דרכים מסורתיות ואלטרנטיביות לייצור חשמל

2024 מְחַבֵּר: Howard Calhoun | [email protected]. שונה לאחרונה: 2023-12-17 10:27

כיום, האנושות משתמשת בכל הדרכים האפשריות לייצור חשמל. קשה להפריז בחשיבותו של משאב זה. והצריכה שלו גדלה מדי יום. מסיבה זו מוקדשת יותר ויותר תשומת לב לשיטות לא מסורתיות לייצור חשמל. יחד עם זאת, מקורות אלו בשלב זה של התפתחות אינם יכולים לספק באופן מלא את צורכי אוכלוסיית כדור הארץ. מאמר זה סוקר בקצרה את הדרכים המסורתיות והחלופות העיקריות לייצור חשמל.

קבלת חשמל מתחנות כוח תרמיות

שיטה זו לייצור חשמל היא הנפוצה ביותר. לדוגמה, בפדרציה הרוסית, מקורות חום מהווים כמעט 80% מהדור כולו של המשאב הדרוש. שנים חולפותשוחרי איכות הסביבה כבר כמעט זועקים על ההשפעה השלילית של מבנים הנדסיים כאלה על הסביבה ובריאות האדם, אבל תחנות שנבנו באמצע המאה הקודמת (או אפילו תחנות טרום-מהפכניות) ממשיכות לספק חשמל לערים מאוכלסות ולמפעלי תעשייה גדולים.

מקורות חום הם שיטות מסורתיות לייצור חשמל. וכעת, במשך שלושה או ארבעה עשורים, הם תופסים מקום מוביל בדירוג מבחינת תפוקה. וזאת למרות הפיתוח המהיר של שיטות חלופיות לייצור חשמל.

בין כל הפרויקטים ההנדסיים מובחן סוג מיוחד של מבנה. מדובר בתחנות חום וכוח משולבות, שתפקידן הנוסף הוא לספק לבתים ודירות של אזרחים חום. לדברי מומחים, היעילות של תחנות כוח כאלה נמוכה ביותר, והעברת המשאב המופק למרחקים ארוכים קשורה להפסדים גדולים.

יצירת אנרגיה מתבצעת באופן הבא. דלק מוצק, נוזלי או גזי נשרף, המחמם את המים בדוד לטמפרטורות משמעותיות. כוח הקיטור מניע את להבי הטורבינה, וגורם לרוטור מחולל הטורבינה להסתובב ולייצר חשמל.

תחנות כוח הידרואלקטריות הן דרך מבטיחה לייצר חשמל

בניית מבנים הנדסיים מורכבים שנועדו להמיר אנרגיית מים לחשמל החלה באימפריה הרוסית. שנים רבות חלפו מאז, והמקור הזה עדיין פעיל.בשימוש. במהלך שנות התיעוש של ברית המועצות (שנות ה-30) צמחו ברחבי המדינה תחנות כוח הידרואלקטריות ענקיות. כל כוחותיה של מדינה צעירה ושברירית נזרקו לבניית הענקים הללו (ששווה רק תחנת כוח הידרואלקטרית אחת של Zaporizhzhya!). מבנים הנדסיים של אותן שנים עדיין פועלים ומייצרים כמות משמעותית של חשמל.

כיום, המדינה מהמרת על פיתוח דרכים "ירוקות" לייצור חשמל. לכן, הקמת תחנות כוח הידרואלקטריות חדישות ופרודוקטיביות מאוד ברחבי הארץ ממומנת באופן אקטיבי. האסטרטגיה של בניית מתקנים בינוניים על יובלים קטנים של הנהרות הצדיקה את עצמה לחלוטין. תחנה אחת כזו יכולה לספק באופן מלא את צורכי החשמל של ישובים קטנים סמוכים. בקנה מידה לאומי, זה יוביל לעלייה ביעילות הכלכלה הלאומית ובכושר התחרות של יצרנים מקומיים של מוצרים תעשייתיים.

