je skupina raziskovalcev pod vodstvom italijanskega znanstvenika Enrica Fermija zgradila v prostorih stadiona Univerze v Chicagu. Ta reaktor je imel dimenzije 6x6x6,7 m in moč 20 kW; deloval je brez zunanjega hlajenja.

Prvi jedrski reaktor v ZSSR (in v Evropi) je bil zgrajen pod vodstvom akad. I. V. Kurchatova in izstreljena leta 1946.

Atomska energija se danes razvija z izjemno hitrostjo. Za trideset let se je skupna zmogljivost jedrskih elektrarn povečala s 5 tisoč na 23 milijonov kilovatov! Nekateri znanstveniki trdijo, da bodo do 21. stoletja približno polovico vse električne energije na svetu proizvedle jedrske elektrarne.

Načeloma je jedrski reaktor zasnovan precej preprosto - v njem se voda, tako kot v običajnem kotlu, spremeni v paro. Za to uporabite energijo, ki se sprosti med verižno reakcijo razpada atomov urana ali drugega jedrskega goriva. V jedrski elektrarni ni ogromnega parnega kotla, sestavljenega iz tisoče kilometrov jeklenih cevi, po katerih voda kroži pod ogromnim pritiskom in se spreminja v paro. Ta kolos je zamenjal relativno majhen jedrski reaktor.

Toplotni jedrski reaktorji se med seboj razlikujejo predvsem v dveh smereh: katere snovi se uporabljajo kot moderator nevtronov in katere kot hladilno sredstvo, s pomočjo katerega se odvaja toplota iz jedra reaktorja. Najbolj razširjeni so trenutno vodni reaktorji pod tlakom, v katerih navadna voda služi kot moderator nevtronov in hladilno sredstvo, uran-grafitni reaktorji (moderator - grafit, hladilno sredstvo - navadna voda), plinsko-grafitni reaktorji (moderator - grafit, hladilno sredstvo - plin , pogosto ogljikov dioksid), težki vodni reaktorji (moderator - težka voda, hladilno sredstvo - težka ali navadna voda).

št riž. 9 predstavljen je shematski diagram reaktorja z vodo pod tlakom. Jedro reaktorja je posoda z debelimi stenami, ki vsebuje vodo in potopljene sklope gorivnih elementov (gorivne palice). Toploto, ki jo ustvarijo gorivne palice, prevzame voda, katere temperatura se znatno dvigne.

Oblikovalci so moč takšnih reaktorjev pripeljali na milijon kilovatov. Mogočne enote za proizvodnjo električne energije so nameščene v jedrskih elektrarnah Zaporizhzhya, Balakovskaya in drugih. Kmalu bodo reaktorji te zasnove očitno dohiteli moč in rekorderja - milijon in pol iz NEK Ignalina.

Toda vseeno bo prihodnost jedrske energije očitno ostala pri tretji vrsti reaktorjev, katerih načelo delovanja in zasnovo so predlagali znanstveniki - reaktorji s hitrimi nevtroni. Imenujejo jih tudi reaktorji za razmnoževanje. Običajni reaktorji uporabljajo počasne nevtrone, ki povzročajo verižno reakcijo v precej redkem izotopu, uranu-235, ki ga je v naravnem uranu le približno en odstotek. Zato je treba zgraditi ogromne tovarne, ki dobesedno presejajo atome urana in med njimi izberejo atome samo ene vrste urana-235. Preostalega urana ni mogoče uporabiti v običajnih reaktorjih. Postavlja se vprašanje: ali bo ta redki izotop urana dovolj za kakršen koli čas ali se bo človeštvo spet soočilo s problemom pomanjkanja energetskih virov?

Pred več kot tridesetimi leti se je ta problem zastavljal laboratorijskim delavcem Fizikoenergetskega inštituta. To je bilo rešeno. Vodja laboratorija Alexander Ilyich Leipunsky je predlagal zasnovo reaktorja s hitrimi nevtroni. Prva taka instalacija je bila zgrajena leta 1955. Prednosti hitrih reaktorjev so očitne. Vse zaloge naravnega urana in torija je v njih mogoče uporabiti za pridobivanje energije in so ogromne – samo v Svetovnem oceanu je raztopljenih več kot štiri milijarde ton urana.

Ni dvoma, da je jedrska energija zavzela trdno mesto v energetski bilanci človeštva. Zagotovo se bo razvijala v prihodnosti, ne da bi zavračala dobavo energije, ki jo ljudje tako potrebujejo. Potrebni pa bodo dodatni ukrepi za zagotovitev zanesljivosti jedrskih elektrarn, njihovega brezhibnega delovanja, znanstveniki in inženirji pa bodo lahko našli potrebne rešitve.

Energija vodika

Številni strokovnjaki izražajo zaskrbljenost zaradi vedno večjega trenda nenehne elektrifikacije gospodarstva in gospodarstva: v termoelektrarnah se kurijo vse več kemičnih goriv, ​​na stotine novih jedrskih elektrarn pa tudi nastajajoče sončne, vetrne in geotermalne elektrarne. elektrarne, bodo v vedno širšem obsegu (in navsezadnje izključno) delale za proizvodnjo električne energije. Zato so znanstveniki zaposleni z iskanjem bistveno novih energetskih sistemov.

Učinkovitost d. termoelektrarne so razmeroma nizke, čeprav se projektanti zelo trudijo, da bi jo dvignili. V sodobnih elektrarnah na fosilna goriva je približno 40%, v jedrskih elektrarnah pa 33%. V tem primeru se velik del energije izgubi z odpadno toploto (na primer skupaj s toplo vodo, ki se odvaja iz hladilnih sistemov), kar vodi v tako imenovano toplotno onesnaževanje okolja. Iz tega sledi, da je treba termoelektrarne graditi na tistih mestih, kjer je dovolj hladilne vode, ali na območjih, odprtih za veter, kjer hlajenje zraka ne bo negativno vplivalo na mikroklimo. K temu so dodana še varnostna in higienska vprašanja. Zato bi morale biti prihodnje velike jedrske elektrarne čim dlje od gosto poseljenih območij. Toda s tem se njeni porabniki odstranijo viri električne energije, kar močno oteži problem prenosa električne energije.

Prenos električne energije po žici je zelo drag: predstavlja približno tretjino stroškov energije za potrošnika. Za znižanje stroškov se gradijo daljnovodi vedno višje napetosti - kmalu bo dosegla 1500 kV. Toda nadzemni visokonapetostni vodi zahtevajo odtujitev velikega kopenskega območja, poleg tega pa so občutljivi na zelo močne vetrove in druge meteorološke dejavnike. Podzemni kabelski vodi stanejo od 10 do 20-krat več in se polagajo le v izjemnih primerih (na primer, ko je to posledica arhitekturne ali zanesljivosti).

Najresnejši problem je akumulacija in shranjevanje električne energije, saj elektrarne delujejo najbolj ekonomično pri konstantni moči in polni obremenitvi. Medtem se povpraševanje po električni energiji spreminja čez dan, teden in leto, zato je treba temu prilagajati zmogljivosti elektrarn. Črpalne elektrarne trenutno ponujajo edino priložnost za shranjevanje velikih količin električne energije za prihodnjo uporabo, vendar pa so povezane s številnimi težavami.

Vse te probleme, s katerimi se sooča sodobna energetika, bi lahko - po mnenju mnogih strokovnjakov - rešili z uporabo vodika kot goriva in ustvarjanjem tako imenovane vodikove energetske ekonomije.

