Günümüzde dünyadaki ana enerji kaynakları kömür, petrol ve doğal gazdır. Bu yakıtın tamamı fosil yakıttır, çünkü milyonlarca yıl önce dünya üzerinde var olan fosilleşmiş hayvan ve bitki kalıntılarından gelmektedir. Bu yakıt evleri, diğer binaları ve araçları ısıtmak için kullanılır. Fosil yakıt yenilenemeyen bir kaynaktır. Yani tüm bu yakıt türlerinden Dünya üzerinde sınırlı miktarda bulunmaktadır.
Bu nedenle bilim insanları, sayısı sınırlı olmayacak başka enerji kaynakları bulmak için sürekli çalışmaktadır. Yenilenebilir enerji kaynakları daha temizdir ve fosil yakıtlarla aynı çevresel etkiye sahip değildir. Alternatif enerji kaynakları şunları içerir: güneş enerjisi, hidroelektrik ve rüzgar.
Güneş panelleri yardımıyla güneş ısısını biriktirebilir ve bunu evleri ve diğer binaları ısıtmak için kullanabilirsiniz. Akan su aynı zamanda enerji de üretir. Düşerken su türbini döndürerek elektrik üreten jeneratörü çalıştırır. Rüzgar enerjisini elektriğe dönüştürmek için de türbinler kullanılıyor.
Nükleer enerji önemli enerji kaynaklarından biridir; atom çekirdeği bölündüğünde açığa çıkar. Yenilenebilir kaynakları kullanarak enerji üretmek için bilim adamları, bu tür enerjinin üretilmesine yönelik teknolojinin maliyetinin azaltılmasıyla ilgili sorunu henüz çözmüş değiller.
Farklı enerji kaynakları nelerdir sorusunun cevabını okudunuz mu? ve materyali beğendiyseniz yer imlerinize ekleyin - »Farklı enerji kaynakları nelerdir?? .
- Fotosentez bizim için önemli mi? Dünyadaki tüm yaşam güneş enerjisi sayesinde var oluyor. Güneş ışınlarıyla aydınlatılan bitkiler sanki kendilerine çekiliyor ve besinleri - karbonhidratları biriktiriyor. Bu sürece fotosentez denir. Buna karşılık, bitkileri yiyecek olarak tüketen insanlar ve hayvanlar, yaşam için gerekli enerjiyi onlardan alırlar. Güneşin gücü bize ısı ve ışık şeklinde ulaşır. Isı rüzgar tarafından üretilir ve rüzgar, suya ihtiyaç duyulan yağmur bulutlarını hareket ettirir.Bir nükleer reaktör nasıl çalışır? Bir nükleer reaktör, uranyumun bozunmasından elde edilen enerjiyi kullanır. Elektriğin üretildiği ısıyı sağlar. Bütün nükleer santrallerin çalışma prensibi budur. Nükleer reaktör, su buharı üreten devasa bir kazandır. Buhar da akım üreten bir turbojeneratörü döndürür. Enerjinin serbest bırakılmasıyla nükleer yakıt ortadan kaybolmaz. Nükleer enerjinin diğer dallarında da kullanılabilir. Nükleer reaktör 1942'de Chicago'da (ABD) Enrico Fermi tarafından kuruldu.
Neden şimdi şu soru her zamankinden daha şiddetli bir şekilde ortaya çıktı: İnsanlığı ne bekliyor; enerji açlığı mı yoksa enerji bolluğu mu? Enerji krizine ilişkin yazılar gazete ve dergilerin sayfalarından çıkmıyor. Petrol yüzünden savaşlar çıkıyor, devletler zenginleşip fakirleşiyor, hükümetler değişiyor. Gazete sansasyonları, enerji alanında yeni tesislerin devreye alındığına veya yeni buluşlara ilişkin haberlere yer vermeye başladı. Uygulanması çok büyük çabalar ve çok büyük maddi maliyetler gerektirecek devasa enerji programları geliştiriliyor.
Geçen yüzyılın sonunda, şu anda en yaygın enerji olan enerji, genel olarak küresel dengede yardımcı ve önemsiz bir rol oynadıysa, o zaman 1930'da dünyada yaklaşık 300 milyar kilovatsaat elektrik üretildi. Tahmin oldukça gerçekçi, buna göre 2000 yılında 30 bin milyar kilovatsaat üretilecek! Devasa rakamlar, benzeri görülmemiş büyüme oranları! Yine de çok az enerji olacak ve buna olan ihtiyaç daha da hızlı artıyor.
İnsanların maddi ve nihayetinde manevi kültür düzeyi, doğrudan onların emrindeki enerji miktarına bağlıdır. Maden çıkarmak, metali eritmek, ev inşa etmek, herhangi bir şey yapmak için enerji harcamanız gerekir. Ancak insan ihtiyaçları her geçen gün artıyor ve giderek daha fazla insan var.
Peki neden duralım? Bilim adamları ve mucitler uzun süredir başta elektrik enerjisi olmak üzere enerji üretmenin birçok yolunu geliştirdiler. O halde giderek daha fazla enerji santrali inşa edelim ve ihtiyaç duyulan kadar enerji elde edelim! Karmaşık bir soruna yönelik bu görünüşte bariz çözümün birçok tuzakla dolu olduğu ortaya çıkıyor.
Doğanın amansız kanunları, kullanıma uygun enerjinin ancak diğer formlardan dönüştürülmesiyle elde edilebileceğini belirtmektedir. Sözüm ona enerji üreten ve onu hiçbir yerden almayan sürekli hareket makinelerinin bulunması ne yazık ki imkansızdır. Ve günümüz dünya enerji ekonomisinin yapısı öyle bir gelişme göstermiştir ki, üretilen her beş kilovattan dördü, prensipte ilkel insanın ısınma yöntemiyle yani yakıt yakarak veya enerji kullanarak elde edilmektedir. içinde depolanan kimyasal enerji, termik santrallerde elektriğe dönüştürülür.
Elbette yakıt yakma yöntemleri çok daha karmaşık ve gelişmiş hale geldi.
Yeni faktörler - artan petrol fiyatları, nükleer enerjinin hızlı gelişimi, çevre koruma gereksinimlerinin artması - enerjiye yeni bir yaklaşım gerektirdi.
Enerji Programının geliştirilmesinde ülkemizin en önde gelen bilim insanları, çeşitli bakanlık ve bakanlıklardan uzmanlar görev aldı. Elektronik bilgisayarlar, en son matematiksel modelleri kullanarak ülkenin gelecekteki enerji dengesinin yapısına ilişkin yüzlerce seçeneği hesapladı. Ülkenin önümüzdeki onyıllar için enerji geliştirme stratejisini belirleyen temel çözümler bulundu.
Yakın geleceğin enerji sektörü hâlâ yenilenemeyen kaynaklara dayalı termik enerji üretimine dayalı olacak olsa da yapısı değişecek. Yağ kullanımı azaltılmalıdır. Nükleer santrallerde elektrik üretimi önemli ölçüde artacak. Halen el değmemiş devasa ucuz kömür rezervlerinin kullanımı, örneğin Kuznetsk, Kansk-Achinsk ve Ekibastuz havzalarında başlayacak. Ülkedeki rezervleri diğer ülkelerdeki rezervlerin çok üzerinde olan doğalgaz yaygın olarak kullanılacak.
Ülkenin enerji programı, 21. yüzyılın arifesinde teknolojimizin ve ekonomimizin temelini oluşturmaktadır.
Ancak bilim insanları aynı zamanda Enerji Programı tarafından belirlenen son tarihlerin ötesinde ileriye de bakıyorlar. 21. yüzyılın eşiğindeler ve üçüncü bin yılın gerçeklerinin ayık bir şekilde farkındalar. Ne yazık ki petrol, gaz ve kömür rezervleri hiçbir şekilde sonsuz değildir. Doğanın bu rezervleri oluşturması milyonlarca yıl sürdü; yüzlerce yıl içinde tükenecekler. Bugün dünya, dünyevi zenginliklerin yağmalanarak yağmalanmasını nasıl önleyebileceğini ciddi olarak düşünmeye başladı. Sonuçta, yakıt rezervleri ancak bu koşullar altında yüzyıllarca dayanabilir. Maalesef petrol üreten birçok ülke bugün yaşıyor. Doğanın kendilerine verdiği petrol rezervlerini acımasızca tüketiyorlar. Şimdi bu ülkelerin çoğu, özellikle de Basra Körfezi bölgesi, bu rezervlerin birkaç on yıl içinde kuruyacağını düşünmeden tam anlamıyla altın içinde yüzüyor. Petrol ve doğalgaz sahaları tükendiğinde ne olacak ve bu er ya da geç gerçekleşecek mi? Sadece enerji için değil aynı zamanda ulaşım ve kimya için de gerekli olan petrol fiyatlarındaki artış, bizi petrol ve gazın yerini almaya uygun diğer yakıt türlerini düşünmeye zorladı. Kendi petrol ve gaz rezervlerine sahip olmayan ve bunları satın almak zorunda kalan ülkeler o zamanlar özellikle düşünceli hale geldi.
Bu arada, dünya çapında giderek daha fazla sayıda bilimsel mühendis, insanlığa enerji sağlama endişelerinin en azından bir kısmını üstlenebilecek yeni, alışılmadık kaynaklar arıyor. Araştırmacılar bu soruna farklı şekillerde çözüm arıyorlar. Elbette en cazip olanı sonsuz, yenilenebilir enerji kaynaklarının kullanılmasıdır - akan suyun ve rüzgarın enerjisi, okyanus gelgitleri, dünyanın iç kısmının sıcaklığı, güneş. Nükleer enerjinin gelişimine çok dikkat ediliyor, bilim adamları yıldızlarda meydana gelen süreçleri Dünya'da yeniden üretmenin ve onlara devasa enerji rezervleri sağlamanın yollarını arıyorlar.
Enerji – her şeyin başladığı yer
Bugün bize insanın gelişimi ve ilerlemesinin hayal edilemeyecek kadar yavaş olduğu görünebilir. Kelimenin tam anlamıyla doğadan iyilik beklemek zorunda kaldı. Soğuğa karşı neredeyse savunmasızdı, sürekli vahşi hayvanlar tarafından tehdit ediliyordu, hayatı sürekli tehlikedeydi. Ancak yavaş yavaş insan o kadar gelişti ki, düşünme ve yaratma yeteneğiyle birleştiğinde sonunda onu tüm yaşayan çevrelerin üzerine çıkaran bir silah bulmayı başardı. Ateş ilk başta tesadüfen ortaya çıktı - örneğin yıldırımın çarptığı ağaçların yakılmasıyla, daha sonra bilinçli olarak üretilmeye başlandı: İnsanoğlu ilk önce 80-150 bin yıl boyunca uygun iki odun parçasını birbirine sürterek ateş yaktı. evvel. Hayat veren, gizemli, ilham veren güven ve gurur.
Bundan sonra insanlar artık şiddetli soğuklara ve yırtıcı hayvanlara karşı mücadelede, zor kazanılan yiyecekleri pişirmek için ateşi kullanma fırsatını reddetmediler. Ne kadar el becerisi, azim, deneyim ve sadece şans gerekiyordu! El değmemiş doğayla çevrili, kendisini koruyacak binaları olmayan, en temel fizik kanunları hakkında bilgisi olmayan, birkaç düzineyi geçmeyen kelime dağarcığına sahip bir insan hayal edelim. (Bu arada, kaçımız, hatta sağlam bir bilimsel eğitime sahip olanlar bile, herhangi bir teknik araca, en azından kibrite başvurmadan ateş yakabilir?) İnsanoğlu bu keşfe çok uzun bir süre yürüdü ve yayıldı. Yavaş yavaş, ancak uygarlık tarihinin en önemli dönüm noktalarından birine işaret ediyordu.
Zaman Geçti. İnsanlar ısınmayı öğrendiler ama yaşlıların doğaya boyun eğdirmelerine yardımcı olacak kendi kaslarından başka güçleri yoktu. Yine de yavaş yavaş evcilleştirilmiş hayvanların, rüzgarın ve suyun gücünü kullanmaya başladılar. Tarihçilere göre ilk çeki hayvanları yaklaşık 5000 yıl önce sabana koşulmuştu. Su enerjisinin ilk kullanımından - su akışıyla tahrik edilen bir çarkla ilk değirmenin piyasaya sürülmesinden - söz edilmesi, kronolojimizin başlangıcına kadar uzanıyor. Ancak bu buluşun yaygınlaşması için bir bin yıl daha geçmesi gerekti. Avrupa'da bugün bilinen en eski yel değirmenleri ise 11. yüzyılda inşa edilmiş.