החסרונות של טכנולוגיה זו כוללים את העלות הגבוהה של חפצים כאלה ותקופות החזר ארוכות מאוד. העלויות העיקריות הן עבור הקמת הסכר. אבל יש צורך להקים את המבנה עצמו (מבני מינהל ומכונות), לבנות מתקן להזרמת מים וכדומה. הפרמטרים והרכבו של המבנה תלויים בגורמים רבים: ההספק המותקן של הגנרטורים ולחץ המים, סוג תחנת הכוח (סכר, תעלה, הסחה, אגירה, גאות ושפל). לתחנות כוח הידרואלקטריות בנהרות גדולים שניוטים יש גם מנעולים וערוצים מורכבים הניתנים לשיט כדי להבטיח נדידת דגים לאזורי ההטלה.

תעשיית הכוח הגרעיני

תחנת כוח גרעינית היום כבר לא מפתיעה אף אחד. מתקנים כאלה החלו להיות מוקמים באופן פעיל בברית המועצות. לכן, טכנולוגיה זו שייכת לשיטות המסורתיות של ייצור חשמל.

תחנות כוח גרעיניות עדיין נבנות באופן פעיל לא רק ברוסיה, אלא גם במדינות קרובות ורחוקות בחו ל. לדוגמה, חברה עם שורשים רוסיים Rosatom מממנת את בנייתו של מקור כזה ברפובליקה של בלארוס. דרך אגב, התחנה הזו תהיה הראשונה בטריטוריה הזו.

היחס של העולם לאנרגיה גרעינית הוא מאוד מעורפל. גרמניה, למשל, החליטה ברצינות לנטוש לחלוטין את האטום השליו. וזאת בזמן שהפדרציה הרוסית משקיעה באופן פעיל בבניית מתקנים חדשים מהדור האחרון.

מדענים קבעו באופן אמין שמרבצי הדלק הגרעיני בבטן האדמה גדולים בהרבה מכל המאגרים של חומרי גלם פחמימניים (נפט וגז). הביקוש ההולך וגובר לפחמימנים מוביל לעליית מחירם. זו הסיבה שפיתוח האנרגיה הגרעינית משתלם.

כוח רוח

תעשיית כוח הרוח בקנה מידה תעשייתי קמה יחסית לאחרונה ונוספה לרשימת הדרכים הלא מסורתיות לייצור חשמל. וזו טכנולוגיה מבטיחה מאוד. במידה רבה של סבירות, ניתן לטעון שבעתיד הרחוק, טחנות רוח יפיקו חשמל ככל שהאנושות צריכה. ואין אלו מילים ריקות, כי לפי ההערכות הצנועות ביותרמדענים, כוח הרוח הכולל על פני הגלובוס גדול לפחות פי מאה מהעוצמה של כל משאבי המים.

הבעיה העיקרית היא חוסר העקביות של זרימות האוויר, מה שמקשה על חיזוי ייצור האנרגיה. רוחות נושבות ללא הרף על השטח העצום של רוסיה. ואם תלמד כיצד להשתמש ביעילות וביעילות במשאב הבלתי נדלה הזה, אז אתה יכול יותר מלספק את כל הצרכים של התעשייה הכבדה ואוכלוסיית המדינה.

למרות היתרונות הברורים של שימוש באנרגיית רוח, כמות החשמל המופקת מחוות רוח אינה עולה על אחוז אחד מהסך הכל. ציוד למטרות אלו יקר מאוד, בנוסף, מתקנים כאלה לא יהיו יעילים בכל אזור, והובלת חשמל למרחקים ארוכים כרוכה בהפסדים גדולים.

אנרגיה גיאותרמית

פיתוח מקורות גיאותרמיים סימן אבן דרך חדשה בהיסטוריה של פיתוח שיטות חלופיות לייצור חשמל.

