Druhy energie: tradičné a alternatívne. Energia budúcnosti

2024 Autor: Howard Calhoun | [email protected]. Naposledy zmenené: 2023-12-17 10:39

Všetky existujúce oblasti energetiky možno podmienečne rozdeliť na zrelé, rozvíjajúce sa a v štádiu teoretického štúdia. Niektoré technológie sú dostupné na implementáciu aj v súkromnom hospodárstve, zatiaľ čo iné je možné použiť len v rámci priemyselnej podpory. Moderné druhy energií je možné posudzovať a hodnotiť z rôznych pozícií, ale zásadný význam majú univerzálne kritériá ekonomickej realizovateľnosti a efektívnosti výroby. V mnohých ohľadoch sa dnes koncepty využívania tradičných a alternatívnych technológií výroby energie v týchto parametroch rozchádzajú.

Tradičná energia

Toto je široká vrstva zavedených teplárenských a energetických odvetví, ktoré poskytujú približne 95 % svetových spotrebiteľov energie. Generovanie zdroja prebieha na špeciálnych staniciach - sú to objekty tepelných elektrární, vodných elektrární, jadrových elektrární atď. Pracujú s hotovou surovinovou základňou, v procese spracovania ktorej cieľová energia sa generuje. Rozlišujú sa tieto stupne výroby energie:

• Výroba, príprava a dodávka surovín dopredmet výroby jedného alebo druhého druhu energie. Môžu to byť procesy získavania a obohacovania paliva, spaľovania ropných produktov atď.
• Prenos surovín do jednotiek a zostáv, ktoré priamo premieňajú energiu.
• Procesy premeny energie z primárnej na sekundárnu. Tieto cykly nie sú prítomné na všetkých staniciach, ale napríklad pre pohodlie dodávky a následnej distribúcie energie je možné využiť jej rôzne formy - hlavne teplo a elektrinu.
• Údržba hotovej premenenej energie, jej prenos a distribúcia.

V záverečnej fáze je zdroj odoslaný koncovým používateľom, ktorými môžu byť sektory národného hospodárstva aj bežní vlastníci domov.

Tepelná energetika

Najčastejší energetický priemysel v Rusku. Tepelné elektrárne v krajine vyrábajú viac ako 1 000 MW s použitím uhlia, plynu, ropných produktov, bridlicových ložísk a rašeliny ako suroviny. Vyrobená primárna energia sa ďalej premieňa na elektrickú energiu. Technologicky majú takéto stanice množstvo výhod, ktoré určujú ich popularitu. Patrí medzi ne nenáročnosť na prevádzkové podmienky a jednoduchosť technickej organizácie pracovného toku.

Tepelnoenergetické zariadenia vo forme kondenzačných zariadení a zariadení na kombinovanú výrobu elektriny a tepla je možné vybudovať priamo v priestoroch, kde sa ťaží spotrebný zdroj alebo kde sa nachádza odberateľ. Sezónne výkyvy neovplyvňujú stabilitu staníc, čo naprzdroje energie sú spoľahlivé. Ale TPP majú aj nevýhody, medzi ktoré patrí používanie vyčerpateľných zdrojov paliva, znečistenie životného prostredia, potreba pripojiť veľké množstvo pracovných zdrojov atď.

Hydropower

Hydraulické konštrukcie vo forme energetických rozvodní sú určené na výrobu elektriny v dôsledku premeny energie vodného toku. To znamená, že technologický proces generovania je zabezpečený kombináciou umelých a prírodných javov. Stanica počas prevádzky vytvára dostatočný tlak vody, ktorá je následne nasmerovaná na lopatky turbíny a uvádza do činnosti elektrické generátory. Hydrologické druhy energie sa líšia typom použitých jednotiek, konfiguráciou interakcie zariadení s prirodzenými vodnými tokmi atď. Podľa ukazovateľov výkonnosti možno rozlíšiť tieto typy vodných elektrární:

• Malý – generuje až 5 MW.
• Stredné – do 25 MW.
• Výkon – viac ako 25 MW.

Aplikuje sa aj klasifikácia v závislosti od sily tlaku vody:

• Nízkotlakové stanice – do 25 m.
• Stredný tlak – od 25 m.
• Vysoký tlak – nad 60 m.