Vodik, najpreprostejši in najlažji od vseh kemičnih elementov, se lahko šteje za idealno gorivo. Tam je povsod, kjer je voda. Pri zgorevanju vodika nastane voda, ki se lahko ponovno razgradi na vodik in kisik in ta proces ne povzroča onesnaževanja okolja. Vodikov plamen v ozračje ne oddaja produktov, ki neizogibno spremljajo zgorevanje katerega koli drugega goriva: ogljikov dioksid, ogljikov monoksid, žveplov dioksid, ogljikovodiki, pepel, organski peroksidi itd. Vodik ima zelo visoko kalorično vrednost: ko 1 g zgoreva vodik, 120 J toplotne energije, pri gorenju 1 g bencina - le 47 J.

Vodik se lahko prenaša in distribuira po cevovodih, kot je zemeljski plin. Cevovodni transport goriva je najcenejši način prenosa energije na dolge razdalje. Poleg tega so cevovodi položeni pod zemljo, kar ne moti pokrajine. Plinovodi zavzemajo manj površine kot nadzemni električni vodi. Prenos energije v obliki vodikovega plina po cevovodu dolžine 750 mm na razdaljo več kot 80 km bo cenejši kot prenos enake količine energije v obliki izmeničnega toka po podzemnem kablu. Na razdaljah, večjih od 450 km, je cevovodni transport vodika cenejši od uporabe zračnega enosmernega daljnovoda z napetostjo 40 kV, na razdalji več kot 900 km pa je cenejši od nadzemnega daljnovoda z izmeničnim tokom. napetost 500 kV.

Vodik je sintetično gorivo. Dobimo ga lahko iz premoga, nafte, zemeljskega plina ali z razgradnjo vode. Ocenjujejo, da se danes v svetu proizvede in porabi približno 20 milijonov ton vodika na leto. Polovica tega zneska se porabi za proizvodnjo amoniaka in gnojil, preostanek pa za odstranjevanje žvepla iz plinastih goriv, ​​v metalurgiji, za hidrogeniranje premoga in drugih goriv. V sodobnem gospodarstvu vodik ostaja kemikalija in ne energetska surovina.

Sodobne in obetavne metode pridobivanja vodika

Zdaj se vodik proizvaja v glavnem (približno 80%) iz nafte. Toda to je za energetski sektor negospodaren proces, saj energija, pridobljena iz takšnega vodika, stane 3,5-krat več kot energija izgorevanja bencina. Poleg tega se stroški takšnega vodika nenehno povečujejo, ko cena nafte raste.

Majhna količina vodika nastane z elektrolizo. Proizvodnja vodika z elektrolizo vode je dražja od proizvodnje iz nafte, vendar se bo z razvojem jedrske energije razširila in cenejša. Postaje za elektrolizo vode se lahko nahajajo v bližini jedrskih elektrarn, kjer bo vsa energija, ki jo proizvede elektrarna, uporabljena za razgradnjo vode v vodik. Resda bo cena elektrolitskega vodika ostala višja od cene električnega toka, vendar so stroški transporta in distribucije vodika tako nizki, da bo končna cena za potrošnika v primerjavi s ceno električne energije povsem sprejemljiva.

Danes si raziskovalci intenzivno prizadevajo za znižanje stroškov tehnoloških procesov za obsežno proizvodnjo vodika zaradi učinkovitejše razgradnje vode, z uporabo visokotemperaturne elektrolize vodne pare, z uporabo katalizatorjev, polprepustnih membran itd.

Veliko pozornosti namenjamo termolitični metodi, ki (v prihodnosti) sestoji iz razgradnje vode na vodik in kisik pri temperaturi 2500 ° C. Toda inženirji še niso obvladali takšne temperaturne omejitve v velikih tehnoloških enotah, vključno s tistimi, ki delujejo na atomsko energijo (v visokotemperaturnih reaktorjih se še vedno zanašajo le na temperaturo okoli 1000 ° C). Zato si raziskovalci prizadevajo razviti procese, ki potekajo v več fazah, ki bi omogočili proizvodnjo vodika v temperaturnih območjih pod 1000 °C.

Leta 1969 je v italijanski podružnici "Euratoma" začela delovati enota za termolitično proizvodnjo vodika, ki je delovala z učinkovitostjo. 55% pri temperaturi 730 °C. V tem primeru so bili uporabljeni kalcijev bromid, voda in živo srebro. Voda v inštalaciji se razgradi na vodik in kisik, preostali reagenti pa krožijo v ponavljajočih se ciklih. Drugi - zasnovane instalacije so delovale - pri temperaturah 700-800 ° C. Verjame se, da bodo visokotemperaturni reaktorji izboljšali učinkovitost. takih procesov do 85 %. Danes ne moremo natančno napovedati, koliko bo vodik stal. Če pa upoštevamo, da se cene vseh sodobnih vrst energije gibljejo navzgor, lahko domnevamo, da bo na dolgi rok energija v obliki vodika cenejša kot v obliki zemeljskega plina in morda v oblika električnega toka.

Uporaba vodika

Ko bo vodik postal tako dostopno gorivo, kot je danes zemeljski plin, ga bo lahko nadomestil povsod. Vodik lahko kurimo v kuhinjskih štedilnikih, bojlerjih in kurilnih pečeh, opremljenih z gorilniki, ki se skoraj ali sploh ne bodo razlikovali od sodobnih gorilnikov, ki se uporabljajo za kurjenje zemeljskega plina.

Kot smo že povedali, pri zgorevanju vodika ne ostanejo škodljivi produkti izgorevanja. Zato ni potrebe po sistemih za odstranjevanje teh izdelkov za ogrevalne naprave, ki delujejo na vodik. Poleg tega se vodna para, ki nastane med zgorevanjem, lahko šteje za koristen izdelek - vlaži zrak (kot veste, v sodobnih stanovanjih s centralno ogrevanje, je zrak presuh). In odsotnost dimnikov ne le pomaga prihraniti stroške gradnje, ampak tudi poveča učinkovitost ogrevanja za 30%.

Vodik lahko služi tudi kot kemična surovina v številnih panogah, na primer pri proizvodnji gnojil in živilskih izdelkov, v metalurgiji in petrokemiji. Uporablja se lahko tudi za proizvodnjo električne energije v lokalnih termoelektrarnah.

Zaključek.

Vloga energije pri ohranjanju in nadaljnjem razvoju civilizacije je nesporna. V sodobni družbi je težko najti niti eno področje človeške dejavnosti, ki ne bi zahtevalo - neposredno ali posredno - več energije, kot jo lahko zagotovijo mišice človeka.

Poraba energije je pomemben kazalnik življenjskega standarda. V tistih časih, ko je človek dobival hrano, nabiral gozdne sadeže in lovil živali, je potreboval približno 8 MJ energije na dan. Po obvladovanju ognja se je ta vrednost povečala na 16 MJ: v primitivni kmetijski družbi je bila 50 MJ, v bolj razviti pa 100 MJ.

V času obstoja naše civilizacije je velikokrat prišlo do prehoda od tradicionalnih virov energije do novih, naprednejših. Pa ne zato, ker je bil stari vir izčrpan.

