Энергетика будущего сообщение кратко

Обновлено: 04.07.2024

Энергетика стремительно развивается. С точки зрения обеспечения комфортного проживания будущих поколений на нашей планете, наибольший интерес вызывает альтернативная энергетика, базирующаяся на экологической безопасности и безвредности для здоровья людей.

Итак, давайте рассмотрим наиболее интересные и перспективные источники энергии, которые могут служить основой энергетики будущего.

1. Энергия солнца.

Один из современных трендов в области генерации "экологически чистой" энергии. Главное достоинство - неисчерпаемость ресурса.

Недостатки: сильная зависимость от длительности светового дня и погодных условий, занимание огромных площадей, низкий КПД и высокие издержки, как на внедрение, так и на эксплуатацию. Последний нюанс и тормозит стремительное развитие солнечной энергетики. Тем не менее, данное направление остаётся одним из самых перспективных.

На текущий момент суммарная мощность генерации превысила отметку в 500 ГВт.ч и в ближайшее десятилетие данное значение продолжит стремительно расти. Для сравнения, потребление электроэнергии в Москве составляет около 6 ГВт.ч, что составляет всего 1,2% от установленной мощности солнечных панелей.

Среди стран наибольший вклад в развитие данного направления энергетики вносят Германия, Саудовская Аравия, Италия, Китай и США (по данным "BP Statistical Review of World Energy").

2. Энергия ветра.

Практически неисчерпаема, возобновляема и связана с перемещением воздушных масс. Уже на текущий момент суммарная выработка ветрогенераторов превысила значение в 600 Гвт.ч. Лидерами генерации являются Германия, Италия, Испания, Дания, Великобритания, США и Китай.

Недостатки ветряной энергетики очевидны: высокая себестоимость генерации (связана с дороговизной применяемого оборудования и работ по монтажу). Стоимость генерации напрямую зависит от скорости ветра. Чем она выше, тем больше мощности может выдать установка в сеть.

К тому же добавляется проблема с зависимостью генерации от погодных условий. Данный недостаток можно компенсировать, устанавливая ветрогенераторы в офшорную (прибрежную) зону или добавляя аккумуляторные станции, которые будут запасать электроэнергию с последующей подачей из резерва в безветренное время.

Сочетание солнечной и ветряной энергетики в комплексе выглядит весьма перспективным и привлекательным.

3. Биоэнергия.

Речь идёт о получении энергии из растительного или животного сырья, а также продуктов их жизнедеятельности. В биоэнергетике источником является твёрдое (пеллеты из дров, щепок, стружки, спрессованной соломы), жидкое (биодизель, метанол, этанол) или газообразное (водород, биогаз, метан, этан) биотопливо.

Получают топливо из насыщенных жирами и углеводами сельскохозяйственных культур (сои, бобов, свеклы, тростника), травы, древесины и древесных отходов, а также водорослей. Последняя разновидность на текущий момент является наиболее перспективной и привлекательной, т.к. характеризуется высокой отдачей и не занимает земельных ресурсов.

Биотопливо может использоваться для заправки автотранспорта (биодизель, водород и прочие органические соединения, полученные в ходе комплекса биохимических реакций), отопления жилых и нежилых объектов (пеллеты, топливные гранулы, газ), а также генерации электрической энергии (водород, биогаз).

К недостатку данного направления можно отнести необходимость использования плодородных площадей для нужд энергетики, что ведёт к повышению цен на продукты питания. Исключение - водоросли, массовое применение свойств и полезных качеств которых ожидается в будущем. Подробнее об этом читайте в нашей статье .

4.Энергия волн

Ещё один неиссякаемый источник энергии. Средняя удельная мощность генерации составляет 15 кВт с 1 метра морской (или океанской) волны, а при высоте более 2 метров данное значение достигает 80 кВт/м.

Основной принцип генерации энергии волн - это преобразование поступательных движений качения (вверх-вниз) во вращательное с помощью специального механизма - редуктора. Чем выше интенсивность, тем больше отдача на генератор.

На текущий момент энергию волн рассматривают, как для передачи в сеть обычным потребителям, так и для движения судов. Оснастив плавательные средства генератором волновой энергии, можно самостоятельно обеспечивать текущую потребность в электроэнергии.

Энергия волн активно используется в прибрежных странах. Лидерами по генерации электроэнергии являются Великобритания и Ирландия (обеспечивают 5% от всей потребности в энергии).