Yüzyıllar boyunca yeni enerji kaynaklarının (evcil hayvanlar, rüzgar ve su) kullanımı çok düşük kaldı. Bir kişinin konut inşa ettiği, tarlaları ektiği, "seyahat ettiği", kendini savunduğu ve saldırdığı ana enerji kaynağı kendi kollarının ve bacaklarının gücüydü. Ve bu, milenyumun ortalarına kadar devam etti. Doğru, zaten 1470 yılında ilk büyük dört direkli gemi suya indirildi; 1500 civarında, parlak Leonardo da Vinci sadece çok ustaca bir dokuma tezgahı modeli değil, aynı zamanda uçan bir makine inşa etme projesi de önerdi. Ayrıca, uygulanmasının bilginin ve üretici güçlerin genişlemesine katkıda bulunması beklenen, o dönem için pek çok fantastik fikir ve plana da sahipti. Ancak insanlığın teknik düşüncesindeki asıl dönüm noktası nispeten yakın zamanda, üç yüzyıldan biraz daha uzun bir süre önce geldi.
İnsanlığın bilimsel ilerleme yolundaki ilk devlerden biri şüphesiz Isaac Newton'du. Bu seçkin İngiliz doğa bilimci, uzun yaşamının tamamını ve olağanüstü yeteneğini bilime adadı: fizik, astronomi ve matematik. Klasik mekaniğin temel yasalarını formüle etti, yerçekimi teorisini geliştirdi, hidrodinamiğin ve akustiğin temellerini attı, optiğin gelişimine önemli katkılarda bulundu ve Leibitz ile birlikte ilkeleri yarattı. teoriler Sonsuz küçükler hesabı ve simetrik fonksiyonlar teorisi. 18. ve 19. yüzyıl fiziği haklı olarak Newtocu olarak adlandırılıyor. Isaac Newton'un çalışmaları, insan kaslarının gücünün ve insan beyninin yaratıcı yeteneklerinin artmasına büyük ölçüde yardımcı oldu.
Hidroelektrik santrallerin avantajları açıktır - doğanın kendisi tarafından sürekli olarak yenilenen bir enerji kaynağı, işletme kolaylığı ve çevre kirliliğinin olmaması. Su çarklarının inşası ve işletilmesi konusundaki deneyim, hidroelektrik mühendislerine önemli ölçüde yardımcı olabilir. Ancak büyük bir hidroelektrik santral için baraj inşa etmenin, değirmen çarkını döndürecek küçük bir baraj inşa etmekten çok daha zor bir iş olduğu ortaya çıktı. Güçlü hidrolik türbinleri çalıştırmak için barajın arkasında büyük miktarda su birikmesi gerekiyor. Bir baraj inşa etmek için o kadar çok malzeme döşemek gerekiyor ki, dev Mısır piramitlerinin hacmi kıyaslandığında önemsiz görünecek.
Bu nedenle 20. yüzyılın başında sadece birkaç hidroelektrik santral inşa edildi. Kuzey Kafkasya'daki Pyatigorsk yakınlarında, Podkumok dağ nehri üzerinde, önemli adı "Beyaz Kömür" olan oldukça büyük bir enerji santrali başarıyla işletildi. Bu sadece bir başlangıçtı.
Zaten tarihsel planda GOELRO, büyük hidroelektrik santrallerin inşasını sağladı. 1926'da Volkhov hidroelektrik santrali faaliyete geçti ve ertesi yıl ünlü Dinyeper hidroelektrik santralinin inşaatına başlandı. Ülkemizde izlenen ileri görüşlü enerji politikası, dünyadaki hiçbir ülkede olmadığı kadar güçlü bir hidroelektrik santral sistemi geliştirmemize yol açtı. Hiçbir devlet Volga, Krasnoyarsk ve Bratsk, Sayano-Shushenskaya hidroelektrik santralleri gibi enerji devleriyle övünemez. Kelimenin tam anlamıyla enerji okyanusları sağlayan bu istasyonlar, çevresinde güçlü sanayi komplekslerinin geliştiği merkezler haline geldi.
Ancak şu ana kadar dünyanın hidroelektrik potansiyelinin yalnızca küçük bir kısmı insanlara hizmet ediyor. Her yıl yağmur ve eriyen karların oluşturduğu devasa su akıntıları kullanılmadan denizlere akıyor. Barajların yardımıyla bunları geciktirmek mümkün olsaydı, insanlık ek olarak muazzam miktarda enerji alırdı.
Jeotermal enerji
Bu küçük yeşil gezegen olan Dünya, henüz ayrılamadığımız ve ayrılmak istemediğimiz ortak evimizdir. Diğer sayısız gezegenle karşılaştırıldığında, Dünya gerçekten küçüktür: çoğu sıcak ve hayat veren yeşilliklerle kaplıdır. Ancak bu güzel ve sakin gezegen bazen öfkelenir ve bu hafife alınmamalıdır; çok eski zamanlardan beri bize nezaketle verdiği her şeyi yok etme kapasitesine sahiptir. Korkunç kasırgalar ve tayfunlar binlerce cana mal oluyor, nehirlerin ve denizlerin amansız suları yollarına çıkan her şeyi yok ediyor, orman yangınları geniş alanları, binaları ve mahsulleri birkaç saat içinde yok ediyor.
Ancak tüm bunlar, uyanmış bir yanardağın patlamasıyla karşılaştırıldığında küçük şeylerdir. Bazı volkanlarla rekabet edebilecek doğal enerjinin kendiliğinden salınmasına ilişkin Dünya'da başka örnekler bulamazsınız.
İnsanlar, dünyanın derinliklerinde saklı devasa enerjinin kendiliğinden tezahürlerini uzun zamandır biliyorlardı. İnsanlığın hafızası, milyonlarca insanın hayatına mal olan ve Dünya'daki birçok yerin görünümünü tanınmayacak şekilde değiştiren yıkıcı volkanik patlamalarla ilgili efsaneler içerir. Nispeten küçük bir yanardağın bile patlama gücü devasadır, insan eliyle yaratılan en büyük enerji santrallerinin gücünden kat kat fazladır. Doğru, volkanik patlamaların enerjisinin doğrudan kullanımı hakkında konuşmaya gerek yok - insanlar henüz bu asi unsuru dizginleme yeteneğine sahip değil ve neyse ki bu patlamalar oldukça nadir olaylardır. Ancak bunlar, dünyanın derinliklerinde saklı olan enerjinin tezahürleridir; bu tükenmez enerjinin yalnızca çok küçük bir kısmı, yanardağların ateş püskürten deliklerinden salınır.
Dünya enerjisi – jeotermal enerji, Dünyanın doğal ısısının kullanımına dayanmaktadır. Yer kabuğunun üst kısmı, 1 km derinlik başına 20-30 °C'lik bir termal eğime sahiptir ve White'a (1965) göre, yer kabuğunun 10 km derinliğe kadar (yüzey dikkate alınmadan) içerdiği ısı miktarı sıcaklık) yaklaşık 12,6-10^26 J'ye eşittir. Bu kaynaklar, 4,6 10 16 ton kömürün ısı içeriğine eşdeğerdir (kömürün ortalama yanma ısısı 27,6-10 9 J/t'ye eşit alındığında), bu da 4,6 10 16 ton kömürün ısı içeriğine eşdeğerdir. Teknik ve ekonomik olarak geri kazanılabilir tüm küresel kömür kaynaklarının 70 bin katı daha yüksek ısı içeriği. Ancak yerkabuğunun üst kısmındaki (10 km derinliğe kadar) jeotermal ısı, dünyanın enerji sorunlarını çözmek için kullanılamayacak kadar yaygındır. Endüstriyel kullanıma uygun kaynaklar, geliştirilmeye açık bir derinlikte yoğunlaşmış, elektrik enerjisi veya ısı üretimi için yeterli belirli hacim ve sıcaklıklara sahip bireysel jeotermal enerji yataklarıdır.
Jeolojik açıdan jeotermal enerji kaynakları; hidrotermal konvektif sistemler, sıcak kuru volkanik sistemler ve yüksek ısı akışlı sistemlere ayrılabilir.
Hidrotermal sistemler
Hidrotermal konvektif sistemler kategorisi, dünya yüzeyine çıkan, gayzerler, kükürtlü çamur gölleri ve fumaroller oluşturan yer altı buhar veya sıcak su havuzlarını içerir. Bu tür sistemlerin oluşumu, dünya yüzeyine nispeten yakın bulunan bir ısı kaynağının, sıcak veya erimiş kayanın varlığıyla ilişkilidir. Bu yüksek sıcaklıktaki kaya bölgesinin üzerinde, alttaki sıcak kayanın bir sonucu olarak yükselen, su içeren geçirgen bir kaya oluşumu vardır. Geçirgen kayanın üst kısmı geçirimsiz kaya ile kaplanır ve aşırı ısınmış su için bir "tuzak" oluşturur. Ancak bu kayadaki çatlakların veya gözeneklerin varlığı, sıcak suyun veya buhar-su karışımının yer yüzeyine çıkmasına olanak tanır. Hidrotermal konvektif sistemler genellikle yer kabuğunun volkanik aktivite ile karakterize edilen tektonik plakalarının sınırları boyunca bulunur.
Prensip olarak sıcak su sahalarında elektrik üretmek için kullanılan yöntem, yüzeydeki sıcak sıvının buharlaşmasıyla oluşan buharın kullanılmasına dayanmaktadır. Bu yöntem, sıcak suyun (yüksek basınç altında) havuzdan yüzeye kuyulara yaklaştığında basıncın düşmesi ve sıvının yaklaşık %20'sinin kaynayarak buhara dönüşmesi olgusunu kullanır. Bu buhar bir separatör yardımıyla sudan ayrıştırılarak türbine gönderilir. Ayırıcıdan çıkan su, mineral bileşimine bağlı olarak ayrıca arıtılabilir. Bu su hemen kayaya geri pompalanabilir veya ekonomik olarak mümkünse ilk önce mineraller çıkarılarak kayaya pompalanabilir. Sıcak su içeren jeotermal sahalara örnek olarak Yeni Zelanda'daki Wairakei ve Broadlands, Meksika'daki Cerro Prieto, Kaliforniya'daki Salton Denizi ve Japonya'daki Otake verilebilir.
Yüksek veya orta sıcaklıktaki jeotermal sudan elektrik üretmenin bir başka yöntemi de çift döngülü (ikili) döngü işleminin kullanılmasıdır. Bu işlemde havuzdan elde edilen su, kaynama noktası düşük olan ikincil soğutucuyu (freon veya izobütan) ısıtmak için kullanılır. Bu sıvının kaynatılmasıyla üretilen buhar, türbini çalıştırmak için kullanılır. Egzoz buharı yoğunlaştırılarak tekrar ısı eşanjöründen geçirilir ve böylece kapalı bir döngü oluşturulur. İkincil soğutucu olarak freonun kullanıldığı tesisler şu anda endüstriyel gelişim için 75–150 °C sıcaklık aralığında ve 10–100 kW aralığında birim elektrik gücüyle hazırlanmaktadır. Bu tür tesisler, özellikle uzak kırsal alanlarda uygun yerlerde elektrik üretmek için kullanılabilir.
Volkanik kökenli sıcak sistemler
İkinci tip jeotermal kaynak (volkanik kökenli sıcak sistemler), magmayı ve geçilmez sıcak kuru kayayı (mağma ve üstteki kayanın etrafındaki katılaşmış kaya bölgeleri) içerir. Magmadan doğrudan jeotermal enerji üretmek henüz teknik olarak mümkün değildir. Sıcak kuru kayaların enerjisinden yararlanmak için gereken teknoloji henüz geliştirilmeye başlıyor. Bu enerji kaynaklarının kullanımına yönelik yöntemlerin ön teknik gelişmeleri, sıcak kayanın içinden geçen, içinde dolaşan bir sıvının bulunduğu kapalı bir devrenin inşasını içerir ( pirinç. 5). Sıcak kayanın oluştuğu bölgeye ulaşmak için öncelikle bir kuyu açılır; daha sonra yüksek basınç altında kayanın içine soğuk su pompalanır ve bu da içinde çatlakların oluşmasına neden olur. Bundan sonra, bu şekilde oluşan kırıklı kaya bölgesi boyunca ikinci bir kuyu açılır. Son olarak yüzeyden gelen soğuk su ilk kuyuya pompalanır. Sıcak kayanın içinden geçerken ısıtılır ve ikinci bir kuyudan buhar veya sıcak su şeklinde çıkarılır; bu daha sonra daha önce tartışılan yöntemlerden biri kullanılarak elektrik üretmek için kullanılabilir.