Sonce je že od nekdaj sijalo in grelo človeka: in kljub temu, ko so ljudje ukrotili ogenj, so začeli kuriti drva. Nato se je les umaknil premogu. Zaloge lesa so se zdele neomejene, toda parni stroji so zahtevali bolj kalorično "krmo".

Toda to je bil le oder. Premog je kmalu prepustil svoje vodilno mesto na trgu energetske nafte.

In zdaj nov krog v naših dneh, vodilni vrsti goriva sta še vedno nafta in plin. Toda za vsak nov kubični meter plina ali tono nafte morate iti vedno dlje proti severu ali vzhodu, da se zakopljete vedno globlje v zemljo. Nič čudnega, da nas bosta nafta in plin vsako leto stala več.

Zamenjava? Potrebujemo novega energetskega vodjo. Nedvomno bodo jedrski viri.

Zaloge urana, če jih primerjamo z zalogami premoga, se zdijo ne tako velike. Toda po drugi strani na enoto teže vsebuje milijone krat več energije kot premog.

In rezultat je naslednji: pri proizvodnji električne energije v jedrski elektrarni velja, da je treba porabiti sto tisočkrat manj denarja in dela kot pri pridobivanju energije iz premoga. In jedrsko gorivo nadomešča nafto in premog ... Vedno je bilo tako: tudi naslednji vir energije je bil močnejši. To je bila tako rekoč "militantna" linija energije.

V iskanju presežka energije se je človek vse globlje in globlje pogrezal v spontani svet naravnih pojavov in do nekaj časa res ni razmišljal o posledicah svojih dejanj in dejanj.

Toda časi so se spremenili. Zdaj, ob koncu 20. stoletja, se začne nova, pomembna faza zemeljske energije. Pojavila se je "varčna" energija. Zgrajen tako, da človek ne odseka veje, na kateri sedi. Skrbel je za varovanje že tako močno poškodovane biosfere.

Nedvomno bodo v prihodnosti, vzporedno s smerjo intenzivnega razvoja energetskega sektorja, prejele široke državljanske pravice in obsežno linijo: razpršeni viri energije niso premočni, vendar z visoko učinkovitostjo, okolju prijazni, enostavni za uporabo.

Osupljiv primer tega je hiter začetek elektrokemične energije, ki jo bo kasneje očitno dopolnila sončna energija. Energija se zelo hitro kopiči, asimilira, absorbira vse najnovejše ideje, izume in znanstvene dosežke. To je razumljivo: energija je dobesedno povezana z vsem in vse je potegnjeno za energijo, odvisno od nje.

Zato energetska kemija, vodikova energija, vesoljske elektrarne, energija, zaprta v antimateriji, kvarki, »črne luknje«, vakuum – to so le najsvetlejši mejniki, poteze, posamezne vrstice scenarija, ki se nam piše pred očmi in ki lahko se imenuje Tomorrow Energy.

Energetski labirinti. Skrivnostni prehodi, ozke, vijugaste poti. Polno ugank, ovir, nepričakovanih spoznanj, krikov žalosti in poraza, klikov veselja in zmag. Trnova, neprijetna, posredna energetska pot človeštva. Verjamemo pa, da smo na poti v dobo energijskega obilja in da bodo vse ovire, ovire in težave premagane.

Zgodba o energiji je lahko neskončna, alternativnih oblik njene uporabe je nešteto, le da moramo za to razviti učinkovite in ekonomične metode. Ni tako pomembno, kakšno je vaše mnenje o potrebah energetskega sektorja, o energentih, njihovi kakovosti in stroškovni ceni. Pri nas očitno. le strinjati se je treba s tem, kar je učeni modrec, čigar ime je ostalo neznano: "Ni preprostih rešitev, obstaja le razumna izbira."

Bibliografija

1. 1. Avgusta Goldin. Oceani energije. - Per. iz angleščine - M .: Znanje, 1983 .-- 144 str.

2. 2. Balanchevadze V. I., Baranovsky A. I. in drugi; Ed. A.F.Dyakov Energija danes in jutri. - M .: Energoatomizdat, 1990 .-- 344 str.

3. 3. Več kot dovolj. Optimistični pogled na prihodnost svetovne energetike / Ed. R. Clarke: Per. iz angleščine - M .: Energoatomizdat, 1984 .-- 215 str.

4. 4. Burdakov VP Elektrika iz vesolja. - M .: Energoatomizdat, 1991 .-- 152 str.

5. 5. Vershinsky NV Energija oceana. - Moskva: Nauka, 1986 .-- 152 str.

6. 6. Gurevič Yu. Hladno gorenje. //Kvantna. - 1990 - št. 6. - Umetnost. 9-15.

7. 7. Viri energije. Dejstva, problemi, rešitve. - M .: Znanost in tehnika, 1997 .-- 110 str.

8. 8. Kirillin V. A. Energija. Glavne težave: v vprašanjih in odgovorih. - M .: Znanje, 1990 .-- 128 str.

9. 9. Kononov Yu. D. Energetika in ekonomija. Problemi prehoda na nove vire energije. - M .: Nauka, 1981 .-- 190 str.

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

11. Svetovna energija: napoved razvoja do leta 2020 / Per. iz angleščine ur. Yu.N. Starshikova. - M .: Energija, 1980 .-- 256 str.

12.12 Nekonvencionalni viri energije. - M .: Znanje, 1982 .-- 120 str.

13.13.Podgorny A.N. Vodikova energija. - M .: Nauka, 1988. - 96 str.

14.14.Sosnov A. Ya. Energija Zemlje. - L .: Lenizdat, 1986 .-- 104 str.

15.15.Sheidlin A.E. Nova energija. - M .: Nauka, 1987 .-- 463 str.

16.16.Shulga V.G., Korobko B.P., Zhovmir M.M. Glavni rezultati razvoja netradicionalnih in inovativnih virov energije v Ukrajini. // Energija in elektrifikacija. - 1995 - št. 2. - Umetnost. 39-42.

17.17.Energija sveta: Prevodi poročil XI kongresa MIREC / Ed. P.S. Neporožni. - M .: Energoatomizdat, 1982 .-- 216 str.

18.18.Energijski viri sveta / Ed. P.S. Neporozhny, V.I. Popkov. - M .: Energoatomizdat, 1995 .-- 232 str.

19. 19. Yu. Töldeshi, Yu. Lesny. Svet išče energijo. - M .: Mir, 1981 .-- 440 str.

20. 20. Yudasin L. S. Energija: težave in upi. - M .: Izobraževanje, 1990 .-- 207s.

Ljudje uporabljajo različne vrste energije za vse, od lastnega gibanja do pošiljanja astronavtov v vesolje.

Obstajata dve vrsti energije:

• sposobnost zaveze (potencial)
• dejansko delo (kinetično)

Na voljo v različnih oblikah:

• toplota (toplota)
• svetloba (sevalna)
• gibanje (kinetično)
• električni
• kemični
• jedrska energija
• gravitacijski

Na primer, hrana, ki jo človek zaužije, vsebuje kemikalijo in človeško telo jo shranjuje, dokler je med delom ali življenjem ne porabi kot kinetično.

Energetska klasifikacija

Ljudje uporabljajo različne vrste virov: elektriko v svojih domovih, proizvedeno s sežiganjem premoga, jedrske reakcije ali hidroelektrarne na reki. Tako se premog, jedrska in hidroelektrarna imenujejo vir. Ko ljudje napolnijo rezervoar za gorivo z bencinom, je vir lahko olje ali celo pridelava in predelava žita.