5. Энергия гроз

Экспериментальное направление, обладающее огромным потенциалом в будущем. Об использовании энергии гроз уже давно размышляли известные ученые, а именно: Фарадей, Максвелл, Тесла. Это не удивительно, ведь молнии являются источником "экологически чистой" энергии.

Процесс получения энергии гроз делится на 2 этапа:

захват молний;
накопление с последующей отдачей в сеть.

Основные трудности заключаются в том, что это непостоянный источник энергии и в том, что нельзя с высокой точностью предугадать где, куда и в какое время произойдёт очередная вспышка. К тому же один разряд может быть напряжением в миллион вольт с силой тока в 100 тысяч ампер. Запасти такую энергию практически мгновенно довольно сложно.

Тем не менее уже есть целый ряд экспериментальных установок, которые на текущий момент проходят испытания на практике (в основном, курируют и ведут проект в США). Для этого были выбраны наиболее молниеактивные участки нашей планеты (с помощью специальной карты грозовой активности, разработанной "NASA") и построен целый комплекс сооружений (ферм) для захвата гроз, преобразования их энергии и последующей отдачи в сеть. Себестоимость кВт.ч энергии составляет при переводе на наши "деревянные" всего 30 копеек.

Жаль только, что данный источник не может работать постоянно.

Это далеко не все источники энергии будущего, однако, намой взгляд наиболее актуальные и привлекательные с точки зрения экологической безопасности.

Подписывайтесь на наш канал и будьте всегда в курсе новых интересных идей, новых событий и новинок в hi-tech отрасли в самых различных направлениях!

Ни для кого не секрет, что используемые сегодня человечеством ресурсы конечны, более того, их дальнейшая добыча и использование может привести не только к энергетической, но и к экологической катастрофе. Традиционно используемые человечеством ресурсы — уголь, газ и нефть — закончатся уже спустя несколько десятилетий, и меры нужно принимать уже сейчас, в наше время. Конечно, можно надеяться, что мы вновь найдем какое-либо богатое месторождение, так же как было в первой половине прошлого века, однако ученые уверены, что таких крупных залежей уже нет. Но в любом случае даже открытие новых месторождений только отсрочит неизбежное, необходимо найти способы производства альтернативной энергии, и переходить на возобновляемые ресурсы, такие как ветер, солнце, геотермальная энергия, энергия водных потоков и другие, а наряду с этим нужно продолжать разработки энергосберегающих технологий.

В этой статье мы рассмотрим несколько самых перспективных, на взгляд современных ученых, идей, на которых будет строиться энергетика будущего.

Солнечные станции

Люди издавна задумывались над тем, возможно ли использование энергии солнца на земле. Под солнечными лучами нагревали воду, сушили одежду и глиняную посуду перед ее отправкой в печь, однако эти способы нельзя назвать эффективными. Первые технические средства, преобразующие солнечную энергию, появились еще в 18 веке. Французский ученый Ж. Бюффон показал опыт, в котором ему удалось с помощью большого вогнутого зеркала в ясную погоду воспламенить сухое дерево с расстояния около 70 метров. Его соотечественник, известный ученый А. Лавуазье, применял линзы, чтобы концентрировать энергию солнца, а в Англии создали двояковыпуклое стекло, которое, фокусируя солнечные лучи, расплавляло чугун всего за несколько минут.

Возможно уже тогда, осознав, что в космосе такие батареи гораздо эффективнее, ученым пришла идея о создании космических солнечных станций, ведь за час солнце вырабатывать столько энергии, сколько все человечество не потребляет и за год, так почему же не использовать это? Какой будет солнечная энергетика будущего?

С одной стороны кажется, что использование солнечной энергии идеальный вариант. Однако себестоимость огромной космической солнечной станции очень высока, да и к тому же она будет дорога в эксплуатации. Со временем, когда будут введены новые технологии по доставке грузов в космос, а также новые материалы, реализация подобного проекта станет возможной, но пока мы можем пользоваться только относительно небольшими батареями на поверхности планеты. Многие скажут, что это тоже неплохо. Да, возможно в условиях частного дома, но для энергообеспечения больших городов, соответственно, необходимо либо множество солнечных батарей, либо технология, которая сделает их эффективнее.