Yüksek Isı Akışlı Sistemler
Üçüncü tip jeotermal sistemler, yüksek ısı akışı değerlerine sahip bir bölgede derin bir tortul havzanın bulunduğu bölgelerde mevcuttur. Paris veya Macaristan havzaları gibi bölgelerde kuyulardan gelen suyun sıcaklığı 100 °C'ye ulaşabilmektedir.
Bu tür birikintilerin özel bir kategorisi, zemindeki normal ısı akışının, hızla çöken jeosenklinal bölgelerde veya kabuksal çöküntü alanlarında oluşan yalıtıcı, geçirimsiz kil katmanları içinde hapsolduğu alanlarda bulunur. Jeobasınç bölgelerindeki jeotermal yataklardan gelen suyun sıcaklığı 150–180 °C'ye ulaşabilir ve kuyu başındaki basınç 28–56 MPa'dır. Kuyu başına günlük verimlilik birkaç milyon metreküp sıvı olabilir. Petrol ve gaz aramaları sırasında Kuzey ve Güney Amerika, Uzak ve Orta Doğu, Afrika ve Avrupa gibi birçok bölgede yüksek jeobasınçlı bölgelerdeki jeotermal havuzlar bulunmuştur. Bu tür yatakların enerji amaçlı kullanılma olasılığı henüz kanıtlanmamıştır.
Dünya okyanuslarının enerjisi
Yakıt fiyatlarında keskin bir artış, onu elde etmedeki zorluklar, yakıt kaynaklarının tükendiğine dair raporlar - enerji krizinin tüm bu gözle görülür işaretleri, son yıllarda birçok ülkede okyanus enerjisi de dahil olmak üzere yeni enerji kaynaklarına önemli bir ilgi uyandırdı.
Okyanus termal enerjisi
Dünya Okyanusu'ndaki enerji rezervlerinin muazzam olduğu biliniyor, çünkü dünya yüzeyinin üçte ikisi (361 milyon km2) denizler ve okyanuslar tarafından işgal ediliyor - Pasifik Okyanusu 180 milyon km2 . Atlantik - 93 milyon km 2, Hint - 75 milyon km 2. Bu nedenle, okyanusun yüzey sularının dip sularına kıyasla aşırı ısınmasına karşılık gelen termal (iç) enerji, örneğin 20 derecelik bir değere sahiptir. Okyanus akıntılarının kinetik enerjisinin 10 18 J düzeyinde olduğu tahmin edilmektedir. Ancak şimdiye kadar insanlar bu enerjinin yalnızca çok küçük bir kısmını kullanabildiler ve o zaman bile büyük maliyetlere mal oldular. ve yatırımların karşılığını yavaş yavaş amorti ediyor, dolayısıyla bu tür bir enerji şimdiye kadar ümit verici görünmüyordu.
Son on yıl, okyanus termal enerjisinin kullanımında belirli başarılarla karakterize edildi. Böylece mini-OTEC ve OTEC-1 kurulumları oluşturuldu (OTEC - İngilizce Okyanus Termal Enerji Dönüşümü, yani okyanus termal enerjisinin dönüşümü - elektrik enerjisine dönüşümden bahsediyoruz kelimelerinin baş harfleri). Ağustos 1979'da Hawaii Adaları yakınlarında bir mini OTEC termik santrali faaliyete geçti. Tesisin üç buçuk ay boyunca deneme çalışması yeterli güvenilirliğini gösterdi. Genellikle yeni kurulumların test edilmesi sırasında ortaya çıkan küçük teknik sorunları da sayarsak, 24 saat kesintisiz çalışma sırasında hiçbir arıza yaşanmadı. Toplam gücü ortalama 48,7 kW, maksimum -53 kW; Kurulum, faydalı yük için veya daha doğrusu pilleri şarj etmek için harici ağa 12 kW (maksimum 15) gönderdi. Üretilen elektriğin geri kalanı tesisin kendi ihtiyaçları için harcandı. Bunlar, üç pompanın çalışması için enerji maliyetlerini, iki ısı eşanjöründeki kayıpları, bir türbini ve bir elektrik enerjisi jeneratörünü içerir.
Aşağıdaki hesaplamaya göre üç pompa gerekliydi: biri okyanustan ılık su sağlamak için, ikincisi yaklaşık 700 m derinlikten soğuk su pompalamak için, üçüncüsü ikincil çalışma sıvısını sistemin kendi içine, yani yoğunlaştırıcıdan pompaya pompalamak için. evaporatör. Amonyak ikincil çalışma sıvısı olarak kullanılır.
Mini-OTEC ünitesi bir mavnaya monte edilmiştir. Altında soğuk su toplamak için uzun bir boru hattı var. Boru hattı, 700 m uzunluğunda ve iç çapı 50 cm olan bir polietilen borudur.Boru hattı, özel bir kilit kullanılarak geminin tabanına bağlanarak gerektiğinde hızlı bağlantı kesilmesine olanak sağlar. Polietilen boru aynı zamanda boru-damar sisteminin sabitlenmesinde de kullanılır. Böyle bir çözümün orijinalliği şüphe götürmez çünkü şu anda geliştirilmekte olan daha güçlü OTEC sistemleri için bağlantı ayarları çok ciddi bir sorundur.
Teknoloji tarihinde ilk kez bir mini-OTEC kurulumu, harici bir yüke faydalı güç sağlarken aynı zamanda kendi ihtiyaçlarını da karşılayabildi. Mini-OTEC'lerin işletilmesinden elde edilen deneyim, hızlı bir şekilde daha güçlü bir termik santral OTEC-1 inşa etmemizi ve bu türden daha güçlü sistemler tasarlamaya başlamamızı sağladı.
Onlarca ve yüzlerce kapasiteye sahip yeni OTEC istasyonları megawatt proje gemisiz olarak yürütülüyor. Bu, üst kısmında enerji dönüşümü için gerekli tüm cihazların bulunduğu yuvarlak bir makine odasının bulunduğu büyük bir borudur ( pirinç. 6). Su boru hattının üst ucu okyanusta 25-0 derinlikte yer alacak M. Türbin odası yaklaşık 100 m derinlikte bir boru etrafında tasarlanacak olup, buraya amonyak buharı ile çalışan türbin üniteleri ve diğer tüm ekipmanlar kurulacaktır. Yapının toplam ağırlığı 300 bin tonu aşıyor Boru, okyanusun soğuk derinliklerine neredeyse bir kilometre giden bir canavardır ve üst kısmında küçük bir adaya benzer bir şey vardır. Ve elbette sistemi sürdürmek ve kıyıyla iletişim kurmak için gerekli olan sıradan gemiler dışında hiçbir gemi yok.
Gelgitlerin enerjisi.
Yüzyıllar boyunca insanlar deniz gelgitlerinin nedeni hakkında spekülasyonlar yaptılar. Bugün, güçlü bir doğal fenomen olan deniz sularının ritmik hareketinin Ay ve Güneş'in çekim kuvvetlerinden kaynaklandığını kesin olarak biliyoruz. Güneş, Dünya'dan 400 kat daha uzakta olduğundan, Ay'ın çok daha küçük olan kütlesi, Dünya yüzeyine Güneş'in kütlesinden iki kat daha güçlü etki eder. Bu nedenle Ay'ın neden olduğu gelgit (ay gelgiti) belirleyici bir rol oynar. Açık denizde, teorik olarak her 6 saat 12 dakika 30 saniyede bir yüksek gelgit ile alçak gelgit dönüşümlü olarak gerçekleşir. Ay, Güneş ve Dünya aynı çizgideyse (sözde syzygy), Güneş, çekiciliğiyle Ay'ın etkisini artırır ve ardından güçlü bir gelgit meydana gelir (syzygy gelgit veya yüksek su). Güneş, Dünya-Ay segmentine dik açıda olduğunda (dörtlü), zayıf bir gelgit meydana gelir (dörtlü veya düşük su). Güçlü ve zayıf gelgitler her yedi günde bir değişir.
Ancak gelgitin gelgitinin gerçek seyri çok karmaşıktır. Gök cisimlerinin hareketinin özelliklerinden, kıyı şeridinin doğasından, su derinliğinden, deniz akıntılarından ve rüzgardan etkilenir.
En yüksek ve en güçlü gelgit dalgaları, denizlere ve okyanuslara akan küçük ve dar koylarda veya nehir ağızlarında meydana gelir. Hint Okyanusu'nun gelgit dalgası, ağzından 250 km uzaklıkta Ganj nehrinin akıntısına karşı yuvarlanıyor. Atlantik Okyanusu'ndan gelen bir gelgit dalgası Amazon'un 900 km yukarısına kadar uzanıyor. Karadeniz veya Akdeniz gibi kapalı denizlerde 50-70 cm yüksekliğinde küçük gelgit dalgaları meydana gelir.
Bir gelgit döngüsünde, yani bir gelgitten diğerine mümkün olan maksimum güç, aşağıdaki denklemle ifade edilir:
Nerede R – suyun yoğunluğu, G- yerçekimi ivmesi, S– gelgit havzasının alanı, R– gelgitteki seviye farkı.
Formülden de anlaşılacağı üzere gelgit enerjisinden yararlanmaya en uygun yerler, deniz kıyısında gelgitlerin büyük genliğe sahip olduğu, kıyı konturu ve topoğrafyasının büyük kapalı yapılar inşasına izin verdiği yerler olarak değerlendirilebilir. havuzlar”.
Bazı yerlerde santrallerin kapasitesi 2-20 MW arasında olabiliyor.
Güneş ışınımının enerjisi geniş bir alana dağıldığından (başka bir deyişle yoğunluğu düşük olduğundan), güneş enerjisinin doğrudan kullanıldığı her tesisatta yeterli yüzey alanına sahip bir toplama cihazı (kollektör) bulunmalıdır.
Bu türden en basit cihaz düşük voltajlı bir lambadır; prensip olarak bu, alttan iyi yalıtılmış siyah bir plakadır, ışığı ileten ancak kızılötesi termal radyasyonu algılamayan cam veya plastikle kaplanmıştır. Siyah tüpler çoğunlukla, içinden su, yağ, cıva, hava, sülfür anhidrit vb.'nin aktığı tabaka ile cam arasındaki boşluğa yerleştirilir. P. Güneş radyasyonu, pronkaya başından sonuna kadar toplayıcıya cam veya plastik, siyah tüpler ve plaka tarafından emilir ve çalışma ortamını ısıtır. o tüplerde. Termal radyasyon kollektörden kaçamaz, dolayısıyla içindeki sıcaklık ortam hava sıcaklığından önemli ölçüde daha yüksektir (200–500°C). Sera etkisi denilen şeyin kendini gösterdiği yer burasıdır. Sıradan bahçe seraları aslında güneş ışınımının basit toplayıcılarıdır. Ancak tropik bölgelerden uzaklaştıkça daha az etkili Bu yatay bir toplayıcıdır ve Güneş'ten sonra onu döndürmek çok zor ve pahalıdır. Bu nedenle, bu tür toplayıcılar kural olarak güneye belirli bir optimal açıyla kurulur.
Daha karmaşık ve pahalı bir toplayıcı, gelen radyasyonu belirli bir geometrik noktanın (odak noktası) etrafında küçük bir hacimde yoğunlaştıran içbükey bir aynadır. Aynanın yansıtıcı yüzeyi metalize plastikten yapılır veya büyük bir parabolik tabana tutturulmuş çok sayıda küçük düz aynadan oluşur. Özel mekanizmalar sayesinde bu tip toplayıcılar sürekli olarak Güneş'e doğru yönlendirilir ve bu da onların mümkün olan en fazla güneş ışınımını toplamasına olanak tanır. Ayna kollektörlerin çalışma ortamındaki sıcaklık 3000°C ve üstüne ulaşır.