Vire energije delimo v dve skupini:

• Obnovljiva
• Neobnovljiv

Obnovljivi in ​​neobnovljivi viri se lahko uporabljajo kot primarni viri za koristi, kot je toplota, ali pa se uporabljajo za proizvodnjo sekundarnih virov energije, kot je električna energija.

Ko ljudje uporabljajo električno energijo v svojih domovih, se električna energija verjetno proizvaja s sežiganjem premoga ali zemeljskega plina, jedrske reakcije ali hidroelektrarne na reki ali iz več virov. Ljudje uporabljajo surovo nafto (neobnovljivo) za gorivo za svoje avtomobile, lahko pa uporabljajo tudi biogoriva (obnovljiva), kot je etanol, ki je narejen iz predelane koruze.

Obnovljiva

Obstaja pet glavnih obnovljivih virov energije:

• Sončno
• Geotermalna toplota znotraj Zemlje
• Vetrna energija
• Biomasa iz rastlin
• Hidroenergija iz tekoče vode

Biomasa, ki vključuje les, biogoriva in odpadke iz biomase, je največji vir obnovljive energije, saj predstavlja približno polovico vseh obnovljivih virov in približno 5 % celotne porabe.

Neobnovljiv

Večina trenutno porabljenih virov iz neobnovljivih virov:

• Naftni proizvodi
• Utekočinjen ogljikovodik
• Zemeljski plin
• Premog
• Jedrska energija

Neobnovljivi viri energije predstavljajo približno 90 % vseh porabljenih virov.

Ali se poraba goriva sčasoma spreminja

Viri energije se sčasoma spreminjajo, vendar so spremembe počasne. Na primer, premog se je nekoč pogosto uporabljal kot gorivo za ogrevanje domov in poslovnih zgradb, vendar se je specifična uporaba premoga za te namene v zadnjem pol stoletja zmanjšala.

Čeprav je delež obnovljivih goriv v skupni porabi primarne energije še vedno relativno majhen, se njihova poraba povečuje v vseh sektorjih. Poleg tega se je zaradi nizkih cen zemeljskega plina v zadnjih letih povečala poraba zemeljskega plina v elektroenergetiki, medtem ko se je poraba premoga v tem sistemu zmanjšala.

>> Viri energije

§ 6. Viri energije

Viri energije so obnovljivi in ​​neobnovljivi. Tako te kot druge bomo podrobneje obravnavali v tretjem delu vadnice. Zaenkrat jih spoznajmo na splošno.

Obnovljivi viri energije

Ogromne količine sončne energije nenehno tečejo na Zemljo. Približno tretjino te energije odseva zemeljska atmosfera, 0,02 % rastlin porabijo za fotosintezo, preostanek pa gre za podporo številnim naravnim procesom: segrevanje zemeljske skorje, oceana in atmosfere, gibanje zračnih mas (veter), valovanje. , oceanski tokovi, izhlapevanje in kroženje vode.

Ta ogromna energija, ki doseže Zemljo, pa ne vodi do globalnega segrevanja, saj se po tem, ko preide skozi naravne procese, seva nazaj v vesolje. V milijonih let se je narava prilagajala tem ogromnim tokovom energije in dosegla univerzalno toplotno ravnovesje.

Ko uporabljamo obnovljive vire energije, to počnemo na dva načina. Sončno energijo lahko uporabljate neposredno, na primer v sončnih kolektorjih. Verjetno ste že videli velike sončne celice na naših bivalnih vesoljskih postajah. V sončni celici se sončna svetlobna energija pretvori v električno energijo. Na območjih, kjer je veliko sončnih dni v letu, lahko na streho namestite sončne kolektorje in energijo Sonca uporabite za domače namene. Obstajajo celo projekti za avtomobile, ki jih poganja energija, ki nastane v sončni plošči, nameščeni na strehi takšnega avtomobila.

riž. 1.1. Energetska bilanca Zemlje brez človekovega posredovanja

Drugi način je uporaba energije enega ali drugega naravnega procesa. Sledimo tej poti, pri čemer uporabljamo energijo vode v hidroelektrarnah, energijo plimovanja morja v elektrarnah na plimovanje, energijo vetra v vetrnih elektrarnah.

riž. 1.2. Energetska bilanca Zemlje z uporabo obnovljivih virov energije

Pri uporabi obnovljivih virov energije povečanje porabe energije na Zemlji ne poruši splošnega toplotnega ravnovesja in ne vodi v globalno segrevanje. Ne spreminjamo količine energije, ki vstopa v Zemljo in zapušča Zemljo (sl. 1.1, 1.2). Zato je prva prednost tovrstnih virov energije, da ne škodujejo naravi.

Obnovljivi viri energije nenehno dopolnjujejo svojo energijo iz sonca in bodo trajali milijone, če ne že milijarde let – dokler obstaja sonce. To je njihova druga prednost.

Neobnovljivi viri energije

V črevesju Zemlje najdemo veliko različnih naravnih spojin, ki vsebujejo velike zaloge energije. Najpomembnejši med njimi so nafta, premog, zemeljski plin, šota in uran.

riž. 1.3. Energetska bilanca neobnovljivih virov energije brez človekovega posredovanja

Sprva je energija, shranjena v teh virih, v glavnem prihajala tudi iz Sonca. Vendar so to neobnovljivi viri. Neobnovljivi, ker se le majhna količina sončne energije vsako leto pretvori v energijo iz neobnovljivih virov, potrebni pa so milijoni let, da te majhne količine prerastejo v velika nahajališča premoga, nafte, plina ali urana. Energija iz neobnovljivih virov je shranjena samo na Zemlji. Dokler človeštvo ni začelo uporabljati neobnovljivih virov, je količina energije, shranjene v njih, ostala nespremenjena (slika 1.3).

Toda takoj, ko so ljudje začeli uporabljati neobnovljive vire, se je količina v njih shranjene energije začela nepovratno zmanjševati (slika 1.4). Stopnja, s katero porabljamo neobnovljive vire energije, je večkrat višja od stopnje njihove proizvodnje. Zato bodo prej ali slej izčrpani. To je njihova prva napaka.

riž. 1.4. Energetska bilanca neobnovljivih virov energije, ko jih uporablja človek

Prizadevati si moramo, da porabimo čim manj energije iz neobnovljivih virov in čim več iz obnovljivih. Če uporabljamo drva za ogrevanje in sadimo ter gojimo nova namesto posekanih dreves, je to nedvomno obnovljiv vir energije.

Druga velika pomanjkljivost tovrstnih virov energije je, da povzročajo ogromno škode naravi. Negativne posledice uporabe neobnovljivih virov energije bomo podrobneje preučili v tretjem delu te knjige. Zakaj človeštvo kljub pomanjkljivostim še naprej uporablja neobnovljive vire energije? Razlogov za to je več: ekonomski (želja po takojšnjem dobičku), psihološki (nepripravljenost spremeniti običajni način življenja) in celo politični (energija je moč). O tem bomo podrobneje razpravljali v naslednjem delu.

Za zaključek predstavljamo tabelo, ki shematično prikazuje, katere so prednosti in slabosti naših najpogostejših in razširjenih virov energije ter kakšne posledice za okolje prinaša njihova uporaba. Kot lahko vidite, ni niti enega idealnega vira energije. Vendar pa obstaja velika razlika med viri energije v smislu nevarnosti za okolje.