עקרון ייצור החשמל הוא אספקת אנרגיה קינטית ופוטנציאלית של קיטור מים חמים ממקור תת קרקעי ללהבים של טורבינת גנרטור, המייצרת זרם באמצעות תנועות סיבוביות. בתיאוריה, הפרש הטמפרטורות על פני השטח ובעומק קרום כדור הארץ אופייני לכל אזור. עם זאת, לרוב הוא מינימלי, ולא ניתן להשתמש בו לייצור חשמל. בניית תחנות כאלה מוצדקת רק באזורים מסוימים בכוכב הלכת שלנו (פעילים סיסמית). איסלנד היא חלוצה בפיתוח שיטה זו. ניתן להשתמש גם באדמות קמצ'טקה הרוסית למטרות אלו.

עקרון השגת האנרגיה הוא כדלקמן. מים חמים מבטן האדמה מגיעים אל פני השטח. הלחץ כאן הרבה יותר נמוך, מה שגורם למים לרתוח. הקיטור המופרד מופנה דרך הצינור ומסובב את להבי הטורבינות של הגנרטור. קשה לחזות את עתידה של דרך מודרנית זו של ייצור חשמל. אולי תחנות כאלה ייבנו בצורה מאסיבית בשטח הפדרציה הרוסית, או אולי הרעיון הזה יגווע עם הזמן ואף אחד לא יזכור את זה.

פיתוח אנרגיה תרמית באוקיינוס

האוקיינוסים בעולם מדהימים בקנה מידה שלהם. מומחים לא יכולים לתת אפילו הערכה גסה של כמות האנרגיה התרמית שנצברה בו. דבר אחד ברור - כמות עצומה של משאבים נותרה ללא שימוש. כיום כבר נבנו אבות טיפוס של תחנות כוח הממירות את אנרגיית החום של מי האוקיינוס לזרם. עם זאת, מדובר בפרויקטי פיילוט, ואין ודאות שתחום האנרגיה הזה יפותח עוד יותר.

גאות ושפל בשירות תעשיית החשמל

הפיכת הכוח החזק של הגאות והשפל לנגזרות יקרות ערך היא דרך חדשה לייצר חשמל. טבען של תופעות אלו ידוע כיום ואינו גורם לאותה יראת כבוד שהתעוררה בקרב אבותינו. זה נובע מהשפעת השדה המגנטילוויין נאמן של כוכב הלכת - הירח.

זרמי הגאות והשפל הבולטים ביותר של מים נצפים במים הרדודים של הים והאוקיינוסים, כמו גם באפיקי נהרות.

התחנה הראשונה שבאמת נתנה תוצאה נבנתה עוד בשנת 1913 בבריטניה ליד ליברפול. מאז, מדינות רבות ניסו לחזור על החוויה, אך בסופו של דבר הן נטשו את המיזם הזה מסיבות שונות.

אנרגיה סולארית

למעשה, כל הדלקים המאובנים הטבעיים נוצרו לפני מיליוני שנים בהשתתפות ובהשפעת אור השמש. לפיכך, אנו יכולים לומר כי האנושות השתמשה זמן רב ופעיל במוצרים המתקבלים מהשמש. למען האמת, אנו חייבים את נוכחותם של נהרות ואגמים למקור בלתי נדלה זה, המבטיח את זרימת המים. עם זאת, לא לכך הכוונה באנרגיה סולארית מודרנית. לאחרונה, יחסית, הצליחו מדענים לפתח ולייצר סוללות מיוחדות. הם מייצרים חשמל כאשר אור השמש פוגע במשטח שלהם. טכנולוגיה זו מתייחסת לדרך חלופית לייצור חשמל.