Güneş enerjisi, en malzeme yoğun enerji üretim türlerinden biridir. Güneş enerjisinin büyük ölçekli kullanımı, malzeme ihtiyacında ve dolayısıyla hammaddelerin çıkarılması, zenginleştirilmesi, malzeme elde edilmesi, heliostatların, toplayıcıların, diğer ekipmanların üretilmesi ve bunların taşınması için iş gücü kaynaklarında devasa bir artışa neden olur. Hesaplamalar, güneş enerjisini kullanarak 1 MW*yıl elektrik enerjisi üretmenin 10.000 ile 40.000 adam-saat arasında süreceğini gösteriyor. Fosil yakıtlar kullanılarak yapılan geleneksel enerji üretiminde bu rakam 200-500 adam-saattir.
Şu ana kadar güneş ışınlarıyla üretilen elektrik enerjisi, geleneksel yöntemlerle elde edilen enerjiden çok daha pahalı. Bilim insanları, pilot tesislerde ve istasyonlarda yapacakları deneylerin sadece teknik değil ekonomik sorunların da çözümüne yardımcı olacağını umuyor. Ama yine de güneş enerjisi dönüştürücü istasyonları yapılıyor ve çalışıyor.
1988'den beri Kırım güneş enerjisi santrali Kerç Yarımadası'nda faaliyet gösteriyor. Görünüşe göre sağduyunun kendisi yerini belirlemiş durumda. Eğer bu tür istasyonlar herhangi bir yere inşa edilecekse, bu öncelikle tatil yerleri, sanatoryumlar, tatil evleri ve turistik güzergahlar bölgesinde olacaktır; Çok fazla enerjiye ihtiyaç duyulan, ancak çevreyi temiz tutmak daha da önemli olan bir bölgede, refahı ve her şeyden önce havanın saflığı insanlar için şifadır.
Kırım GES'i küçüktür - kapasitesi yalnızca 5 MW'tır. Bir anlamda o bir güç sınavıdır. Görünüşe göre, diğer ülkelerde güneş enerjisi istasyonları inşa etme deneyimi bilindiğinde başka ne denenmeli?
Sicilya adasında 80'li yılların başında 1 MW kapasiteli bir güneş enerjisi santrali elektrik üretiyordu. Çalışma prensibi de kule bazlıdır. Aynalar güneş ışınlarını 50 metre yükseklikte bulunan bir alıcıya odaklıyor. Burada, kendisine bağlı bir akım jeneratörü ile geleneksel bir türbini çalıştıran, 600 ° C'nin üzerinde sıcaklıkta buhar üretilir. 10-20 MW kapasiteli santrallerin bu prensiple çalışabileceği gibi, benzer modüllerin gruplandırılıp birbirine bağlanması durumunda çok daha fazlasının da çalışabileceği tartışmasız bir şekilde kanıtlanmıştır.
Biraz farklı türde bir enerji santrali İspanya'nın güneyindeki Alquería'da bulunmaktadır. Farkı, kulenin tepesine odaklanan güneş ısısının, suyu buhar oluşturacak şekilde ısıtan sodyum döngüsünü harekete geçirmesidir. Bu seçeneğin bir takım avantajları vardır. Sodyum ısı akümülatörü sadece santralin sürekli çalışmasını sağlamakla kalmaz, aynı zamanda bulutlu havalarda ve gece çalışması için fazla enerjinin kısmen biriktirilmesini de mümkün kılar. İspanyol istasyonunun kapasitesi sadece 0,5 MW'tır. Ancak prensibine göre, 300 MW'a kadar çok daha büyükleri oluşturulabilir. Bu tür tesislerde güneş enerjisi konsantrasyonu o kadar yüksektir ki, buradaki buhar türbini işleminin verimliliği geleneksel termik santrallerden daha kötü değildir.
Uzmanlara göre güneş enerjisini dönüştürmek için en cazip fikir yarı iletkenlerde fotoelektrik etkinin kullanılmasıdır.
Ancak, örneğin ekvatora yakın bir yerde, günlük 500 MWh üretim kapasitesine sahip (oldukça büyük bir hidroelektrik santral tarafından üretilen yaklaşık aynı miktarda enerji) verimli bir güneş enerjisi santrali %10'u yaklaşık 500.000 m2'lik etkili bir yüzey alanı gerektirecektir. Bu kadar çok sayıda güneş yarı iletken hücresinin bunu yapabileceği açıktır. ancak üretimleri gerçekten ucuz olduğunda karşılığını alacaklar. Dünyanın diğer bölgelerindeki güneş enerjisi santrallerinin verimliliği, dengesiz atmosfer koşulları, güneşli günlerde bile atmosfer tarafından daha güçlü bir şekilde emilen güneş ışınımının nispeten zayıf yoğunluğu ve ayrıca değişimden kaynaklanan dalgalanmalar nedeniyle düşük olacaktır. gündüz ve gece.
Bununla birlikte, güneş fotoselleri günümüzde kendilerine özgü uygulamaları zaten bulmaktadır. Roketlerde, uydularda ve otomatik gezegenler arası istasyonlarda ve Dünya'da pratik olarak yeri doldurulamaz elektrik akımı kaynakları oldukları ortaya çıktı - öncelikle elektrikli olmayan alanlardaki telefon ağlarına veya küçük akım tüketicilerine (radyo ekipmanı, elektrikli tıraş makineleri ve çakmaklar vb.) güç sağlamak için. ). Yarı iletken güneş pilleri ilk olarak üçüncü Sovyet yapay Dünya uydusuna yerleştirildi (15 Mayıs 1958'de yörüngeye fırlatıldı).
Çalışmalar sürüyor, değerlendirmeler yapılıyor. Şu ana kadar güneş enerjisi santrallerinden yana olmadıklarını kabul etmek gerekir; günümüzde bu yapılar hala güneş enerjisini kullanmanın en karmaşık ve en pahalı teknik yöntemleri arasında yer almaktadır. Yeni seçeneklere, yeni fikirlere ihtiyacımız var. Onlardan hiçbir eksiklik yok. Uygulama daha kötü.
Atomik Enerji.
Atom çekirdeğinin bozunumunu incelerken, her çekirdeğin, proton ve nötron kütlelerinin toplamından daha az ağırlığa sahip olduğu ortaya çıktı. Bu, protonlar ve nötronların bir çekirdeğe birleştiğinde çok fazla enerjinin açığa çıkmasıyla açıklanmaktadır. 1 g başına çekirdek kütlesi kaybı, 300 vagon kömürün yakılmasıyla elde edilecek termal enerji miktarına eşdeğerdir. Bu nedenle araştırmacıların atom çekirdeğini "açmalarını" ve içinde saklı olan muazzam enerjiyi açığa çıkarmalarını sağlayacak anahtarı bulmak için her türlü çabayı göstermeleri şaşırtıcı değil.
İlk başta bu görev aşılmaz görünüyordu. Bilim adamlarının nötronu araç olarak seçmeleri tesadüf değildi. Bu parçacık elektriksel olarak nötrdür ve elektriksel itme kuvvetlerinden etkilenmez. Bu nedenle bir nötron atom çekirdeğine kolaylıkla nüfuz edebilir. Nötronlar, bireysel elementlerin atomlarının çekirdeklerini bombaladı. Uranyum söz konusu olduğunda bu ağır elementin diğerlerinden farklı davrandığı keşfedildi. Bu arada, doğal olarak oluşan uranyumun üç izotop içerdiğini hatırlamak gerekir: uranyum-238 (238 U), uranyum-235 (235 U) ve uranyum-234 (234 U), sayı kütle numarasını gösterir.
Uranyum-235'in atom çekirdeğinin, diğer elementlerin ve izotopların çekirdeklerinden önemli ölçüde daha az kararlı olduğu ortaya çıktı. Bir nötronun etkisi altında, uranyumun fisyonu (bölünmesi) meydana gelir, çekirdeği yaklaşık olarak aynı iki parçaya, örneğin kripton ve baryum çekirdeklerine ayrılır. Bu parçalar farklı yönlere muazzam hızlarda uçuyor.
Ancak bu süreçte asıl önemli olan, bir uranyum çekirdeğinin bozunması sırasında iki veya üç yeni serbest nötronun ortaya çıkmasıdır. Bunun nedeni, ağır uranyum çekirdeğinin, iki küçük atom çekirdeği oluşturmak için gerekenden daha fazla nötron içermesidir. Çok fazla "yapı malzemesi" var ve atom çekirdeğinin ondan kurtulması gerekiyor.
Yeni nötronların her biri, ilkinin bir çekirdeği böldüğünde yaptığının aynısını yapabilir. Gerçekten de karlı bir hesaplama: Bir nötron yerine, sonraki iki veya üç uranyum-235 çekirdeğini bölmek için aynı yeteneğe sahip iki veya üç nötron elde ediyoruz. Ve böylece devam ediyor: Bir zincirleme reaksiyon meydana gelir ve kontrol edilmezse çığ karakteri kazanır ve güçlü bir patlamayla - atom bombasının patlamasıyla - sona erer. Bu süreci düzenlemeyi öğrenen insanlar, uranyum atom çekirdeğinden neredeyse sürekli olarak enerji elde edebildiler. Bu süreç nükleer reaktörlerde kontrol edilir.
Nükleer reaktör, kontrollü bir zincirleme reaksiyonun meydana geldiği bir cihazdır. Bu durumda atom çekirdeğinin bozunması kontrollü bir ısı ve nötron kaynağı görevi görür.
İlk nükleer reaktör projesi 1939 yılında Fransız bilim adamı Frederic Joliot-Curie tarafından geliştirildi. Ancak çok geçmeden Fransa Naziler tarafından işgal edildi ve proje uygulanmadı.
Uranyumun zincirleme fisyon reaksiyonu ilk olarak 1942 yılında ABD'de, İtalyan bilim adamı Enrico Fermi liderliğindeki bir grup araştırmacının Chicago Üniversitesi stadyumunda inşa ettiği bir reaktörde gerçekleştirildi. Bu reaktörün boyutları 6x6x6,7 m ve gücü 20 kW idi; harici soğutma olmadan çalıştı.
SSCB'deki (ve Avrupa'daki) ilk nükleer reaktör akademisyenin önderliğinde inşa edildi. I. V. Kurchatov ve 1946'da piyasaya sürüldü.
Nükleer enerji günümüzde benzeri görülmemiş bir hızla gelişmektedir. Otuz yılda nükleer güç ünitelerinin toplam kapasitesi 5 binden 23 milyon kilovata çıktı! Bazı bilim insanları 21. yüzyıla gelindiğinde dünya elektriğinin yaklaşık yarısının nükleer santraller tarafından üretileceğini öne sürüyor.
Prensip olarak, bir nükleer enerji reaktörü oldukça basit bir şekilde tasarlanmıştır - tıpkı geleneksel bir kazanda olduğu gibi, içinde su buhara dönüştürülür. Bunu yapmak için uranyumun veya diğer nükleer yakıt atomlarının bozunmasının zincirleme reaksiyonu sırasında açığa çıkan enerjiyi kullanırlar. Bir nükleer santralde, suyun muazzam basınç altında dolaşarak buhara dönüştüğü binlerce kilometrelik çelik borulardan oluşan devasa bir buhar kazanı yoktur. Bu dev heykelin yerini nispeten küçük bir nükleer reaktör aldı.
Termal nötronları kullanan nükleer reaktörler, esas olarak iki açıdan birbirlerinden farklılık gösterir: nötron moderatörü olarak hangi maddeler kullanılır ve reaktör çekirdeğinden ısıyı uzaklaştırmak için soğutucu olarak hangi maddeler kullanılır. Şu anda en yaygın olanı, sıradan suyun hem nötron moderatörü hem de soğutucu olarak görev yaptığı su soğutmalı reaktörler, uranyum-grafit reaktörleri (moderatör - grafit, soğutucu - sıradan su), gaz-grafit reaktörleri (moderatör - grafit, soğutucu) - gaz, genellikle karbondioksit), ağır su reaktörleri (moderatör - ağır su, soğutucu - ağır veya sıradan su).
Hiç biri pirinç. 9 Basınçlı su reaktörünün şematik diyagramı sunulmaktadır. Reaktör çekirdeği, içine daldırılmış su ve yakıt elemanları (yakıt çubukları) düzeneklerini içeren kalın duvarlı bir kaptır. Yakıt çubuklarının ürettiği ısı, sıcaklığı önemli ölçüde artan su tarafından alınır.
Tasarımcılar bu tür reaktörlerin gücünü bir milyon kilowatt'a çıkardı. Zaporozhye, Balakovo ve diğer nükleer santrallerde güçlü enerji üniteleri kuruludur. Yakında, bu tasarıma sahip reaktörler, görünüşe göre, Ignalina NPP'den bir buçuk milyon kişi olan rekor sahibini iktidara getirecek.