Razmislite in odgovorite

1. Kaj pomeni izraz "obnovljiva energija"?
2. Kaj pomeni izraz "neobnovljiv vir energije"? Ali je mogoče ta izraz razumeti dobesedno?
3. Zakaj uporaba neobnovljivih virov energije vodi v globalno segrevanje, uporaba obnovljivih virov pa ne?
4. Katere vire energije – obnovljive ali neobnovljive – človeštvo trenutno uporablja predvsem za proizvodnjo energije?

4-9 razredi. Učbenik za srednjo šolo. SPb. 2008. - 88 str., ilustr. I. Lorentzen.

Ekologija za 7. razred, učbeniki in knjige o ekologiji naložite, spletna knjižnica

Vsebina lekcije oris lekcije podporni okvir predstavitev lekcije pospeševalne metode interaktivne tehnologije Vadite naloge in vaje samotestne delavnice, treningi, primeri, naloge domače naloge razprava vprašanja retorična vprašanja študentov Ilustracije avdio, video posnetke in večpredstavnost fotografije, slike, grafikoni, tabele, sheme humor, šale, šale, stripovske prispodobe, izreki, križanke, citati Dodatki povzetkičlanki čipi za radovedne varalice učbeniki osnovni in dodatni besednjak izrazov drugo Izboljšanje učbenikov in poukapopravki napak v vadnici posodabljanje fragmenta v učbeniku elementi inovativnosti v lekciji zamenjava zastarelo znanje z novim Samo za učitelje popolne lekcije koledarski načrt za leto metodološka priporočila razpravnega programa Integrirane lekcije

Ko se v sobi stemni, prižgeš luč. Ko te zebe, prižgeš grelec. Energija se zapravlja za to. In od kod prihaja energija, ki je tako potrebna za vsakega izmed nas?

Premog, nafta in zemeljski plin se kurijo, da dobijo elektriko, ki je v vaši vtičnici. Toda energijo lahko pridobite na druge načine, na primer iz sonca, vetra, vode, biomase in vročih vrelcev.

1. Razmislite o slikah. Prikazujejo dva načina pridobivanja energije. Kateri škoduje okolju in kateri ne? Svoje odgovore zapiši pod sliko in jih utemelji.

2. Ali veste, kakšne so druge možnosti pridobivanja električne energije? Povejte nam o njih.

Zaloge premoga, nafte in zemeljskega plina bodo lahko v bližnji prihodnosti izčrpane. Enak problem je z uranom, ki ga uporabljajo jedrske elektrarne. Ti viri energije se imenujejo neobnovljivi, ker jih lahko zmanjka.

Obnovljivi viri energije zahtevajo neizkoriščene vire, kot so sonce, veter, voda, biomasa in toplota zemlje. Kako dolgo bo Zemlja obstajala, koliko časa bo še sijalo sonce, bo pihal veter in bo tekla voda?

NALOGA:

1. Katera od teh trditev je pravilna? Poudarite.

- večino električne energije dobimo iz neobnovljivih virov;

- neobnovljivi viri so neizčrpen vir električne energije.

2. S prijatelji se pogovorite, kaj koristi ali škoduje osebi, ki jo uporablja

Premog, nafta in zemeljski plin.

ALI VEŠ

Zgorevanje premoga, nafte in zemeljskega plina proizvaja veliko ogljikovega dioksida. Ogreva zemeljsko ozračje, ustvarja učinek tople grede in prispeva k podnebnim spremembam.

SONČNA ENERGIJA

Sonce je največji vir energije na Zemlji. S pomočjo sončne baterije lahko sončno energijo pretvarjate v električno energijo. Za to se uporablja različna oprema: od majhnih sončnih kolektorjev, ki so v vašem kalkulatorju, do ogromnih solarnih panelov, ki lahko zasedejo celotno streho hiše. Sončna energija je na voljo povsod. Ta energent ne spremljajo emisije škodljivih plinov in je okolju prijazen. In čeprav je pretvorba sončne energije v električno energijo precej draga, je to prihodnost.

ALI VEŠ

Nemški znanstveniki so izračunali, da je 16.000 kvadratnih metrov. km sončnih termoelektrarn v Severni Afriki, povezanih z Evropo z visokonapetostnimi daljnovodi, lahko proizvedejo dovolj električne energije za oskrbo celotne Evrope. In gradnja sončnih elektrarn na 1 \% površine vseh puščav (območje, ki je enako površini Avstrije) lahko zadovolji svetovne energetske potrebe.

Sončne elektrarne so posebno mesto, kjer iz sončne energije nastane velika količina električnega toka. Tu se s pomočjo ogledala usmerjajo sončni žarki, ki v posebnem kotlu segreje tekočino do 400 °C. Tekočina v posebnih toplotnih izmenjevalnikih se spremeni v paro, para pa vrti turbino, povezano z generatorjem, ki ustvarja električni tok.

1. Preberite besedilo in zapišite, kako sončna energija koristi človeku. Pomisli, kaj škodi, In zapiši v stebre zraven.

2. Pod kakšnim kotom naj stojijo sončni paneli, da dobijo optimalno količino sončne svetlobe?

IZKUŠNJA #1.

Roke lahko ogrejete ne samo z rokavicami, ampak tudi na soncu. Kako narediti toploto močnejšo? DOŽIVAJMO. KAR POTREBUJEMO:

Karton, folija, lepilo, škarje, šestilo, ravnilo in svinčnik.

KAJ MORAMO STORITI:

1. Na papir s šestilom narišite krog 12 cm.. Krog prilepite na aluminijasto folijo.

2. Krog prepognite na pol in na sredini naredite luknjo, da lahko vstavite kazalec.

3. Prerežite krog na pol, prepognite eno stran na drugo in ju zlepite. Stran s folijo naj bo notri.

4. Zdaj položite krog na kazalec in ga držite na soncu.

BodiPREVIDNO! LAHKO OPEKLI!

Sila vetra

Človek je veter že zdavnaj ukrotil. S pomočjo dobrega vetra so morske ladje dosegle želeno točko na zemeljski obli. Energija vetra je bila uporabljena v vetrnicah za predelavo lesa, kot mlinski mehanizem, kot črpalka za črpanje vode in olja. Zdaj je čas za vetrne elektrarne. Električni tok nastaja iz vetrne energije. V tem primeru ne nastaja niti ogljikov dioksid niti druge škodljive snovi. Vetrna energija je okolju prijazen vir energije.

Obstajajo ljudje, ki so proti vetrnim elektrarnam. Društva za zaščito živali so zaskrbljena, da bi ogromna krila mlinov na veter lahko škodovala pticam. Prebivalci, ki živijo v bližini vetrnih elektrarn, se pritožujejo nad bleščanjem in hrupom, ki ga ustvarja vetrno kolo. Strokovnjaki menijo, da koristi vetrne energije presegajo njeno škodo.

Električna energija iz slame in odpadkov? Sliši se smešno, ampak je! V velikem, hermetično zaprtem rezervoarju, imenovanem bioreaktor, se mešajo živalski odpadki in preostala rastlinska biomasa. Bakterije začnejo razgrajevati to mešanico. Tako nastane bioplin. Lahko se sežiga za proizvodnjo električne energije ali energije za avtomobilski biodizlo. Preostanek iz bioreaktorja se uporablja kot gnojilo za polja. Prednost biogoriv v primerjavi z drugimi vrstami je, da je popolnoma biološko razgradljivo in zato ni škodljivo za okolje.