Касательно солнечной энергии есть и еще один парадокс: затраты на производство. Перевод энергии солнца в электричество напрямую — не самая эффективная вещь. До сих пор еще не найдено способа лучше, чем использовать солнечные лучи для нагревания воды, которая, превращаясь в пар, в свою очередь вращает динамо-машину. В таком случае энергопотеря минимальна. Человечество хочет использовать "экологичные" солнечные панели и солнечные станции, чтобы сохранить ресурсы на земле, однако для подобного проекта потребуется огромное количество тех же ресурсов, и "неэкологичной" энергии. Например, во Франции недавно была построена солнечная электростанция, площадью около двух квадратных километров. Стоимость постройки составила около 110 миллионов евро, не считая затрат на эксплуатацию. При всем этом следует учитывать, что срок службы подобных механизмов составляет около 25 лет.

Ветер

Энергия ветра — также использовалась людьми еще с древности, самым простым примером можно назвать хождение под парусом и ветряные мельницы. Ветряки используются и сейчас, особенно они эффективны в областях с постоянными ветрами, например на побережье. Ученые постоянно выдвигают идеи, как модернизировать уже имеющиеся приспособления для преобразования ветряной энергии, одна из них - ветряки в виде парящих турбин. За счет постоянного вращения они могли бы "висеть" в воздухе на расстоянии нескольких сотен метров от земли, где ветер сильный и постоянный. Это помогло бы в электрификации сельской местности, где невозможно использование стандартных ветряков. К тому же такие парящие турбины могли бы быть оснащены интернет-модулями, с помощью которых осуществлялось бы обеспечение людей доступом в мировую паутину.

Приливы и волны

Бум на солнечную и ветряную энергетику постепенно проходит, и интерес исследователей привлекла другая природная энергия. Более перспективной считается использование приливов и отливов. Уже сейчас этим вопросом занимается около ста компаний по всему миру, существует и несколько проектов, доказавших эффективность данного способа добычи электричества. Преимущество перед солнечной энергетикой в том, что потери при переводе одной энергии в другую минимальны: приливная волна вращает огромную турбину, которая и вырабатывает электричество.

Проект "Устрица" — это идея установить на дне океана шарнирный клапан, который будет подавать воду на берег, тем самым вращая простую гидроэлектрическую турбину. Всего одна такая установка могла бы обеспечить электричеством небольшой микрорайон.

Уже сейчас в Австралии успешно применяют приливные волны: в городе Перте установлены опреснители, работающие на этом типе энергии. Их работа позволяет обеспечить пресной водой около полумиллиона человек. Природная энергетика и промышленность также могут сочетаться в этой отрасли производства энергии.

Использование энергии приливов и отливов несколько отличается от технологий, которые мы привыкли видеть в речных гидроэлектростанциях. Часто ГЭС наносят вред окружающей среде: затопляются прилегающие территории, разрушается экосистема, а вот станции, работающие на приливных волнах, в этом плане гораздо безопаснее.

Энергия человека

Одним из самых фантастических проектов в нашем списке можно назвать использование энергии живых людей. Звучит ошеломляюще и даже несколько ужасающе, но не все так страшно. Ученые лелеют мысль о том, как использовать механическую энергию движения. Речь в этих проектах идет о микроэлектронике и нанотехнологиях с низким энергопотреблением. Пока звучит как утопия, реальных разработок нет, но идея весьма интересная и не покидает умы ученых. Согласитесь, весьма удобны будут устройства, которые подобно часам с автоматической подзаводкой, будут заряжаться от того, что по сенсору проводят пальцем, или от того, что планшет или телефон просто болтается в сумке при ходьбе. Не говоря уж об одежде, которая, наполненная разными микроустройствами, могла бы преобразовывать в электричество энергию движения человека.

Особенно подобные технологии будут эффективны в труднодоступных местах, на полярных станциях, в горах и тайге, среди путешественников и туристов, у которых не всегда есть возможность зарядить свой гаджет, а вот оставаться на связи важно, особенно если группа попала в критическую ситуацию. Как много всего можно было бы предотвратить, если бы у людей всегда было надежное устройство связи, не зависящее "от розетки".

Топливные ячейки водорода

Пожалуй, у каждого владельца авто, глядящего на индикатор количества бензина, приближающийся к нулю, возникала мысль о том, как отлично было бы, если бы машина работала на воде. Но сейчас ее атомы попали в поле зрения ученых как настоящие объекты энергетики. Дело в том, что в частицах водорода — самого распространенного газа во вселенной — содержится громадное количество энергии. Более того, двигатель сжигает этот газ практически без побочных продуктов, то есть, мы получаем очень экологичное топливо.