Ancak yine de nükleer enerjinin geleceği, görünüşe göre, çalışma prensibi ve tasarımı bilim adamları tarafından önerilen üçüncü tip reaktörlerde - hızlı nötron reaktörlerinde kalacak. Bunlara aynı zamanda üreme reaktörleri de denir. Geleneksel reaktörler, doğal uranyumun yalnızca yüzde biri kadar olan, oldukça nadir bir izotop olan uranyum-235'te zincirleme reaksiyona neden olan gecikmiş nötronları kullanır. Bu nedenle, uranyum atomlarının kelimenin tam anlamıyla elendiği ve onlardan yalnızca bir tür uranyum-235 atomunun seçildiği devasa fabrikalar inşa etmek gerekiyor. Uranyumun geri kalanı geleneksel reaktörlerde kullanılamıyor. Şu soru ortaya çıkıyor: Uranyumun bu nadir izotopu uzun süre yeterli olacak mı, yoksa insanlık yine enerji kaynaklarının kıtlığı sorunuyla mı karşı karşıya kalacak?
Otuz yılı aşkın bir süre önce bu sorun Fizik ve Enerji Enstitüsü'nün laboratuvar personeline sorulmuştu. Karar verildi. Laboratuvarın başkanı Alexander Ilyich Leypunsky hızlı bir nötron reaktörünün tasarımını önerdi. Bu tür ilk kurulum 1955 yılında inşa edildi. Hızlı nötron reaktörlerinin avantajları açıktır. İçlerinde tüm doğal uranyum ve toryum rezervleri enerji üretmek için kullanılabilir ve bunlar çok büyüktür - yalnızca Dünya Okyanusunda dört milyar tondan fazla uranyum çözünmüştür.
Hiç şüphe yok ki nükleer enerji insanlığın enerji dengesinde güçlü bir yer edinmiştir. Kesinlikle gelişmeye devam edecek ve insanlara çok ihtiyaç duyulan enerjiyi sağlayacak. Ancak nükleer santrallerin güvenilirliğinin ve sorunsuz çalışmasının sağlanması için ek önlemlere ihtiyaç duyulacak, bilim adamları ve mühendisler gerekli çözümleri bulabileceklerdir.
Hidrojen enerjisi
Pek çok uzman, ekonominin ve ekonominin tamamen elektrifikasyonuna yönelik giderek artan eğilime ilişkin endişelerini dile getirdi: termik santraller giderek daha fazla kimyasal yakıt yakıyor ve yüzlerce yeni nükleer santralin yanı sıra yeni doğmakta olan güneş, rüzgar ve jeotermal santraller, elektrik enerjisi üretmek için giderek daha büyük ölçekte (ve sonuçta yalnızca) çalışacak. Bu nedenle bilim adamları temelde yeni enerji sistemleri aramakla meşguller.
Yeterlik Termik santrallerin sayısı nispeten düşüktür, ancak tasarımcılar bunu artırmak için her türlü çabayı göstermektedir. Fosil yakıt kullanan modern enerji santrallerinde bu oran yaklaşık %40, nükleer santrallerde ise %33'tür. Bu durumda enerjinin büyük bir kısmı atık ısıyla (örneğin soğutma sistemlerinden atılan sıcak su ile birlikte) kaybedilir ve bu da çevrenin termal kirliliğine yol açar. Buradan termik santrallerin yeterli soğutma suyunun bulunduğu yerlerde veya hava soğutmanın mikro iklim üzerinde olumsuz bir etki yaratmayacağı rüzgarlı bölgelerde kurulması gerektiği anlaşılmaktadır. Buna güvenlik ve hijyen sorunları da ekleniyor. Bu nedenle gelecekteki büyük nükleer santrallerin yoğun nüfuslu bölgelerden mümkün olduğunca uzağa yerleştirilmesi gerekiyor. Ancak bu şekilde elektrik kaynakları tüketicilerinin elinden alınıyor ve bu da enerji iletimi sorununu önemli ölçüde karmaşıklaştırıyor.
Elektriğin kablolar üzerinden iletilmesi çok pahalıdır: Tüketici için enerji maliyetinin yaklaşık üçte birini oluşturur. Maliyetleri azaltmak için enerji hatları giderek daha yüksek voltajlarda inşa ediliyor - yakında 1500 kV'a ulaşacak. Ancak havai yüksek gerilim hatları geniş bir arazi alanının devredilmesini gerektirir ve aynı zamanda çok kuvvetli rüzgarlara ve diğer meteorolojik faktörlere karşı da savunmasızdırlar. Ancak yer altı kablo hatları 10 ila 20 kat daha pahalıdır ve yalnızca istisnai durumlarda (örneğin mimari veya güvenilirlik nedeniyle) döşenir.
Enerji santralleri en ekonomik şekilde sabit güçte ve tam yükte çalıştığından en ciddi sorun elektriğin birikmesi ve depolanmasıdır. Bu arada, elektriğe olan talep gün, hafta ve yıl boyunca değişmektedir, dolayısıyla enerji santrallerinin gücünün buna göre ayarlanması gerekmektedir. Büyük miktarlarda elektriği gelecekte kullanmak üzere depolamanın tek yolu şu anda pompaj depolamalı enerji santralleri tarafından sağlanıyor, ancak bunlar da birçok sorunu beraberinde getiriyor.
Pek çok uzmana göre, modern enerjinin karşı karşıya olduğu tüm bu sorunlar, hidrojenin yakıt olarak kullanılmasıyla ve hidrojen enerjisi ekonomisi denilen şeyin yaratılmasıyla çözülebilir.
Tüm kimyasal elementlerin en basiti ve en hafifi olan hidrojen ideal bir yakıt olarak düşünülebilir. Suyun olduğu her yerde mevcuttur. Hidrojen yakıldığında, hidrojen ve oksijene ayrışabilen su üretilir ve bu işlem herhangi bir çevre kirliliğine neden olmaz. Hidrojen alevi, diğer yakıt türlerinin yanmasına kaçınılmaz olarak eşlik eden ürünleri atmosfere yaymaz: karbondioksit, karbon monoksit, kükürt dioksit, hidrokarbonlar, kül, organik peroksitler vb. Hidrojenin kalorifik değeri çok yüksektir: yanarken 1 g hidrojen, 120 J termal enerji üretir ve 1 g benzin yandığında sadece 47 J.
Hidrojen de doğalgaz gibi boru hatlarıyla taşınıp dağıtılabiliyor. Boru hattı yakıt taşımacılığı, uzun mesafeli enerji transferinin en ucuz yoludur. Ayrıca boru hatları yer altına döşeniyor ve bu da manzarayı bozmuyor. Gaz boru hatları, havai elektrik hatlarına göre daha az arazi alanı kaplar. Hidrojen gazı formundaki enerjinin 750 mm çaplı bir boru hattı üzerinden 80 km'den fazla mesafeye iletilmesi, aynı miktarda enerjinin alternatif akım şeklinde bir yer altı kablosu üzerinden iletilmesinden daha az maliyetli olacaktır. 450 km'den daha büyük mesafelerde, hidrojenin boru hattıyla taşınması, 40 kV gerilime sahip bir havai DC güç hattı kullanmaktan daha ucuzdur ve 900 km'nin üzerinde bir mesafede, 2000 V gerilime sahip bir havai AC güç hattı kullanmaktan daha ucuzdur. 500kV.
Hidrojen sentetik bir yakıttır. Kömürden, petrolden, doğalgazdan veya suyun ayrıştırılmasıyla elde edilebilir. Tahminlere göre bugün dünyada yılda yaklaşık 20 milyon ton hidrojen üretilip tüketiliyor. Bu miktarın yarısı amonyak ve gübre üretimine harcanıyor, geri kalanı ise metalurjide, kömür ve diğer yakıtların hidrojenasyonu için gazlı yakıtlardan kükürtün uzaklaştırılmasında kullanılıyor. Modern ekonomide hidrojen bir enerji ham maddesi olmaktan ziyade bir kimyasal madde olarak kalmaya devam ediyor.
Hidrojen üretiminin modern ve gelecek vaat eden yöntemleri
Şu anda hidrojenin büyük kısmı (yaklaşık %80) petrolden üretiliyor. Ancak bu, enerji açısından ekonomik olmayan bir süreçtir çünkü bu tür hidrojenden elde edilen enerji, benzinin yakılmasıyla elde edilen enerjiden 3,5 kat daha pahalıdır. Ayrıca petrol fiyatları arttıkça bu tür hidrojenin maliyeti de sürekli artıyor.
Elektroliz yoluyla az miktarda hidrojen üretilir. Suyun elektrolizi yoluyla hidrojen üretmek, onu petrolden üretmekten daha pahalıdır, ancak nükleer enerjinin gelişmesiyle birlikte yaygınlaşacak ve daha ucuz hale gelecektir. Nükleer santrallerin yakınına, santral tarafından üretilen tüm enerjinin suyu hidrojen oluşturmak üzere ayrıştırmak için kullanılacağı su elektroliz istasyonları yerleştirmek mümkündür. Doğru, elektrolitik hidrojenin fiyatı elektrik akımının fiyatından yüksek kalacak, ancak hidrojenin taşınması ve dağıtılmasının maliyetleri o kadar düşük ki tüketici için nihai fiyat, elektriğin fiyatıyla karşılaştırıldığında oldukça kabul edilebilir olacak.
Günümüzde araştırmacılar, suyun daha verimli ayrıştırılması, su buharının yüksek sıcaklıkta elektrolizi, katalizörler, yarı geçirgen membranlar vb. kullanılarak büyük ölçekli hidrojen üretimine yönelik teknolojik süreçlerin maliyetini azaltmak için yoğun bir şekilde çalışıyorlar.
(Gelecekte) suyun 2500 °C sıcaklıkta hidrojen ve oksijene ayrışmasından oluşan termolitik yönteme çok dikkat edilmektedir. Ancak mühendisler, nükleer enerjiyle çalışan birimler de dahil olmak üzere büyük teknolojik birimlerde henüz böyle bir sıcaklık sınırına hakim değiller (yüksek sıcaklık reaktörlerinde hâlâ yalnızca 1000°C civarındaki sıcaklıklara güveniyorlar). Bu nedenle araştırmacılar, 1000°C'nin altındaki sıcaklık aralıklarında hidrojen üretimine olanak sağlayacak, birkaç aşamada gerçekleşen süreçler geliştirmenin yollarını arıyorlar.
1969 yılında Euratom'un İtalya şubesi termolitik hidrojen üretimi için verimli çalışan bir tesisi faaliyete geçirdi. 730°C'de %55. Kalsiyum bromür, su ve cıva kullanıldı. Tesisattaki su, hidrojen ve oksijene ayrıştırılır ve geri kalan reaktifler tekrarlanan döngülerde dolaşır. Diğer tasarlanmış tesisler 700–800°C sıcaklıklarda çalıştırılır. Yüksek sıcaklık reaktörlerinin verimliliği artıracağına inanılıyor. bu tür süreçlerin %85'ine kadar. Bugün hidrojenin ne kadara mal olacağını doğru bir şekilde tahmin edemiyoruz. Ancak tüm modern enerji türlerinin fiyatlarının yükseliş eğiliminde olduğunu düşünürsek, uzun vadede hidrojen formundaki enerjinin doğalgaz formundaki ve muhtemelen elektrik formundaki enerjiden daha ucuz olacağını varsayabiliriz. akım.
Hidrojen kullanımı
Hidrojen, bugünkü doğalgaz kadar ulaşılabilir bir yakıt haline geldiğinde, her yerde onun yerini alabilecek. Hidrojen, doğal gaz yakmak için kullanılan modern brülörlerden çok az farklı olan veya hiç farklı olmayan ocaklarda, su ısıtıcılarında ve brülörlerle donatılmış fırınlarda yakılabilir.
Daha önce de söylediğimiz gibi hidrojen yakıldığında geriye zararlı yanma ürünleri kalmaz. Bu nedenle hidrojenle çalışan ısıtma cihazlarında bu ürünlerin uzaklaştırılması için sistemlere gerek yoktur.Ayrıca yanma sırasında oluşan su buharı da faydalı bir ürün olarak kabul edilebilir - havayı nemlendirir (bilindiği gibi merkezi ısıtmalı modern dairelerde) hava çok kuru). Bacaların olmaması sadece inşaat maliyetlerinden tasarruf etmekle kalmıyor, aynı zamanda ısıtma verimliliğini de %30 artırıyor.