Gozdovi so eden od virov biomase. Pri predelavi 3-4 ml ton lesa nastanejo odpadki, katerih energijski ekvivalent je 1,1-1,2 ml ton olja.

Ta izkušnja kaže, kako bakterije razgradijo biomaso v steklenici, da proizvedejo plin.

200 g zdrobljenih odpadkov iz kuhinje (na primer krompirjeve lupine, ostanki zelenjave, listi solate itd.);

5 žlic zemlje in malo tople vode;

Čajna žlička sladkorja;

Plastična steklenica in balon.

1. V steklenico položite zdrobljene ostanke in zemljo. Vse skupaj dobro premešamo.

2. Nalijte toliko tople vode, da je steklenica napol polna, nato dodajte sladkor.

3. Na steklenico položite balon, da zrak ne uhaja iz posode.

4. Stekleničko postavite na toplo, temno mesto in počakajte tri dni. Balon se mora napihniti.

Če se to ne zgodi, jo pustite še dva dni! Pojasni, kaj se dogaja?

Bioplin se lahko pridobi tudi iz dreves in njihovih odpadkov.

vžigalice; kovinski naprstnik;

Aluminijasta folija; barvna žica; klešče, igla, sveča.

1. V naprstnik položite 2-3 vžigalice (vžigalice naj bodo brez žvepla). Naprstnik tesno pokrijte s folijo in pritrdite z žico. ''

2. Držite naprstnik nad svečo 1-2 minuti.

3. Naprstnik položite na površino (pazite – vroče je), z iglo naredite majhno luknjo v foliji.

Pod našimi nogami je močan vir toplote, ki je na površju Zemlje ne čutimo. Če pa vrtate globoko v Zemljo, se bo temperatura dvignila. Ta toplota je v črevesju že od časa nastanka planeta. Izbruh vulkanov jasno kaže na ogromno temperaturo znotraj Zemlje. Znanstveniki ocenjujejo temperaturo zemeljskega jedra na tisoč stopinj Celzija. Od vročega notranjega jedra se postopoma zmanjšuje na površje Zemlje.

Islandijo imenujejo "Dežela ledenikov", ki učinkovito izkorišča hidrotermalno energijo svojega črevesja. Tu je znanih več kot 700 termalnih vrelcev, ki prihajajo na zemeljsko površje. Približno 60 % prebivalstva uporablja geotermalno vodo za ogrevanje svojih domov.

Voda je zelo močna. Hitreje kot voda teče, večja je njena moč in več energije lahko človek iz nje dobi.

Hidroenergetska oprema je večinoma nameščena na velikih ravninskih rekah, včasih pa tudi na manjših gorskih rekah. Zgrajeni jezovi blokirajo vodne tokove. Voda se dvigne in nastane rezervoar. Iz njega voda izteka po ceveh do turbin, ki so povezane z generatorjem, ki ustvarja tok.

Hidroelektrarna je uveljavljen primer proizvodnje energije, ki pa ni

Onesnažuje zrak. Vendar še vedno obstaja škodljiv učinek na ekosistem. To so polja

Groves. Delovanje hidroelektrarn zahteva znatne poplave

Območja rodovitne zemlje. Ribe močno trpijo zaradi hidroelektrarn. Ne more priti skozi

Skozi jezove do njihovih običajnih drstišč. Veliko rib in planktona umre

v turbinskih lopatah.

Zaradi gradnje kaskade rezervoarjev na Dnepru je bilo poplavljenih in uničenih več kot 6 tisoč naselij, preseljenih je bilo več kot 3 milijone ljudi.

Ima tako pozitivne kot negativne strani

1. Uporaba hidroenergije Izpolni tabelo.

2. Nariši plakat, ki opisuje, kako je človek 100 let uporabljal energijo vode.

Za nikogar ni skrivnost, da so viri, ki jih danes uporablja človeštvo, omejeni, poleg tega pa lahko njihovo nadaljnje pridobivanje in uporaba vodita ne le do energetske, temveč tudi do okoljske katastrofe. Viri, ki jih tradicionalno uporablja človeštvo – premog, plin in nafta – bodo po več desetletjih zmanjkali, zato je treba ukrepati zdaj, v našem času. Seveda lahko upamo, da bomo spet našli kakšno bogato nahajališče, tako kot je bilo v prvi polovici prejšnjega stoletja, a znanstveniki so prepričani, da tako velikih nahajališč ni več. Vsekakor pa bo tudi odkrivanje novih nahajališč le odložilo neizogibno, treba je najti načine za proizvodnjo alternativne energije in preiti na obnovljive vire, kot so veter, sonce, geotermalna energija, energija vodnih tokov in drugo ter poleg tega je treba nadaljevati z razvojem energetsko varčnih tehnologij.

V tem članku bomo obravnavali nekaj najbolj obetavnih, po mnenju sodobnih znanstvenikov, idej, na katerih bo zgrajena energija prihodnosti.

Sončne postaje

Ljudje so se že dolgo spraševali, ali je mogoče segreti vodo pod sončnimi žarki, posušiti oblačila in lončenino, preden jo pošljemo v pečico, vendar teh metod ni mogoče imenovati učinkovitih. Prva tehnična sredstva za pretvarjanje sončne energije so se pojavila v 18. stoletju. Francoski znanstvenik J. Buffon je pokazal poskus, v katerem je lahko v jasnem vremenu s pomočjo velikega konkavnega ogledala vžgal suho drevo z razdalje približno 70 metrov. Njegov rojak, slavni znanstvenik A. Lavoisier, je z lečami koncentriral sončno energijo, v Angliji pa so ustvarili bikonveksno steklo, ki je z fokusiranjem sončnih žarkov v le nekaj minutah stopilo lito železo.

Prirodoslovci so izvedli številne poskuse, ki so dokazali, da so sonca na zemlji možna. Vendar se je sončna baterija, ki bi sončno energijo pretvarjala v mehansko, pojavila relativno nedavno, leta 1953. Ustvarili so ga znanstveniki iz ameriške nacionalne vesoljske agencije. Že leta 1959 so sončno baterijo prvič uporabili za opremljanje vesoljskega satelita.

Morda so znanstveniki že takrat, ko so spoznali, da so takšne baterije v vesolju veliko učinkovitejše, prišle na idejo o izdelavi vesoljske sončne postaje, saj sonce v eni uri ustvari toliko energije, kot je celotno človeštvo ne porabi v enem letu, torej zakaj ga ne bi uporabili? Kakšna bo industrija sončne energije v prihodnosti?

Po eni strani se zdi, da je uporaba sončne energije idealna. Vendar pa so stroški ogromne vesoljske sončne postaje zelo visoki, poleg tega pa bo drago za delovanje. Sčasoma, ko bodo uvedene nove tehnologije za dostavo blaga v vesolje, pa tudi novi materiali, bo izvedba takšnega projekta mogoča, a za zdaj lahko na površju planeta uporabljamo le relativno majhne baterije. Mnogi bodo rekli, da tudi to ni slabo. Da, to je mogoče v zasebni hiši, vendar za oskrbo z električno energijo v velikih mestih potrebujete bodisi veliko sončnih kolektorjev bodisi tehnologijo, ki jih bo naredila učinkovitejše.