Výhody vodných elektrární zahŕňajú šetrnosť k životnému prostrediu, ekonomickú dostupnosť (bezplatná energia), nevyčerpateľné pracovné zdroje. Hydraulické stavby si zároveň vyžadujú veľké počiatočné náklady na technickú organizáciu skladovacej infraštruktúry a majú tiež obmedzeniageografická poloha staníc – len tam, kde rieky poskytujú dostatočný tlak vody.

Priemysel jadrovej energetiky

V istom zmysle ide o poddruh tepelnej energie, ale v praxi sú výkonové ukazovatele jadrových elektrární rádovo vyššie ako tepelných elektrární. Rusko využíva plné cykly výroby jadrovej energie, čo umožňuje výrobu veľkého množstva energetických zdrojov, ale existujú aj obrovské riziká používania technológií spracovania uránovej rudy. Diskusiu o otázkach bezpečnosti a popularizáciu úloh najmä tohto odvetvia vykonáva ANO „Informačné centrum pre jadrovú energetiku“, ktoré má zastúpenia v 17 regiónoch Ruska.

Reaktor hrá kľúčovú úlohu pri realizácii procesov výroby jadrovej energie. Toto je jednotka určená na podporu reakcií štiepenia atómov, ktoré sú zase sprevádzané uvoľňovaním tepelnej energie. Existujú rôzne typy reaktorov, ktoré sa líšia typom použitého paliva a chladiacej kvapaliny. Najbežnejšie používaná konfigurácia je s ľahkovodným reaktorom, ktorý ako chladivo používa obyčajnú vodu. Uránová ruda je hlavným spracovateľským zdrojom v jadrovej energetike. Z tohto dôvodu sú jadrové elektrárne zvyčajne navrhnuté tak, aby umiestňovali reaktory v blízkosti ložísk uránu. Dnes je v Rusku v prevádzke 37 reaktorov, ktorých celková výrobná kapacita je približne 190 miliárd kWh/rok.

Charakteristiky alternatívnej energie

Takmer všetky zdroje alternatívnej energie sa porovnávajú priaznivofinančná dostupnosť a šetrnosť k životnému prostrediu. V skutočnosti je v tomto prípade spracovaný zdroj (ropa, plyn, uhlie atď.) nahradený prírodnou energiou. Môže to byť slnečné svetlo, veterné prúdy, zemské teplo a iné prírodné zdroje energie, s výnimkou hydrologických zdrojov, ktoré sa dnes považujú za tradičné. Alternatívne energetické koncepcie existujú už dlho, ale dodnes zaberajú malý podiel na celkovej svetovej zásobe energie. Oneskorenie rozvoja týchto odvetví je spojené s problémami v technologickej organizácii procesov výroby elektriny.

Aký je však dnes dôvod aktívneho rozvoja alternatívnej energie? Do značnej miery potreba znížiť mieru znečisťovania životného prostredia a environmentálnych problémov vo všeobecnosti. V blízkej budúcnosti tiež môže ľudstvo čeliť vyčerpaniu tradičných zdrojov využívaných pri výrobe energie. Aj napriek organizačným a ekonomickým prekážkam sa preto stále viac pozornosti venuje projektom rozvoja alternatívnych foriem energie.

Geotermálna energia

Jeden z najbežnejších spôsobov získavania energie v domácnosti. Geotermálna energia vzniká v procese akumulácie, prenosu a premeny vnútorného tepla Zeme. V priemyselnom meradle sú podzemné horniny obsluhované v hĺbkach do 2-3 km, kde teplota môže presiahnuť 100°C. Pokiaľ ide o individuálne využitie geotermálnych systémov, častejšie sa používajú povrchové akumulátory, ktoré sa nenachádzajú v hĺbkach vrtov, alehorizontálne. Na rozdiel od iných prístupov k výrobe alternatívnej energie sa takmer všetky zdroje geotermálnej energie vo výrobnom cykle nezaobídu bez kroku konverzie. To znamená, že primárna tepelná energia sa v rovnakej forme dodáva konečnému spotrebiteľovi. Preto sa používa taký koncept ako geotermálne vykurovacie systémy.

Slnečná energia

Jedna z najstarších alternatívnych energetických koncepcií, využívajúca fotovoltaické a termodynamické systémy ako skladovacie zariadenia. Na implementáciu metódy fotoelektrickej generácie sa používajú konvertory energie svetelných fotónov (kvantá) na elektrinu. Termodynamické inštalácie sú funkčnejšie a vďaka solárnym tokom môžu generovať teplo elektrinou aj mechanickou energiou na vytvorenie hnacej sily.