Водородом заправляют некоторые модули МКС и шатлы, но на Земле он существует в основном в виде соединений, таких как вода. В восьмидесятых годах в России были разработки самолетов, использующих в качестве топлива водород, эти технологии даже применяли на практике, и экспериментальные модели доказали свою эффективность. Когда водород отделяется, он перемещается в специальную топливную ячейку, после чего возможна генерация электричества напрямую. Это не энергетика будущего, это уже реальность. Подобные автомобили уже производятся и довольно большими партиями. Компания Honda, дабы подчеркнуть универсальность источника энергии и авто в целом, провела эксперимент в результате которого машина была подключена к электрической домашней сети, однако не для того, чтобы получить подзарядку. Автомобиль может обеспечивать энергией частный дом в течение нескольких дней, или проехать без дозаправки почти пятьсот километров.

Единственный недостаток подобного источника энергии на данный момент — это относительно высокая стоимость таких экологичных машин, и, конечно, достаточно небольшое количество водородных заправок, однако во многих странах уже планируется их постройка. Например, в Германии уже стоит план об установке ста заправочных станций к 2017 году.

Тепло земли

Превращение тепловой энергии в электричество — это и есть сущность геотермальной энергетики. В некоторых странах, где затруднено использование других отраслей, она используется довольно широко. Например, на Филлипинах 27 % всего электричества приходится именно на геотермальные станции, а в Исландии этот показатель составляет около 30 %. Сущность этого способа добычи энергии довольно проста, механизм схож с простой паровой машиной. До предполагаемого "озера" магмы необходимо пробурить скважину, через которую подается вода. При контакте с раскаленной магмой вода мгновенно превращается в пар. Он поднимается, где крутит механическую турбину, тем самым вырабатывая электричество.

Будущее геотермальной энергетики состоит в том, чтобы найти большие "хранилища" магмы. Например, в вышеупомянутой Исландии это удалось: раскаленная магма за долю секунды превратила всю закачанную воду в пар температурой около 450 градусов по Цельсию, что является абсолютным рекордом. Подобный пар высокого давления способен повысить эффективность геотермальной станции в несколько раз, это может стать толчком к развитию геотермальной энергетики во всем мире, особенно в областях, насыщенных вулканами и термальными источниками.

Использование ядерных отходов

Атомная энергетика, в свое время, произвела настоящий фурор. Так было до тех пор, пока люди не осознали всю опасность этой отрасли энергетики. Аварии возможны, от подобных случаев никто не застрахован, но они весьма редки, а вот радиоактивные отходы появляются стабильно и до недавнего времени ученые не могли решить эту проблему. Дело в том, что стержни урана — традиционное "топливо" АЭС, может быть использовано только на 5 %. После выработки этой небольшой части, весь стержень отправляется на "свалку".

Ранее применялась технология, при которой стержни погружались в воду, которая замедляет нейтроны, поддерживая устойчивую реакцию. Сейчас вместо воды стали использовать жидкий натрий. Эта замена позволяет не только использовать весь объем урана, но и переработать десятки тысяч тонн радиоактивных отходов.

Избавить планету от отходов атомной энергетики важно, но в самой технологии есть одно "но". Уран относится к ресурсам, и его запасы на Земле конечны. В случае если всю планету перевести исключительно на энергию, получаемую от АЭС (к примеру, в США АЭС производят лишь 20% всего потребляемого электричества), запасы урана будут истощены довольно быстро, и это снова приведет человечество на порог энергетического кризиса, так что атомная энергетика, пусть и модернизированная, только временная мера.

Растительное топливо

Еще Генри Форд, создав свою "Модель Т", рассчитывал, что она уже будет работать на биотопливе. Однако в то время были открыты новые нефтяные месторождения, и нужда в альтернативных источниках энергии отпала еще на несколько десятков лет, но теперь снова возвращается.

За последние пятнадцать лет использование растительных видов топлива, таких как этанол и биодизель, возросло в несколько раз. Их используют как самостоятельные источники энергии, так и в качестве добавок к бензину. Некоторое время назад надежды возлагались на особую просяную культуру, получившую название "канола". Она совершенно непригодна в пищу ни для людей, ни для скота, однако обладает высокими показателями масличности. Из этого масла и стали производить "биодизель". Но эта культура займет слишком много места, если попытаться вырастить ее столько, чтобы обеспечить топливом хотя бы часть планеты.