Hidrojen ayrıca gübre ve gıda ürünleri üretimi, metalurji ve petrokimya gibi birçok endüstride kimyasal hammadde olarak da kullanılabilir. Ayrıca yerel termik santrallerde elektrik üretmek için de kullanılabilir.
Çözüm.
Medeniyetin sürdürülmesinde ve daha da geliştirilmesinde enerjinin rolü yadsınamaz. Modern toplumda, doğrudan veya dolaylı olarak insan kaslarının sağlayabileceğinden daha fazla enerji gerektirmeyen en az bir insan faaliyet alanı bulmak zordur.
Enerji tüketimi yaşam standartlarının önemli bir göstergesidir. Orman meyveleri toplayarak ve hayvanları avlayarak yiyecek elde eden bir kişinin günde yaklaşık 8 MJ enerjiye ihtiyacı vardı. Ateşte ustalaştıktan sonra bu değer 16 MJ'e yükseldi: ilkel bir tarım toplumunda 50 MJ ve daha gelişmiş bir toplumda - 100 MJ.
Medeniyetimizin var olduğu dönemde geleneksel enerji kaynaklarının yerini birçok kez yeni ve daha gelişmiş kaynaklar almıştır. Ve eski kaynak tükendiği için değil.
Güneş her zaman parlıyor ve insanı ısıtıyordu; ama bir gün insanlar ateşi evcilleştirdiler ve odun yakmaya başladılar. Daha sonra odun yerini kömüre bıraktı. Odun malzemeleri sınırsız görünüyordu, ancak buhar motorları daha yüksek kalorili "yeme" ihtiyaç duyuyordu.
Ama bu sadece bir aşamaydı. Kömür çok geçmeden enerji pazarındaki liderliğini petrole kaptırıyor.
Ve işte yeni bir dönem: Petrol ve gaz bugünlerde hala önde gelen yakıt türleri olmaya devam ediyor. Ancak her yeni metreküp gaz veya ton petrol için daha kuzeye veya doğuya gitmeniz, kendinizi toprağın daha derinlerine gömmeniz gerekiyor. Petrol ve gazın bize her yıl daha pahalıya mal olması şaşırtıcı değil.
Yenisiyle değiştirme? Yeni bir enerji liderine ihtiyacımız var. Şüphesiz nükleer kaynaklar olacaklar.
Uranyum rezervleri, diyelim ki kömür rezervleriyle karşılaştırırsak, o kadar da büyük görünmüyor. Ancak birim ağırlık başına kömürden milyonlarca kat daha fazla enerji içerir.
Ve sonuç şu: Bir nükleer santralde elektrik üretirken, kömürden enerji elde etmeye kıyasla yüz bin kat daha az para ve emek harcamak gerektiğine inanılıyor. Ve petrolün, kömürün yerini nükleer yakıt alıyor... Hep böyleydi: Bir sonraki enerji kaynağı da daha güçlüydü. Adeta “militan” bir enerji hattıydı.
Aşırı enerjinin peşinde olan insan, doğal olayların kendiliğinden dünyasına daha da derine daldı ve bir zamana kadar yaptıklarının ve eylemlerinin sonuçlarını gerçekten düşünmedi.
Ama zaman değişti. Artık 20. yüzyılın sonunda dünyevi enerjide yeni ve önemli bir aşama başlıyor. “Nazik” bir enerji ortaya çıktı. İnsan bindiği dalı kesmesin diye yapılmış. Zaten ağır hasar görmüş biyosferin korunmasıyla ilgilendi.
Kuşkusuz, gelecekte yoğun enerji geliştirme çizgisine paralel olarak, kapsamlı hat da geniş vatandaşlık haklarına sahip olacak: çok fazla güce sahip olmayan, ancak yüksek verimli, çevre dostu ve kullanımı kolay dağınık enerji kaynakları.
Bunun çarpıcı bir örneği, daha sonra güneş enerjisiyle desteklenecek olan elektrokimyasal enerjinin hızlı bir şekilde başlamasıdır. Enerji, en son fikirleri, icatları ve bilimsel başarıları çok hızlı bir şekilde biriktirir, özümser ve özümser. Bu anlaşılabilir bir durumdur: Enerji tam anlamıyla Herşeyle bağlantılıdır ve Her Şey enerjiye çekilir ve ona bağlıdır.
Bu nedenle, enerji kimyası, hidrojen enerjisi, uzay enerji santralleri, antimaddeyle mühürlenmiş enerji, kuarklar, "kara delikler", vakum - bunlar gözümüzün önünde yazılan senaryonun sadece en parlak kilometre taşları, vuruşları, bireysel satırlarıdır ve Yarının Enerjisi olarak anılacaktır.
Enerji labirentleri. Gizemli geçitler, dar, dolambaçlı yollar. Gizemlerle, engellerle, beklenmedik içgörülerle, üzüntü ve yenilgi çığlıklarıyla, sevinç ve zafer çığlıklarıyla dolu. İnsanlığın enerji yolu dikenli, zor ve dolaylıdır. Ancak Enerji Bolluğu Çağına giden yolda olduğumuza ve tüm engellerin, engellerin, zorlukların aşılacağına inanıyoruz.
Bunun için etkili ve ekonomik yöntemler geliştirmemiz gerektiği sürece, sayısız alternatif kullanım şekliyle enerjinin hikayesi sonsuz olabilir. Enerjinin ihtiyaçları, enerji kaynakları, kalitesi ve maliyeti konusunda sizin düşüncenizin ne olduğu o kadar önemli değil. Görünüşe göre bize göre. Yalnızca adı bilinmeyen bilgili bilgenin söylediklerine katılmak gerekir: "Basit çözümler yoktur, yalnızca makul seçimler vardır."
Kaynakça
1. 1. Augusta Goldin. Enerji okyanusları. – Başına. İngilizceden – M.: Bilgi, 1983. – 144 s.
2. 2. Balanchevadze V.I., Baranovsky A.I., vb.; Ed. A. F. Dyakova. Bugün ve yarın enerji. – M.: Energoatomizdat, 1990. – 344 s.
3. 3. Gereğinden fazla. Dünya enerjisinin geleceğine iyimser bir bakış / Ed. R. Clark: Çev. İngilizceden – M.: Energoatomizdat, 1984. – 215 s.
4. 4. Burdakov V.P. Uzaydan elektrik. – M.: Energoatomizdat, 1991. – 152 s.
5. 5. Vershinsky N.V. Okyanus enerjisi. – M.: Nauka, 1986. – 152 s.
6. 6. Gurevich Yu.Soğuk yanma. //Kuantum. – 1990 - Sayı 6. - Sanat. 9-15.
7. 7. Enerji kaynakları. Gerçekler, sorunlar, çözümler. – M.: Bilim ve Teknoloji, 1997. – 110 s.
8. 8. Kirillin V. A. Enerji. Ana problemler: Soru ve cevaplarda. – M.: Bilgi, 1990. – 128 s.
9. 9. Kononov Yu.D. Enerji ve ekonomi. Yeni enerji kaynaklarına geçiş sorunları. – M.: Nauka, 1981. – 190 s.
10.10 Merkulov O. P. Geleceğin enerjisini aramak. – K.: Naukova Dumka, 1991. – 123 s.
11.11.Dünya enerjisi: 2020'ye kadar kalkınma tahmini/Trans. İngilizceden tarafından düzenlendi Yu.N. Starshikova. – M.: Enerji, 1980. – 256 s.
12.12 Geleneksel olmayan enerji kaynakları. – M.: Bilgi, 1982. – 120 s.
13.13.Podgorny A.N. Hidrojen enerjisi. – M.: Nauka, 1988. – 96 s.
14.14 Sosnov A. Ya Dünyanın Enerjisi. – L.: Lenizdat, 1986. – 104 s.
15.15. Sheidlin A. E. Yeni enerji. – M.: Nauka, 1987. – 463 s.
16.16 Shulga V. G., Korobko B. P., Zhovmir M. M. Ukrayna'da geleneksel olmayan ve modern enerji kaynaklarının geliştirilmesinin ana sonuçları. // Enerji ve elektrifikasyon. – 1995 - Sayı 2. - Sanat. 39-42.
17.17.Dünya Enerjisi: MIREK XI Kongresi raporlarının çevirileri / Ed. PS Neporozhny. – M.: Energoatomizdat, 1982. – 216 s.
18.18 Dünyanın enerji kaynakları / Ed. Not: Neporozhniy, V.I. Popkova. – M.: Energoatomizdat, 1995. – 232 s.
19.19.Yu. Töldeši, J. Lesny. Dünya enerji arıyor. – M.: Mir, 1981. – 440 s.
20.20.Yudasin L.S.. Enerji: sorunlar ve umutlar. – M.: Eğitim, 1990. – 207 s.
Elektrik olmadan, herhangi bir evde hayat neredeyse düşünülemez: Elektrik yemek pişirmeye, odayı ısıtmaya, içine su pompalamaya ve basit aydınlatmaya yardımcı olur. Ancak yaşadığınız yerde henüz iletişim yoksa ne yapmalısınız, o zaman alternatif elektrik kaynakları kurtarmaya gelecektir.
İncelememizde, hem Rusya'da hem de Avrupa ülkelerinde ve Amerika kıtasında yaygın olarak kullanılan, günlük yaşamda yaygın olarak kullanılan birkaç alternatif elektrik kaynağını topladık. Pek çok açıdan elbette merkezi elektrik şebekesinden daha pahalıdırlar ve çalıştırılmaları daha zordur; ancak finansal yatırım, yüksek kaliteli ve güvenilir hizmetin yanı sıra uygun bir çevre ortamının yaratılmasıyla tamamen haklı gösterilecektir.
Elektrik jeneratörleri
Özel kır evlerinde en çok talep gören Rusya'nın en popüler alternatif enerji kaynağı. Kullanılan yakıtın türüne bağlı olarak elektrik jeneratörleri dizel, benzinli ve gazdır.Dizel jeneratörler verimlilik, güvenilirlik ve düşük yangın riski gibi birçok avantaja sahiptir. Düzenli olarak dizel jeneratör kullanıyorsanız gaz veya benzinle çalışan modellere göre çok daha karlı olur. Dizel ekipmanın yakıt tüketimi yüksek değildir, dizel fiyatı da düşük seviyede tutulur ve pahalı onarımlar gerektirmez.
Dizel jeneratörün dezavantajları, çalışma sırasında açığa çıkan büyük miktarda gaz, gürültü ve cihazın yüksek maliyetidir. Çıkış gücü yaklaşık 5 kW olan “ortalama” ekipmanın fiyatı ortalama olarak yaklaşık 23.000 ruble; ancak bir yaz çalışmasıyla kendini tamamen amorti eder.
Benzinli jeneratör Yedek veya sezonluk güç kaynağı olarak idealdir. Dizel jeneratörlerle karşılaştırıldığında, benzinli jeneratörlerin boyutu küçüktür, çalışma sırasında çok az ses çıkarır ve maliyeti daha düşüktür - 5 kW'lık bir benzinli jeneratörün ortalama fiyatı 14 ila 17 bin ruble arasında değişmektedir. Benzinli jeneratörün dezavantajı yüksek yakıt tüketimidir ve yayılan yüksek düzeyde karbondioksit, elektrik jeneratörünü ayrı bir odaya yerleştirmenizi gerektirecektir.
Gaz jeneratörleri- belki de günlük yaşamda kullanım için her yönden mükemmel olduğunu kanıtlamış en "karlı" modeller: silindirlerde hem doğal gaz hem de sıvılaştırılmış yakıtla çalışabilirler. Bu cihazın gürültü seviyesi çok düşük ve dayanıklılığı en yüksektir; Aynı zamanda fiyatlar ılımlı bir aralıkta yer alıyor: yaklaşık 5 kW gücünde bir "ev" cihazı için yaklaşık 18 bin ruble ödemeniz gerekecek.
Güneşin altında yaşam
Her yıl başka bir alternatif elektrik kaynağı giderek daha popüler hale geliyor: Güneş enerjisi. Sadece elektrik enerjisi üretmek için değil aynı zamanda otonom ısıtma sağlamak için de kullanılabilir. Akü ve invertör içeren çeşitli boyutlarda güneş panelleri çatıya, bazen de duvarlara monte edilir; bir süre önce yenilikçi teknoloji hakkında yazdık - yerleşik fotoselli fayanslar (). Güneş panellerinin sağladığı faydalar şunlardır:- Yenilenebilir enerji kaynağının kullanımı;
- Kesinlikle sessiz çalışma;
- Çevre güvenliği, atmosfere herhangi bir emisyonun olmaması;
- Basit kurulum, kendi kendine kurulum imkanı.