השמש היא אולי המקור החזק ביותר מכל הידוע כיום. תוך שלושה ימים, כדור הארץ מקבל את כמות האנרגיה שאינה כלולה בכל המרבצים הנחקרים והפוטנציאליים של כל סוגי המשאבים התרמיים. עם זאת, רק 1/3 מאנרגיה זו מגיעה לפני השטח של קרום כדור הארץ, ורובו מתפזר באטמוספירה. ובכל זאת אנחנו מדברים על כרכים אדירים. לדברי מומחים, מאגר אחד קטןמקבל אנרגיה כמו תחנת כוח תרמית גדולה למדי.

ישנם מתקנים בעולם שמשתמשים באנרגיה של אור השמש כדי לייצר קיטור. הוא מניע גנרטור ומייצר חשמל. עם זאת, התקנות כאלה נדירות מאוד.

ללא קשר לעיקרון לפיו מופק חשמל, על המתקן להיות מצויד בקולט - מכשיר לריכוז אור השמש. בוודאי רבים ראו פאנלים סולאריים במו עיניהם. נראה שהם מתחת לזכוכית כהה. מסתבר שציפוי כזה הוא האספן הפשוט ביותר. עקרון פעולתו מבוסס על העובדה שחומר שקוף כהה מעביר את קרני השמש, אך מעכב ומחזיר קרינה אינפרא אדום ואולטרה סגול. בתוך הסוללה יש צינורות עם חומר עובד. מכיוון שקרינה תרמית אינה מועברת דרך הסרט הכהה, הטמפרטורה של נוזלי העבודה גבוהה בהרבה מטמפרטורת הסביבה. יש לציין שפתרונות כאלה פועלים ביעילות רק בקווי רוחב טרופיים, שבהם אין צורך להפוך את הקולט אחרי השמש.

סוג נוסף של ציפוי הוא מראה קעורה. ציוד כזה הוא פתרון יקר מאוד, ולכן הוא לא מצא יישום רחב. קולט כזה יכול לספק חימום עד שלושת אלפים מעלות צלזיוס.

הכיוון הזה מתפתח במהירות. באירופה לא תפתיע אף אחד עם בתים מנותקים מרשתות חשמל. עם זאת, בקנה מידה תעשייתיחשמל אינו מופק בשיטה זו. פאנלים סולאריים מתהדרים על גגות בתים כאלה. זוהי השקעה מפוקפקת ביותר. במקרה הטוב, התקנת ציוד כזה תשתלם רק לאחר עשר שנות פעילות.

שימוש בזרמי ים

זו דרך מאוד יוצאת דופן לייצר חשמל. בשל הפרש הטמפרטורות באזורים הצפוניים של האוקיינוסים והדרומי (המשווני), נוצרים זרמים רבי עוצמה בכל הכרך. אם טורבינה טבולה במים, זרם חזק יסובב אותה. זה הבסיס לעקרון הפעולה של תחנות כוח כאלה.

עם זאת, כרגע אין שימוש פעיל במקור אנרגיה זה. ישנם אתגרים הנדסיים רבים שעדיין לא נפתרו. מתבצעות רק עבודות ניסיוניות. הבריטים הם הפעילים ביותר בכיוון הזה. ייתכן שבעתיד הקרוב יופיעו מול חופי בריטניה הגדולה מושבות של תחנות כוח, שלהביהן יופעלו על ידי זרמי ים.

דרכים להשיג חשמל בבית

ניתן לייצר חשמל גם בבית. ואם אתה לוקח את הנושא הזה ברצינות, אתה יכול אפילו לענות על הצרכים של משק הבית לחשמל.

קודם כל, יש לציין שחלק מהשיטות המפורטות לייצור חשמל ישימות למדי בכלכלה פרטית. אז, חקלאים רבים ורק בעלים של אחוזות כפריות מתקינים טחנות רוח על חלקותיהם. כמו כן, ניתן לראות פאנלים סולאריים לעתים קרובות יותר ויותר על גגות בתים כפריים.

יש אחריםדרכים לייצור חשמל, אבל היישום המעשי שלהן לא בא בחשבון. זה יותר בשביל הכיף, או למטרת הניסוי.