Теперь ученые заговорили об использовании водорослей. Их масличность около 50 %, что позволит так же легко извлекать масло, а отходы можно превращать в удобрения, на основе которых будут выращиваться новые водоросли. Идея считается интересной, но свою жизнеспособность пока что не доказала: публикация об успешных экспериментах в этой области пока не опубликовано.

Термоядерный синтез

Будущая энергетика мира, по мнению современных ученых, невозможна без технологий термоядерного синтеза. Это, на данный момент, самая перспективная разработка, в которую уже вкладывают миллиарды долларов.

В атомных электростанциях используется энергия деления. Она опасна тем, что есть угроза возникновения неуправляемой реакции, которая уничтожит реактор, и приведет к выбросу огромного количества радиоактивных веществ: пожалуй, все помнят аварию на Чернобыльской АЭС.

В реакциях термоядерного синтеза, что следует из названия, используется энергия, выделяемая при слиянии атомов. В результате, в отличие от атомного деления, не образуется никаких радиоактивных отходов.

Главной проблемой является то, что в результате термоядерного синтеза образуется вещество, имеющее настолько высокую температуру, что может уничтожить весь реактор.

Эта энергетика будущего — реальность. И фантазии здесь неуместны, на данный момент на территории Франции уже началась постройка реактора. Несколько миллиардов долларов вложено в экспериментальный проект, который профинансирован многими странами, в число которых, помимо ЕС, входят Китай и Япония, США, Россия и другие. Изначально первые эксперименты планировалось запустить уже в 2016 году, однако расчеты показали, что бюджет слишком мал (вместо 5 миллиардов потребовалось 19), и запуск перенесли еще на 9 лет. Возможно, через несколько лет мы увидим, на что способна термоядерная энергетика.

Проблемы настоящего и возможности будущего

Энергия одни из ценнейших продуктов в современном обществе. Каждый раз как мы включаем свет, давим на газ мы используем энергию. Большую ее часть мы получаем от ископаемого топлива, то что производилось миллионы лет было потрачено за несколько столетий. Мы потребляем столько энергии сколько можем и как следствие раздвигаем границы того что может нам дать земля. Проблема в том, что последние несколько сотен лет большую часть энергии мы вытягивали из земли: уголь, природный газ, нефть и сжигаем мы такую энергию быстрее чем ее производит земля, но хорошая новость в том, что у нас есть выбор. Сегодня мы находим экологически чистую энергию в тех местах, о которых мы даже и мечтать не могли. Оглянитесь вокруг – энергия повсюду!

Солнечная энергия

Солнце – это энергетическая машина, гравитация постоянно соединяет в его ядре атомы водорода превращая в гелий производя огромное количество энергии, которая в конце концов попадает на землю в виде солнечного света. Земля получает около 173 000 тераватт энергии ежегодно.

Для трансформирования солнечной энергии используются солнечные батареи и коллекторы. Батарея преобразует солнечную энергию в электрическую, а коллектор вырабатывает тепловую энергию, также существуют гибридные модели, совмещающие оба вида энергии.

Существует 4 способа преобразование солнечной энергии:

фотоэлектрический;
гелиотермальный;
термовоздушный;
солнечные аэростатные электростанции.

Первый способ самый распространённый. В этом случае используются фотоэлектрические панели, которые под воздействием солнца вырабатывают электрическую энергию. Такие панели создаются из кремния. Чаще всего размешаются на крышах домов.

Гелиотермальная энергетика основывается на принципе нагрева поверхности в коллекторе.

Термовоздушный способ преобразования энергии подразумевает под собой получение энергии потока воздуха, который направляется в турбогенератор.

Аэростатные электростанции основаны на действии солнечной энергии, которая в аэростатном баллоне генерирует водяной пар.

Солнечная энергия – это наше будущее. В настоящее время человек совершает лишь первые шаги к раскрытию истинного потенциала Солнца.

Ветровая энергия

Ветреная энергетика одна из самых быстро развивающихся на земле. Именно ветроэнергетика сможет заменить угольную промышленность.

У нашей страны огромный потенциал использования ветровой энергии, связано это с расположением в различных географических и климатических зонах. Крупнейшие ветропарки России расположены в Крыму (общей мощностью около 60 МВт), в Калининградской области (5 МВт), на Чукотке и в Башкортостане (по 2,2 МВт). В различной степени готовности находятся проекты ветроэлектростанций мощностью от 30 до 70 МВт в Ленинградской, Калининградской областях, в Краснодарском крае, в Карелии, на Алтае и Камчатке.