Güneş panellerini özellikle hem kışın hem de yazın güneşli günlerin sayısının bulutlu günlerin sayısını aştığı Avrupa ve Rusya'nın güneyinde bulabilirsiniz. Ancak hatırlanması gereken bazı nüanslar da var:
En güneşli hava koşullarında bile kurulu fotosellerin toplam gücünün saatte 5-7 kW'ı aşması pek mümkün değildir. Bu nedenle, bir evi ısıtmanın 10 metrekare başına 1 kW enerji gerektirdiğine dair en azından kaba bir tahmini dikkate alırsak, yalnızca küçük bir kır evinin tamamen "güneş enerjisi" güç kaynağıyla yaşayabileceğini anlıyoruz; iki veya üç katlı evler, özellikle su ve ışık tüketimi de yüksekse, yine de ek enerji kaynaklarına ihtiyaç duyacaktır.
Ancak ev küçük olsa bile, ekipmanın kurulumu için en az 10 metrekarelik arazi tahsis edilmesi gerekecek, bu nedenle sebze bahçesi ve bahçesi olan standart altı yüz metrekarelik bir alanda bu pek olası görünmüyor.
Ve elbette oldukça "doğal" zorluklar da var - bu, güneş radyasyonundaki günlük ve mevsimsel dalgalanmalara bağımlılıktır: kimse bize yazın bile güneşli havayı garanti etmez. Ve bir nokta daha: Fotosellerin kendileri çalışma sırasında toksik maddeler yaymasa da, imha edilmeleri o kadar kolay değildir, tıpkı kullanılmış piller gibi onları özel toplama noktalarına götürmeniz gerekir.
Bitmiş bir istasyonun maliyeti 100 bin ruble'den başlıyor ve bu da herkese uygun değil. Bununla birlikte, güneş enerjisi "daha ucuz" bir şekilde kullanılabilir: suyu ısıtmak için sahaya bir kollektör monte edin - bu, bulutlu ve yağmurlu günlerde bile gündüzleri ısıyı yakalayacaktır. Prensip olarak, ısıtma manifoldu günlük sıcak su ihtiyacını tamamen karşılar ve fiyatı 30.000 ruble'den başlar. Ancak bu tür ekipmanlar elektrik üretmiyor ve yalnızca güneş enerjisi aktivitesinin oldukça yüksek olduğu güney bölgelerde çalışabiliyor.
Rüzgarla!
Rüzgar enerjisini elektriğe dönüştürme tesisleri artık fantastik bir teknolojik gelecek değil; rüzgar türbinlerinin her yerde bulunduğuna ikna olmak için Almanya ve Hollanda'daki sahalara bakmanız yeterli.
Küçük bir okul fiziği: Rüzgarın kinetik enerjisi, türbinin dönüşünün mekanik enerjisine dönüştürülür ve invertör de alternatif akım üretir. Şunu unutmamak gerekir: volandan elektrik üretilecek minimum rüzgar hızı 2 m/s'dir ve rüzgar hızının 5-8 m/s aralığında olması optimaldir; Rüzgar jeneratörlerinin özellikle yıllık ortalama rüzgar hızının çok yüksek olduğu Avrupa'nın kuzeybatı bölgelerinde popüler olmasının nedeni budur. Yapım türüne göre rüzgar jeneratörleri yatay ve dikey olarak ayrılır: bu, rotorun montajına bağlıdır.
Jeneratörün yatay tasarımı yüksek verimliliği açısından iyidir; kurulum sırasında az miktarda malzeme kullanılacaktır. Ancak bazı zorluklarla yüzleşmeniz gerekecek: Kurulum için yüksek bir direk gerekli olacaktır ve jeneratörün kendisi karmaşık bir mekanik parçaya sahiptir ve onarımlar çok zor olabilir.
Dikey jeneratörler daha geniş bir rüzgar hızı aralığında çalışabilir; ancak aynı zamanda kurulumları çok daha karmaşıktır ve motoru monte etmek için ek sabitleme gerekecektir.
Rüzgarlı mevsim ile sakin mevsim arasındaki farkı düzeltmek ve eve kesintisiz elektrik akımı sağlamak için rüzgar istasyonu genellikle bir akümülatörle donatılır. Rüzgar santraline batarya takmanın bir diğer alternatifi ise hem ısıtma hem de sıcak su temini için kullanılan bir su depolama tankı olacaktır. Bu durumda, satın alma işleminde biraz tasarruf edebileceksiniz - ancak rüzgar jeneratörünün maliyeti hala yüksek kalacak: pilsiz yaklaşık 300 bin ruble - yaklaşık 250 bin.
Rüzgar santrali kurarken dikkate alınması gereken bir diğer nüans, ekipman için bir temel oluşturma ihtiyacıdır. Bölgenizde rüzgar hızı periyodik olarak saniyede 10-15 metreyi aşıyorsa temelin özel bir dikkatle güçlendirilmesi gerekir. Kışın ise rüzgar türbini kanatlarının buzlanmamasını sağlamak gerekecektir, bu da verimliliği büyük ölçüde azaltır. Ek olarak, rüzgar türbininin çalışmasından kaynaklanan titreşimler ve gürültü, istasyonun konut binasından en az 15 metre uzağa yerleştirilmesinin tavsiye edilmesinin nedenidir.
Canlı fayda
Biyoyakıtlar artık her yerde “geleceğin ekolojik teknolojisi” olarak konuşulmaya başlandı. Bunun etrafında birçok tartışma ve çelişkili inceleme alevlendi: Cazip bir fiyatı olduğu için arabalar için yakıt olarak çekici, ancak birçok sürücü biyomateryalin motor ve güç üzerindeki olumsuz etkisinden şüpheleniyor. Otomotiv sorunlarını bir kenara bırakalım: Sonuçta biyoyakıt yalnızca araçlar için yakıt olarak değil, aynı zamanda bir elektrik akımı kaynağı olarak da kullanılabilir: ekipmana yakıt ikmali yaparken gaz, benzin ve dizelin yerini alabilir.
Biyoyakıt, bitki artıklarının (saplar ve tohumlar) işlenmesiyle üretilir. Biyolojik dizel üretmek için yağlı bitkilerin tohumlarından elde edilen yağlar kullanılır ve mısır, şeker kamışı, pancar ve diğer bitkilerin fermantasyonu ile benzin üretilir. Algler, ekimde iddiasız oldukları ve yağa benzer yağlı özelliklere sahip biyokütleye kolayca dönüştürüldükleri için en uygun biyolojik enerji kaynağı olarak kabul edilmektedir.
Bu teknoloji aynı zamanda gıda endüstrisi ve hayvancılıktan kaynaklanan organik atıkların fermantasyonu sırasında toplanan biyolojik gaz da üretiyor: %95'i metandan oluşuyor. Çevresel teknolojiler, doğal gazın çöplüklerde toplanmasını mümkün kılıyor! 1 ton işe yaramaz çöp, 500 metreküpe kadar yararlı gaz üretiyor ve bu daha sonra selülozik etanole dönüştürülüyor.
Elektrik enerjisi üretmek için biyoyakıtın evde kullanımından bahsedersek, bu amaçla atıktan doğal gaz üretecek bireysel bir biyogaz tesisi satın almanız gerekir. Bu seçeneğin yalnızca sokakta kendi biyolojik atık çöplüğü bulunan bir kır evinde mümkün olduğu açıktır.
Standart bir kurulum size günde 3 ila 12 metreküp gaz verecektir; ortaya çıkan gaz daha sonra evi ısıtmak ve yukarıda yazdığımız gaz jeneratörü de dahil olmak üzere çeşitli ekipmanlara yakıt ikmali yapmak için kullanılabilir. Ne yazık ki biyogaz tesisleri henüz her yerde mevcut değil: bir tanesi için en az 250.000 ruble ödemeniz gerekecek.
Akışı evcilleştirin
Kendi akan suyunuz varsa (bir dere veya nehrin bir bölümü), o zaman bireysel bir hidroelektrik santral inşa etmek iyi bir çözüm olacaktır. Kurulum açısından, bu tür enerji jeneratörü en karmaşık olanlardan biridir, ancak verimliliği yukarıda açıklanan tüm kaynaklardan (rüzgar, güneş ve biyolojik) önemli ölçüde daha yüksektir. Hidroelektrik santralleri barajlı veya barajsız olabilir; ikinci seçenek daha yaygın ve erişilebilirdir - genellikle eşanlamlı "akış istasyonu" adını bulabilirsiniz. Tasarımlarına göre istasyonlar çeşitli türlere ayrılır: 
Kendiniz yapmaya uygun en uygun ve yaygın seçenek, pervaneli veya tekerlekli bir istasyondur; İnternette birçok talimat ve faydalı ipucu bulabilirsiniz.
En zor ve uygunsuz çözüm çelenk kurulumu olacaktır: verimliliği düşüktür, etraftaki insanlar için oldukça tehlikelidir ve istasyonun kurulumu büyük miktarda malzeme ve çok zaman tüketimini gerektirecektir. Bu bağlamda Daria rotoru, eksen dikey olarak yerleştirildiğinden ve suyun üzerine monte edilebildiğinden daha kullanışlıdır. Aynı zamanda böyle bir istasyonu monte etmek zor olacaktır ve çalıştırma sırasında rotorun manuel olarak bükülmesi gerekir.
Hazır bir mini hidroelektrik santral satın alırsanız ortalama maliyeti yaklaşık 200 bin ruble olacak; Bileşenlerin kendi kendine montajı, maliyetten% 30'a kadar tasarruf sağlayacaktır, ancak çok fazla zaman ve çaba gerektirecektir. Bunlardan hangisinin daha iyi olduğuna karar vermek size kalmış.
İnsanlık neredeyse tüm varoluşu boyunca sürekli olarak yeni enerji kaynakları arayışı içinde olmuştur. Günümüzde gerekli miktarda elektrik enerjisi elde etmek için kömür, petrol veya doğalgaz gibi doğal kaynaklar olan yenilenemeyen kaynaklar kullanılmaktadır.
Bu tür yakıtların kullanılması kişiye gerekli miktarda enerji sağlayabilir, ancak son zamanlarda kullanılabilecek yeni bir yakıt kaynağı türü bulma sorunu giderek acil hale geldi. Bu sorun acildir çünkü çoğu bilim adamının tahminlerine göre, elektrik enerjisi endüstrisinde kullanılan doğal kaynak rezervleri son zamanlarda hızla azalmaktadır, bu da insanın enerji ihtiyacının artması nedeniyledir. ihtiyaçların karşılanması için yakıt sıkıntısı sorununu çözebilecek çok önemli bir görevdir.
Alternatif enerji kaynakları - kurtuluş şansı
Yeni yakıt kaynakları arayın genellikle alternatif denir alternatif enerji gibi bir kavramın bileşenlerinden biridir. Alternatif enerji, kaynağı alternatif enerji kaynakları olan enerjiyi elde etmenin, iletmenin ve kullanmanın yeni yollarını bulmayı amaçlayan, gelecek vaat eden trendlerin oluşturduğu bir topluluktur. Aynı zamanda, bu endüstrinin gelişmesinin yönlerinden biri, alınan enerji birimi başına düşük maliyet ve çevresel açıdan ekonomik açıdan ilgi çekici olan her türlü enerjinin kullanılmasıdır. alternatif enerji türleri kural olarak güvenlikleriyle ayırt edildiğinden ve çevreye zarar vermediğinden bakış açısı.
Alternatif kaynakların kullanımı neredeyse sonsuz enerji elde etme fırsatıdır, çünkü alternatif kaynak türlerinin çoğu yenilenebilir kaynaklardır ve bu da onları tükenmez kılar.
Alternatif enerji kaynağı türleri
Günümüzde geleneksel yakıtlar kullanılmadan elektrik enerjisi üretmeye yönelik çeşitli yöntemler araştırılmış ve uygulamaya konulmuştur. Üstelik istatistiklere göre modern dünyada insanlar, doğadaki alternatif enerji kaynaklarının yalnızca %0,001'ini kullanıyor ve bu, doğanın muazzam potansiyelinin ihmal edilebilir bir kısmı.