Schémy sú pomerne jednoduché, ale pri prevádzke takýchto zariadení je veľa problémov. Je to spôsobené tým, že slnečná energia sa v zásade vyznačuje množstvom znakov: nestabilitou v dôsledku denných a sezónnych výkyvov, závislosťou od počasia, nízkou hustotou svetelných tokov. Preto sa vo fáze návrhu solárnych panelov a batérií venuje veľká pozornosť štúdiu meteorologických faktorov.

Vlnová energia

Proces výroby elektriny z vĺn nastáva ako výsledok transformácie energie prílivu a odlivu. Srdcom väčšiny elektrární tohto typu je bazén,ktorá sa organizuje buď pri oddelení ústia rieky, alebo blokovaním zálivu hrádzou. V vytvorenej bariére sú usporiadané priepusty s hydraulickými turbínami. Pri zmene hladiny vody počas prílivu sa lopatky turbíny otáčajú, čo prispieva k výrobe elektriny. Čiastočne je tento typ energie podobný princípom fungovania vodných elektrární, ale mechanika interakcie so samotným vodným zdrojom má značné rozdiely. Vlnové stanice je možné použiť na pobrežiach morí a oceánov, kde hladina vody stúpne do 4 m, vďaka čomu je možné generovať výkon až 80 kW/m. Nedostatok takýchto štruktúr je spôsobený tým, že priepusty narúšajú výmenu sladkej a morskej vody, čo negatívne ovplyvňuje život morských organizmov.

Veterná energia

Ďalší spôsob výroby elektriny dostupný na použitie v súkromných domácnostiach, vyznačujúci sa technologickou jednoduchosťou a ekonomickou dostupnosťou. Kinetická energia vzdušných hmôt pôsobí ako spracovaný zdroj a motor s rotujúcimi lopatkami funguje ako batéria. Veterná energia zvyčajne využíva generátory elektrického prúdu, ktoré sa aktivujú v dôsledku rotácie vertikálnych alebo horizontálnych rotorov s vrtuľami. Priemerná domáca stanica tohto typu je schopná generovať 2-3 kW.

Energetické technológie budúcnosti

Podľa odborníkov bude do roku 2100 spoločný podiel uhlia a ropy na globálnej bilancii približne 3 %, čo by malo stlačiť termonukleárnu energiuako druhotný zdroj energie. Na prvom mieste by sa mali dostať solárne stanice, ako aj nové koncepty premeny vesmírnej energie založené na bezdrôtových prenosových kanáloch. Procesy stať sa energiou budúcnosti by sa mali začať už v roku 2030, kedy príde obdobie opustenia zdrojov uhľovodíkových palív a prechodu na „čisté“a obnoviteľné zdroje.

Russian Energy Outlook

Budúcnosť domácej energetiky je spojená najmä s rozvojom tradičných spôsobov premeny prírodných zdrojov. Kľúčové miesto v priemysle bude musieť zaujať jadrová energetika, ale v kombinovanej verzii. Infraštruktúra jadrových elektrární bude musieť byť doplnená o prvky vodného inžinierstva a prostriedky na spracovanie ekologických biopalív. Nie posledné miesto v možných perspektívach rozvoja je dané solárnym batériám. V Rusku aj dnes tento segment ponúka veľa atraktívnych nápadov - najmä panely, ktoré môžu fungovať aj v zime. Batérie premieňajú energiu svetla ako takého aj bez tepelnej záťaže.

Záver

Moderné problémy s dodávkami energie stavajú najväčšie štáty pred výber medzi energiou a čistotou životného prostredia pri výrobe tepla a elektriny. Väčšina rozvinutých alternatívnych zdrojov energie so všetkými ich výhodami nie je schopná plne nahradiť tradičné zdroje, ktoré je možné využívať ešte niekoľko desaťročí. Energie budúcnosti je preto veľaodborníci ho prezentujú ako akúsi symbiózu rôznych koncepcií výroby energie. Navyše sa očakávajú nové technológie nielen na priemyselnej úrovni, ale aj v domácnostiach. V tomto ohľade si možno všimnúť princípy gradientu teploty a biomasy pri výrobe energie.