Ветряные станции могут быть построены как на земле, так и на море, где бывают достаточно сильные ветра. Основание ветровых станций устанавливается в море на глубине около 100 метров.

Выработка электричества в таких электростанциях осуществляется за счет вращения лопастей, подключенных к генератору. Большая электростанция способна обеспечить основные нужды. Небольшие турбины и ветряки применяются в качестве автономных электрогенераторов.

Геотермальная энергетика

Геотермальные электростанции получают энергию из земли – это возобновляемый источник, вырабатывающий энергию практически бесплатно. Главное достоинство – неиссякаемость и полная независимость от окружающей среды, времени суток и года. Воду или смесь воды и пара в зависимости от температуры можно использовать как для горячего водоснабжения и теплоснабжения, так и для выработки электроэнергии или же одновременно всех этих целей.

В мире не так много геотермальных электростанций приблизительно около 100, главным примером является Исландия тут их 10 с каждым годом количество растет. В Исландии 80% жилых домов обогревается с помощью горячей воды, добытой из геотермальных скважин под городом Рейкьявик.

Почему таких электростанций так мало?

Дело в том, что расстояние от земли до магмы должно быть относительно небольшое (2-3 км от привычных 10-12 км) и такие участки земли существуют лишь в нескольких местах по всему миру.

Можно выделить 4 основные типа ресурсов геотермальной энергии:

поверхностное тепло земли, используемое тепловыми насосами;
энергетические ресурсы пара, горячей и теплой воды у поверхности земли, которые сейчас используются в производстве электрической энергии;
теплота, сосредоточенная глубоко под поверхностью земли (возможно, при отсутствии воды);
энергия магмы и теплота, которая накапливается под вулканами.

Российские геотермальные электростанции:

Мутновская
Паужетская
Верхне-Мутновская
Океанская
Менделеевская

В Ставропольском крае на Каясулинском месторождении начато и приостановлено строительство дорогостоящей опытной Ставропольской ГеоТЭС мощностью 3 МВт. В Краснодарском крае эксплуатируется 12 геотермальных месторождений.

Cуществует три схемы производства электроэнергии с использованием гидротермальных ресурсов: прямая с использованием сухого пара, непрямая с использованием водяного пара и смешанная схема производств. Тип преобразования зависит от состояния среды (пар или вода) и ее температуры.

Энергия океана

Океан занимает две трети земной поверхности. Для преобразования термальной энергии океана были созданы установки мини-ОТЕС и ОТЕС-1 (ОТЕС — начальные буквы английских слов Осеаn Тhеrmal Energy Conversion).

Три насоса необходимо для функционирования системы ОТЕС: один — для подачи теплой воды из океана, второй — для подкачки холодной воды с глубины около 700 м, третий — для перекачки вторичной рабочей жидкости внутри самой системы, т. е. из конденсатора в испаритель. В качестве вторичной рабочий жидкости применяется аммиак

Океан дает нам возможность использовать не только термальную энергию, но и энергию приливов и отливов в этом нам помогают приливные электростанции. На территории России существует 3 пободные электростанции:

Кислогубская
Северная
Пенжинская

Приливные электростанции — это мировой тренд они существуют во Франции, Великобритании, Канаде, Китае, Индии, США и многих других странах. Станций, вырабатывающих электроэнергию за счет силы воды, определенно большое будущее.

При использовании альтернативной энергетики не стоит отдавать предпочтение одному виду, стоит рационально оценивать климатические и географические возможности.

Для учеников 1-11 классов и дошкольников
Бесплатные сертификаты учителям и участникам

Описание презентации по отдельным слайдам:

ПРОЕКТ ПО ТЕХНОЛОГИИ на тему: электроэнергетика будущего

Электроэнергетика - это область экономики, охватывающая выработку, преобразование, передачу и использование электроэнергии. Для получения электроэнергии используются различные источники энергии. Поэтому рассмотрим энергетику в общем.