Tu je prisotna tudi gospodarska plat vprašanja: vsak proračun bo močno trpel, če bi mu zaupali nalogo, da celotno mesto (ali celotno državo) prenese na sončne kolektorje. Zdi se, da je mogoče mestne prebivalce prisiliti, da plačajo nekaj zneskov za preopremljenost, vendar bodo v tem primeru nezadovoljni, saj če bi bili ljudje pripravljeni iti za takšne stroške, bi to že zdavnaj storili sami: vsi ima možnost nakupa solarne baterije.

Pri sončni energiji je še en paradoks: proizvodni stroški. Neposredna pretvorba sončne energije v električno ni najbolj učinkovita stvar. Do sedaj ni bilo mogoče najti boljšega načina kot z uporabo sončnih žarkov za segrevanje vode, ki se spremeni v paro in zavrti dinamo. V tem primeru je izguba energije minimalna. Človeštvo želi uporabiti "zelene" sončne kolektorje in sončne postaje za ohranjanje virov na zemlji, vendar bo tak projekt zahteval ogromno enakih virov in "nezelene" energije. Na primer, v Franciji je bila nedavno zgrajena sončna elektrarna s površino približno dva kvadratna kilometra. Stroški gradnje so bili brez stroškov obratovanja okoli 110 milijonov evrov. Ob vsem tem je treba upoštevati, da je življenjska doba takšnih mehanizmov približno 25 let.

veter

Energijo vetra so ljudje uporabljali tudi že od antike, najpreprostejši primer so jadranje in mlini na veter. Vetrnice so v uporabi še danes, še posebej učinkovite so na območjih s stalnim vetrom, na primer na obali. Znanstveniki nenehno dajejo ideje, kako posodobiti obstoječe naprave za pretvorbo vetrne energije, ena izmed njih so vetrne turbine v obliki vrtoglavih turbin. Zaradi nenehnega vrtenja bi lahko »viseli« v zraku na razdalji nekaj sto metrov od tal, kjer je močan in stalen veter. To bi pomagalo pri elektrifikaciji podeželskih območij, kjer standardnih vetrnih turbin ni mogoče uporabiti. Poleg tega bi lahko tako visoke turbine opremili z internetnimi moduli, s pomočjo katerih bi ljudem omogočili dostop do svetovnega spleta.

Plima in valovi

Razmah sončne in vetrne energije postopoma mine, druga naravna energija pa je pritegnila zanimanje raziskovalcev. Uporaba oseke in oseke velja za bolj obetavno. Že zdaj se s to problematiko ukvarja okoli sto podjetij po svetu, obstaja tudi več projektov, ki so dokazali učinkovitost tega načina pridobivanja električne energije. Prednost pred sončno energijo je, da so izgube pri pretvorbi ene energije v drugo minimalne: plimski val zavrti ogromno turbino, ki proizvaja električno energijo.

Projekt Oyster je zamisel o namestitvi vrtljivega ventila na oceansko dno, ki bo pripeljal vodo na obalo in s tem vrtel preprosto hidroelektrično turbino. Samo ena taka instalacija bi lahko oskrbovala z električno energijo majhno sosesko.

Že v Avstraliji se plimski valovi uspešno uporabljajo: v mestu Perth so postavili razsoljevalne naprave, ki delujejo na to vrsto energije. Njihovo delo omogoča oskrbo s svežo vodo za približno pol milijona ljudi. V tej energetski panogi je mogoče združiti tudi naravno energijo in industrijo.

Uporaba je nekoliko drugačna od tehnologij, ki smo jih vajeni videti v rečnih hidroelektrarnah. Hidroelektrarne pogosto škodujejo okolju: sosednja ozemlja so poplavljena, ekosistem je uničen, vendar so postaje, ki delujejo na plimskih valovih, v tem pogledu veliko varnejše.

Človeška energija

Eden najbolj fantastičnih projektov na našem seznamu je uporaba energije živih ljudi. Sliši se izjemno in celo nekoliko grozljivo, vendar ni vse tako strašljivo. Znanstveniki negujejo idejo, kako uporabiti mehansko energijo gibanja. Ti projekti so namenjeni mikroelektroniki in nanotehnologiji z nizko porabo energije. Čeprav se sliši kot utopija, resničnega razvoja ni, je pa ideja zelo zanimiva in ne zapušča misli znanstvenikov. Strinjam se, zelo priročne bodo naprave, ki se bodo, tako kot ura s samodejnim navijanjem, polnile od dejstva, da se s prstom povleče po senzorju ali od dejstva, da tablica ali telefon med hojo preprosto visi v torbi. Da ne govorimo o oblačilih, ki bi lahko, napolnjena z različnimi mikronapravami, energijo človekovega gibanja pretvorila v elektriko.

Na Berkeleyju, v Lawrenceovem laboratoriju, so na primer znanstveniki poskušali uresničiti zamisel o uporabi virusov za tlačenje električne energije. Na voljo so tudi majhni mehanizmi, ki jih poganja gibanje, vendar doslej ta tehnologija ni bila uvedena. Da, globalne energetske krize ni mogoče obravnavati na ta način: koliko ljudi bo moralo »pedalirati«, da bo celotna elektrarna delovala? Toda kot eden od ukrepov, ki se uporabljajo v kompleksu, je teorija precej izvedljiva.

Takšne tehnologije bodo še posebej učinkovite na težko dostopnih mestih, na polarnih postajah, v gorah in tajgi, med popotniki in turisti, ki nimajo vedno možnosti napolniti svojih pripomočkov, vendar je pomembno ostati v stiku, še posebej, če skupina je v kritični situaciji. Koliko stvari bi lahko preprečili, če bi imeli ljudje vedno zanesljivo komunikacijsko napravo, ki ni odvisna od »vtičnice«.

Vodikove gorivne celice

Morda je vsak lastnik avtomobila ob pogledu na indikator količine bencina, ki se približuje ničli, pomislil, kako super bi bilo, če bi avto deloval na vodi. Toda zdaj so njegovi atomi prišli v pozornost znanstvenikov kot resnični predmeti energije. Dejstvo je, da delci vodika – najpogostejšega plina v vesolju – vsebujejo ogromno energije. Poleg tega motor gori ta plin praktično brez stranskih produktov, torej dobimo okolju prijazno gorivo.

Vodik poganjajo nekateri moduli ISS in shuttlei, vendar na Zemlji obstaja predvsem v obliki spojin, kot je voda. V osemdesetih letih so se v Rusiji razvila letala z vodikom kot gorivom, te tehnologije so se celo uporabljale v praksi, eksperimentalni modeli pa so dokazali svojo učinkovitost. Ko se vodik loči, se prenese v posebno gorivno celico, kjer se lahko neposredno proizvaja električna energija. To ni energija prihodnosti, to je že realnost. Podobni avtomobili se že proizvajajo v precej velikih količinah. Honda je, da bi poudarila vsestranskost vira energije in avtomobila nasploh, izvedla poskus, v katerem je bil avto priključen na električno domače omrežje, ne pa zato, da bi se napolnil. Avto lahko zasebni hiši zagotavlja energijo več dni ali pa vozi skoraj petsto kilometrov brez dolivanja goriva.

Edina pomanjkljivost takšnega vira energije trenutno so razmeroma visoki stroški tako okolju prijaznih avtomobilov in seveda dokaj majhno število bencinskih postaj za vodik, vendar je v mnogih državah že načrtovana njihova izgradnja. Nemčija na primer že ima načrt za namestitev sto bencinskih črpalk do leta 2017.