Ayrıca, alternatif enerji kaynaklarının kullanımını gelişmekte olan alanlar arasına sokan bir sorun da, halihazırda ülkenin tüm doğal kaynaklarının devletin mülkiyetinde olması nedeniyle bu konunun yasama düzeyinde tam olarak ele alınmamasıdır. Teorik olarak güneş veya rüzgar uygulamaları bile vergilendirilebilir.
Günümüzde en yaygın olanı, doğal tükenmez kaynakları kullanan aşağıdaki enerji üretimi türleridir.
Listelenen en yaygın alternatif enerji kaynağı türlerine ek olarak, aşağıdakileri içeren daha egzotik yöntemler de vardır:
- çeşitli biyokütle ve atıklardan oluşan biyoyakıtlar;
- insan kas gücü;
- prensibi yıldırım deşarjını yakalamaya ve onu elektrik şebekesine yönlendirmeye çalışmak olan fırtınanın gücünü kullanmak;
- kontrollü termonükleer füzyon reaksiyonu;
- dünya yörüngesinde bulunan fotovoltaik hücrelerin kullanımı yoluyla enerji elde edilmesi;
- gelgit enerjisinin kullanımı.
Enerji gelişimi ve teknolojinin sürekli iyileştirilmesi, geleceğin alternatif enerji kaynaklarının kullanılması sürecini önemli ölçüde hızlandırmaktadır.
alternatif enerji- Geleneksel olanlar kadar yaygın olmayan, ancak çevreye zarar verme riski düşük olan kullanımlarının karlılığı nedeniyle ilgi çekici olan bir dizi ümit verici enerji üretim yöntemi.
Alternatif enerji kaynağı- Elektrik enerjisinin (veya gerekli diğer enerji türünün) elde edilmesini mümkün kılan ve petrol, çıkarılan doğal gaz ve kömürle çalışan geleneksel enerji kaynaklarının yerini alan bir yöntem, cihaz veya yapı.
Alternatif enerji türleri: güneş enerjisi, rüzgar enerjisi, biyokütle enerjisi, dalga enerjisi, gradyan-sıcaklık enerjisi, şekil hafıza etkisi, gelgit enerjisi, jeotermal enerji.
Güneş enerjisi- fotoelektrik ve termodinamik yöntemler kullanılarak güneş enerjisinin elektriğe dönüştürülmesi. Fotoelektrik yöntemde, ışık kuantumunun (fotonların) enerjisini doğrudan elektriğe dönüştürmek için fotoelektrik dönüştürücüler (PEC'ler) kullanılır.
Güneş enerjisini önce ısıya, sonra mekanik ve daha sonra da elektrik enerjisine dönüştüren termodinamik tesislerde “güneş enerjisi kazanı”, türbin ve jeneratör bulunuyor. Bununla birlikte, Dünya'ya düşen güneş ışınımının bir dizi karakteristik özelliği vardır: düşük enerji akısı yoğunluğu, günlük ve mevsimsel döngü ve hava koşullarına bağımlılık. Bu nedenle termal koşullardaki değişiklikler sistemin çalışmasına ciddi kısıtlamalar getirebilir. Böyle bir sistemin, çalışma koşullarındaki rastgele dalgalanmaları ortadan kaldırmak veya zaman içinde enerji üretiminde gerekli değişiklikleri sağlamak için bir depolama cihazına sahip olması gerekir. Güneş enerjisi santralleri tasarlanırken meteorolojik faktörlerin doğru değerlendirilmesi gerekmektedir.
Jeotermal enerji- Dünyanın iç ısısını (sıcak buhar-su kaynaklarının enerjisi) elektrik enerjisine dönüştürerek elektrik üretme yöntemi.
Bu elektrik üretme yöntemi, kayaların sıcaklığının derinlikle artması ve Dünya yüzeyinden 2-3 km yükseklikte 100°C'yi aşması esasına dayanmaktadır. Jeotermal enerji santralinden elektrik üretmek için çeşitli planlar vardır.
Doğrudan şema: Doğal buhar, borular aracılığıyla elektrik jeneratörlerine bağlı türbinlere yönlendirilir. Dolaylı şema: Buhar ilk olarak (türbinlere girmeden önce) boruların tahrip olmasına neden olan gazlardan arındırılır. Karışık şema: İşlenmemiş buhar türbinlere girer ve daha sonra içinde çözünmeyen gazlar, yoğunlaşma sonucu oluşan sudan uzaklaştırılır.
Böyle bir enerji santrali için "yakıt" maliyeti, verimli kuyuların ve buhar toplama sisteminin maliyetlerine göre belirlenir ve nispeten düşüktür. Santralin maliyeti, şömine kutusu, kazan tesisi veya bacası bulunmadığından düşüktür.
Jeotermal elektrik tesisatlarının dezavantajları arasında yerel toprak çökmesi ve sismik aktivitenin uyanması olasılığı bulunmaktadır. Yerden çıkan gazlar da zehirli maddeler içerebilmektedir. Ayrıca jeotermal enerji santrali kurulabilmesi için belirli jeolojik şartların da olması gerekmektedir.
Rüzgar gücü rüzgar enerjisinin (atmosferdeki hava kütlelerinin kinetik enerjisi) kullanımında uzmanlaşmış bir enerji dalıdır.
Rüzgar santrali rüzgarın kinetik enerjisini elektrik enerjisine dönüştüren bir tesistir. Bir rüzgar türbini, bir elektrik akımı jeneratörü, rüzgar türbini ve jeneratörün çalışmasını kontrol etmek için otomatik bir cihaz ve bunların kurulumu ve bakımı için yapılardan oluşur.
Rüzgar enerjisi elde etmek için farklı tasarımlar kullanılmaktadır: çok kanatlı “papatyalar”; uçak pervaneleri gibi pervaneler; dikey rotorlar vb.
Rüzgar santrallerinin üretimi çok ucuzdur ancak güçleri düşüktür ve çalışmaları hava koşullarına bağlıdır. Ayrıca çok gürültülü olduklarından büyük rüzgar santrallerinin geceleri kapatılması bile gerekiyor. Ayrıca rüzgar santralleri hava trafiğine ve hatta radyo dalgalarına müdahale etmektedir. Rüzgar enerjisi santrallerinin kullanılması, hava akış gücünün yerel olarak zayıflamasına neden olur, bu da endüstriyel alanların havalandırılmasını engeller ve hatta iklimi etkiler. Son olarak, rüzgar enerjisi santrallerinin kullanımı, diğer elektrik jeneratörü türlerine göre çok daha büyük, çok büyük alanlar gerektirir.
Dalga enerjisi- dalgaların potansiyel enerjisini titreşimlerin kinetik enerjisine dönüştürerek ve titreşimleri bir elektrik jeneratörünün şaftını döndüren tek yönlü bir kuvvete dönüştürerek elektrik enerjisi elde etme yöntemi.
Rüzgar ve güneş enerjisiyle karşılaştırıldığında dalga enerjisi çok daha yüksek bir güç yoğunluğuna sahiptir. Böylece, denizlerdeki ve okyanuslardaki dalgaların ortalama gücü kural olarak 15 kW/m'yi aşmaktadır. 2 m dalga yüksekliğinde güç 80 kW/m'ye ulaşır. Yani okyanusların yüzeyini geliştirirken enerji sıkıntısı yaşanamaz. Dalga gücünün yalnızca bir kısmı mekanik ve elektrik enerjisine dönüştürülebilir, ancak su için dönüşüm katsayısı havadan daha yüksektir - yüzde 85'e kadar.
Gelgit enerjisi de diğer alternatif enerji türleri gibi yenilenebilir bir enerji kaynağıdır.
Bu tip enerji santralleri elektrik üretmek için gelgit enerjisini kullanır. Basit bir gelgit enerji santrali (TPP) kurmak için bir havuza (barajlı bir körfeze veya nehir ağzına) ihtiyacınız vardır. Barajda menfezler ve jeneratörü döndüren hidrolik türbinler bulunuyor.
Yüksek gelgitte su havuza akar. Havuz ve denizdeki su seviyeleri eşit olduğunda menfez kapakları kapatılır. Gelgitin başlamasıyla birlikte denizdeki su seviyesi azalır ve basınç yeterli hale geldiğinde ona bağlı türbinler ve elektrik jeneratörleri çalışmaya başlar ve su yavaş yavaş havuzdan ayrılır.
Deniz seviyesinde gelgit dalgalanmalarının en az 4 m olduğu bölgelerde gelgit enerji santralleri inşa edilmesinin ekonomik açıdan uygun olduğu düşünülmektedir.Bir gelgit enerji santralinin tasarım kapasitesi, istasyonun inşa edildiği bölgedeki gelgitin doğasına, gelgit havzasının hacmi ve alanı ile baraj gövdesine kurulu türbin sayısına bağlıdır.
Gelgit santrallerinin dezavantajı ise sadece deniz ve okyanus kıyılarına kurulması, üstelik çok fazla güç üretmemesi ve gelgitlerin günde sadece iki kez meydana gelmesidir. Ve onlar bile çevre dostu değiller. Normal tuz ve tatlı su değişimini ve dolayısıyla deniz florası ve faunasının yaşam koşullarını bozarlar. Deniz sularının enerji potansiyelini, hızını ve hareket alanını değiştirdikleri için iklimi de etkilerler.
Gradyan sıcaklık enerjisi. Bu enerji üretim yöntemi sıcaklık farklılıklarına dayanmaktadır. Çok yaygın değildir. Onun yardımıyla, makul bir elektrik üretimi maliyetiyle oldukça büyük miktarda enerji üretebilirsiniz.
Çoğu gradyan sıcaklıklı enerji santralleri deniz kıyısında bulunur ve işletme için deniz suyunu kullanır. Dünyadaki okyanuslar, Dünya'ya düşen güneş enerjisinin neredeyse %70'ini emer. Birkaç yüz metre derinlikteki soğuk sular ile okyanus yüzeyindeki sıcak sular arasındaki sıcaklık farkı, 20-40 bin TW olarak tahmin edilen ve bunun yalnızca 4 TW'sinin pratik olarak kullanılabildiği devasa bir enerji kaynağını temsil ediyor.
Aynı zamanda deniz suyunun sıcaklık farkı üzerine inşa edilen deniz ısıtma istasyonları, büyük miktarda karbondioksit salınımına, derin suların ısıtılıp basıncının azaltılmasına ve yüzey sularının soğutulmasına katkıda bulunur. Ve bu süreçler bölgenin iklimini, florasını ve faunasını etkilemekten başka bir şey yapamaz.
Biyokütle enerjisi. Biyokütle (gübre, ölü organizmalar, bitkiler) çürüdüğünde, ısıtma, elektrik üretimi vb. için kullanılan yüksek metan içeriğine sahip biyogaz açığa çıkar.
İçine büyük miktarda hayvan gübresinin döküldüğü birkaç büyük “fıçıya” sahip olmaları nedeniyle kendilerine elektrik ve ısı sağlayan işletmeler (domuz ahırları ve ahırlar vb.) vardır. Bu kapalı tanklarda gübre çürüyor ve açığa çıkan gaz çiftliğin ihtiyaçları için kullanılıyor.
Bu enerji türünün bir diğer avantajı da, enerji üretimi için yaş gübre kullanılması sonucunda, tarlalar için mükemmel bir gübre olan gübreden kuru bir kalıntı kalmasıdır.
Hızlı büyüyen algler ve bazı organik atık türleri de (mısır sapları, sazlar vb.) biyoyakıt olarak kullanılabilir.
Şekil hafızası etkisi, ilk kez 1949'da Sovyet bilim adamları Kurdyumov ve Hondros tarafından keşfedilen fiziksel bir olgudur.
Şekil hafızası etkisi özel alaşımlarda gözlenir ve bunlardan yapılan parçaların deformasyondan sonra ısıya maruz kaldığında orijinal şeklini geri kazanmasından oluşur. Orijinal şekli geri yüklerken, soğuk durumda deformasyona harcanan işi önemli ölçüde aşan işler yapılabilir. Böylece alaşımlar orijinal şekline döndürüldüğünde önemli miktarda ısı (enerji) üretirler.
Şekil restorasyon etkisinin ana dezavantajı düşük verimliliktir - yalnızca yüzde 5-6.
Materyal açık kaynaklardan alınan bilgilere dayanarak hazırlandı
Yükleniyor...