Энергетика будущего: реальность и фантазии. Альтернативные источники энергии Ни для кого не секрет, что используемые сегодня человечеством ресурсы конечны, более того, их дальнейшая добыча и использование может привести не только к энергетической, но и к экологической катастрофе. Традиционно используемые человечеством ресурсы — уголь, газ и нефть — закончатся уже спустя несколько десятилетий, и меры нужно принимать уже сейчас, в наше время. Конечно, можно надеяться, что мы вновь найдем какое-либо богатое месторождение, так же как было в первой половине прошлого века, однако ученые уверены, что таких крупных залежей уже нет. Но в любом случае даже открытие новых месторождений только отсрочит неизбежное, необходимо найти способы производства альтернативной энергии, и переходить на возобновляемые ресурсы, такие как ветер, солнце, геотермальная энергия, энергия водных потоков и другие, а наряду с этим нужно продолжать разработки энергосберегающих технологий.

Солнечные станции Люди издавна задумывались над тем, возможно ли использование энергии солнца на земле. Под солнечными лучами нагревали воду, сушили одежду и глиняную посуду перед ее отправкой в печь, однако эти способы нельзя назвать эффективными. Первые технические средства, преобразующие солнечную энергию, появились еще в 18 веке. Французский ученый Ж. Бюффон показал опыт, в котором ему удалось с помощью большого вогнутого зеркала в ясную погоду воспламенить сухое дерево с расстояния около 70 метров. Его соотечественник, известный ученый А. Лавуазье, применял линзы, чтобы концентрировать энергию солнца, а в Англии создали двояковыпуклое стекло, которое, фокусируя солнечные лучи, расплавляло чугун всего за несколько минут.

Естествоиспытатели проводили множество опытов, которые доказывали, что использование энергии солнца на земле возможно. Однако солнечная батарея, которая превращала бы солнечную энергию в механическую, появилась сравнительно недавно, в 1953 году. Ее создали ученые из Национального аэрокосмического агентства США. Уже в 1959 году солнечную батарею впервые применили для оснащения космического спутника. Возможно уже тогда, осознав, что в космосе такие батареи гораздо эффективнее, ученым пришла идея о создании космических солнечных станций, ведь за час солнце вырабатывать столько энергии, сколько все человечество не потребляет и за год, так почему же не использовать это? Какой будет солнечная энергетика будущего? С одной стороны кажется, что использование солнечной энергии идеальный вариант. Однако себестоимость огромной космической солнечной станции очень высока, да и к тому же она будет дорога в эксплуатации. Со временем, когда будут введены новые технологии по доставке грузов в космос, а также новые материалы, реализация подобного проекта станет возможной, но пока мы можем пользоваться только относительно небольшими батареями на поверхности планеты. Многие скажут, что это тоже неплохо. Да, возможно в условиях частного дома, но для энергообеспечения больших городов, соответственно, необходимо либо множество солнечных батарей, либо технология, которая сделает их эффективнее.

Экономическая сторона вопроса здесь тоже присутствует: любой бюджет сильно пострадает, если на него будет возложена задача перевести целый город (или всю страну) на солнечные батареи. Казалось бы, можно обязать жителей городов выплачивать некоторые суммы на переоснащение, но в таком случае недовольны будут они, ведь если бы люди готовы были бы пойти на такие траты, они уже давно сделали бы это сами: возможность купить солнечную батарею есть у каждого. Касательно солнечной энергии есть и еще один парадокс: затраты на производство. Перевод энергии солнца в электричество напрямую — не самая эффективная вещь. До сих пор еще не найдено способа лучше, чем использовать солнечные лучи для нагревания воды, которая, превращаясь в пар, в свою очередь вращает динамо-машину. В таком случае энергопотеря минимальна. Человечество хочет использовать "экологичные" солнечные панели и солнечные станции, чтобы сохранить ресурсы на земле, однако для подобного проекта потребуется огромное количество тех же ресурсов, и "неэкологичной" энергии. Например, во Франции недавно была построена солнечная электростанция, площадью около двух квадратных километров. Стоимость постройки составила около 110 миллионов евро, не считая затрат на эксплуатацию. При всем этом следует учитывать, что срок службы подобных механизмов составляет около 25 лет.

Ветер Энергия ветра — также использовалась людьми еще с древности, самым простым примером можно назвать хождение под парусом и ветряные мельницы. Ветряки используются и сейчас, особенно они эффективны в областях с постоянными ветрами, например на побережье. Ученые постоянно выдвигают идеи, как модернизировать уже имеющиеся приспособления для преобразования ветряной энергии, одна из них - ветряки в виде парящих турбин. За счет постоянного вращения они могли бы "висеть" в воздухе на расстоянии нескольких сотен метров от земли, где ветер сильный и постоянный. Это помогло бы в электрификации сельской местности, где невозможно использование стандартных ветряков. К тому же такие парящие турбины могли бы быть оснащены интернет-модулями, с помощью которых осуществлялось бы обеспечение людей доступом в мировую паутину.