Toplota zemlje

Pretvorba toplotne energije v električno je bistvo geotermalne energije. V nekaterih državah, kjer je težko uporabljati druge panoge, se uporablja precej široko. Na primer, na Filipinih 27 % vse električne energije prihaja iz geotermalnih elektrarn, medtem ko je na Islandiji ta številka približno 30 %. Bistvo te metode pridobivanja energije je precej preprosto, mehanizem je podoben preprostemu parnemu stroju. Pred domnevnim "jezerom" magme je treba izvrtati vrtino, skozi katero se dovaja voda. Ob stiku z vročo magmo se voda v trenutku spremeni v paro. Dvigne se tam, kjer obrača mehansko turbino in tako proizvaja elektriko.

Prihodnost geotermalne energije je najti veliko "skladišče" za magmo. Na primer, na omenjeni Islandiji je to uspelo: razgreta magma je v delčku sekunde vso vbrizgano vodo spremenila v paro s temperaturo okoli 450 stopinj Celzija, kar je absolutni rekord. Tako visokotlačna para lahko večkrat poveča učinkovitost geotermalne postaje, kar lahko postane spodbuda za razvoj geotermalne energije po vsem svetu, zlasti na območjih, nasičenih z vulkani in termalnimi izviri.

Uporaba jedrskih odpadkov

Jedrska energija je nekoč naredila pljusk. Tako je bilo, dokler ljudje niso spoznali celotne nevarnosti te energetske industrije. Nesreče so možne, pred takšnimi primeri ni nihče imun, so pa zelo redki, a radioaktivni odpadki se pojavljajo stabilno in do nedavnega znanstveniki tega problema niso mogli rešiti. Bistvo je v tem, da lahko uranove palice - tradicionalno "gorivo" jedrskih elektrarn, porabi le 5%. Po obdelavi tega majhnega dela se celotna palica pošlje na "odlagališče".

Prej je bila uporabljena tehnologija, pri kateri so bile palice potopljene v vodo, ki upočasnjuje nevtrone in ohranja enakomerno reakcijo. Zdaj so namesto vode začeli uporabljati tekoči natrij. Ta zamenjava omogoča ne le uporabo celotne količine urana, temveč tudi predelavo več deset tisoč ton radioaktivnih odpadkov.

Pomembno je, da se planet znebi jedrskih odpadkov, vendar ima tehnologija sama en "ampak". Uran je vir in njegove zaloge na Zemlji so omejene. Če se celoten planet prenese izključno na energijo, pridobljeno iz jedrskih elektrarn (na primer, v ZDA jedrske elektrarne proizvedejo le 20% vse porabljene električne energije), se bodo zaloge urana precej hitro izčrpale, kar bo spet vodilo človeštvo. na pragu energetske krize, tako da je jedrska energija, čeprav posodobljena, le začasen ukrep.

Rastlinsko gorivo

Celo Henry Ford, ki je ustvaril svoj "Model T", je upal, da bo že deloval na biogoriva. Vendar so bila takrat odkrita nova naftna polja in potreba po alternativnih virih energije je izginila še za nekaj desetletij, zdaj pa se spet vrača.

V zadnjih petnajstih letih se je uporaba rastlinskih goriv, ​​kot sta etanol in biodizel, večkrat povečala. Uporabljajo se kot samostojni viri energije in kot dodatki bencinu. Pred časom so upe polagali na posebno kulturo prosa, imenovano »canola«. Popolnoma neprimeren je za hrano ne za ljudi ne za živino, ima pa visoko vsebnost olja. Iz tega olja so začeli proizvajati "biodizel". Toda ta kultura bo zavzela preveč prostora, če jo boste poskušali vzgojiti dovolj, da zagotovi gorivo za vsaj del planeta.

Zdaj znanstveniki govorijo o uporabi alg. Njihova vsebnost olja je približno 50-odstotna, kar bo olajšalo pridobivanje olja, odpadke pa lahko spremenimo v gnojila, na podlagi katerih bodo gojile nove alge. Zamisel velja za zanimivo, vendar še ni dokazala svoje izvedljivosti: publikacija o uspešnih poskusih na tem področju še ni bila objavljena.

Termonuklearna fuzija

Prihodnja energija sveta je po mnenju sodobnih znanstvenikov nemogoča brez tehnologije, to je trenutno najbolj obetaven razvoj, v katerega se že vlagajo milijarde dolarjev.

Uporablja se fisijska energija. Nevarno je, ker obstaja grožnja nenadzorovane reakcije, ki bo uničila reaktor in povzročila izpust ogromne količine radioaktivnih snovi: morda se vsi spomnijo nesreče v jedrski elektrarni v Černobilu.

Termonuklearne fuzijske reakcije, kot že ime pove, uporabljajo energijo, ki se sprosti pri zlitju atomov. Posledično za razliko od atomske cepitve ne nastajajo radioaktivni odpadki.

Glavna težava je, da zaradi termonuklearne fuzije nastane snov, ki ima tako visoko temperaturo, da lahko uniči celoten reaktor.

Prihodnost je realnost. In fantazije so tukaj neprimerne, trenutno se je na ozemlju Francije že začela gradnja reaktorja. V pilotni projekt, ki ga financirajo številne države, med katerimi so poleg EU še Kitajska in Japonska, ZDA, Rusija in druge, so vložili več milijard dolarjev. Sprva je bilo načrtovano, da bodo prve poskuse začeli leta 2016, vendar so izračuni pokazali, da je proračun premajhen (namesto 5 milijard je bilo potrebnih 19), začetek pa je bil preložen za nadaljnjih 9 let. Morda bomo čez nekaj let videli, česa je sposobna termonuklearna energija.

Problemi sedanjosti in priložnosti za prihodnost

Ne le znanstveniki, tudi pisci znanstvene fantastike dajejo številne ideje za implementacijo tehnologije prihodnosti v energetiki, vendar se vsi strinjajo, da doslej nobena od predlaganih možnosti ne more v celoti zadovoljiti vseh potreb naše civilizacije. Na primer, če vsi avtomobili v Združenih državah delujejo na biogoriva, bodo na poljih repice morali zasaditi površino, ki je enaka polovici celotne države, ne glede na to, da v Združenih državah ni toliko zemlje, primerne za kmetovanje. Poleg tega so doslej vse metode pridobivanja alternativne energije drage. Morda se vsak navaden mestni prebivalec strinja, da je pomembno uporabljati okolju prijazne, obnovljive vire, vendar ne v primeru, ko jim trenutno povedo, koliko stane tak prehod. Znanstveniki na tem področju čakajo še veliko dela. Nova odkritja, novi materiali, nove ideje - vse to bo človeštvu pomagalo, da se uspešno spopade s bližajočo se krizo virov. Planete je mogoče rešiti le s kompleksnimi ukrepi. Na nekaterih območjih je bolj priročno uporabljati proizvodnjo energije s pomočjo vetra, nekje - sončnih kolektorjev itd. Toda morda bo glavni dejavnik zmanjšanje porabe energije na splošno in ustvarjanje energetsko varčnih tehnologij. Vsak človek bi moral razumeti, da je odgovoren za planet, in vsak si mora zastaviti vprašanje: "Kakšno energijo izberem za prihodnost?" Preden se premaknete na druge vire, bi se morali vsi zavedati, da je to res potrebno. Le s celostnim pristopom bo mogoče rešiti problem porabe energije.