Приливы и волны Бум на солнечную и ветряную энергетику постепенно проходит, и интерес исследователей привлекла другая природная энергия. Более перспективной считается использование приливов и отливов. Уже сейчас этим вопросом занимается около ста компаний по всему миру, существует и несколько проектов, доказавших эффективность данного способа добычи электричества. Преимущество перед солнечной энергетикой в том, что потери при переводе одной энергии в другую минимальны: приливная волна вращает огромную турбину, которая и вырабатывает электричество. Проект "Устрица" — это идея установить на дне океана шарнирный клапан, который будет подавать воду на берег, тем самым вращая простую гидроэлектрическую турбину. Всего одна такая установка могла бы обеспечить электричеством небольшой микрорайон. undefined Уже сейчас в Австралии успешно применяют приливные волны: в городе Перте установлены опреснители, работающие на этом типе энергии. Их работа позволяет обеспечить пресной водой около полумиллиона человек. Природная энергетика и промышленность также могут сочетаться в этой отрасли производства энергии. Использование энергии приливов и отливов несколько отличается от технологий, которые мы привыкли видеть в речных гидроэлектростанциях. Часто ГЭС наносят вред окружающей среде: затопляются прилегающие территории, разрушается экосистема, а вот станции, работающие на приливных волнах, в этом плане гораздо безопаснее.

Топливные ячейки водорода Пожалуй, у каждого владельца авто, глядящего на индикатор количества бензина, приближающийся к нулю, возникала мысль о том, как отлично было бы, если бы машина работала на воде. Но сейчас ее атомы попали в поле зрения ученых как настоящие объекты энергетики. Дело в том, что в частицах водорода — самого распространенного газа во вселенной — содержится громадное количество энергии. Более того, двигатель сжигает этот газ практически без побочных продуктов, то есть, мы получаем очень экологичное топливо. Водородом заправляют некоторые модули МКС и шатлы, но на Земле он существует в основном в виде соединений, таких как вода. В восьмидесятых годах в России были разработки самолетов, использующих в качестве топлива водород, эти технологии даже применяли на практике, и экспериментальные модели доказали свою эффективность. Когда водород отделяется, он перемещается в специальную топливную ячейку, после чего возможна генерация электричества напрямую. Это не энергетика будущего, это уже реальность. Подобные автомобили уже производятся и довольно большими партиями. Компания Honda, дабы подчеркнуть универсальность источника энергии и авто в целом, провела эксперимент в результате которого машина была подключена к электрической домашней сети, однако не для того, чтобы получить подзарядку. Автомобиль может обеспечивать энергией частный дом в течение нескольких дней, или проехать без дозаправки почти пятьсот километров. Единственный недостаток подобного источника энергии на данный момент — это относительно высокая стоимость таких экологичных машин, и, конечно, достаточно небольшое количество водородных заправок, однако во многих странах уже планируется их постройка. Например, в Германии уже стоит план об установке ста заправочных станций к 2017 году.

Тепло земли Превращение тепловой энергии в электричество — это и есть сущность геотермальной энергетики. В некоторых странах, где затруднено использование других отраслей, она используется довольно широко. Например, на Филлипинах 27 % всего электричества приходится именно на геотермальные станции, а в Исландии этот показатель составляет около 30 %. Сущность этого способа добычи энергии довольно проста, механизм схож с простой паровой машиной. До предполагаемого "озера" магмы необходимо пробурить скважину, через которую подается вода. При контакте с раскаленной магмой вода мгновенно превращается в пар. Он поднимается, где крутит механическую турбину, тем самым вырабатывая электричество. Будущее геотермальной энергетики состоит в том, чтобы найти большие "хранилища" магмы. Например, в вышеупомянутой Исландии это удалось: раскаленная магма за долю секунды превратила всю закачанную воду в пар температурой около 450 градусов по Цельсию, что является абсолютным рекордом. Подобный пар высокого давления способен повысить эффективность геотермальной станции в несколько раз, это может стать толчком к развитию геотермальной энергетики во всем мире, особенно в областях, насыщенных вулканами и термальными источниками.

Читайте также: