סוגי אנרגיה: מסורתית ואלטרנטיבית. אנרגיית העתיד

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

ניתן לחלק על תנאי את כל תחומי האנרגיה הקיימים לבגרות, מתפתחות ולהימצאות בשלב של לימוד תיאורטי. חלק מהטכנולוגיות זמינות ליישום גם במשק פרטי, בעוד שאחרות ניתנות לשימוש רק במסגרת תמיכה תעשייתית. ניתן לשקול ולהעריך סוגי אנרגיה מודרניים מעמדות שונות, אך קריטריונים אוניברסליים להיתכנות כלכלית ויעילות ייצור הם בעלי חשיבות מהותית. במובנים רבים, התפיסות של שימוש בטכנולוגיות ייצור אנרגיה מסורתיות וחלופיות מתפצלות כיום בפרמטרים אלו.

אנרגיה מסורתית

זוהי שכבה רחבה של תעשיות חום וכוח מבוססות, המספקות כ-95% מצרכני האנרגיה בעולם. הפקת המשאב מתבצעת בתחנות מיוחדות - אלו אובייקטים של תחנות כוח תרמיות, תחנות כוח הידרואלקטריות, תחנות כוח גרעיניות ועוד. הן עובדות עם בסיס חומר גלם מוכן, בתהליך עיבוד אשר אנרגיית המטרה. מופק. ניתן להבחין בין השלבים הבאים של ייצור אנרגיה:

• ייצור, הכנה ואספקה של חומרי גלם למושא ייצור של סוג כזה או אחר של אנרגיה. אלו יכולים להיות תהליכי מיצוי והעשרה של דלק, שריפה של מוצרי נפט וכו'.
• העברת חומרי גלם ליחידות ומכלולים הממירים אנרגיה ישירות.
• תהליכי המרת אנרגיה מעיקרית למשנית. מחזורים אלו אינם קיימים בכל התחנות, אך, למשל, לנוחות האספקה וחלוקת האנרגיה לאחר מכן, ניתן להשתמש בצורות שונות שלה - בעיקר חום וחשמל.
• תחזוקה של אנרגיה מומרת מוגמרת, העברתה והפצתה.

בשלב הסופי, המשאב נשלח למשתמשי קצה, שיכולים להיות גם מגזרים בכלכלה הלאומית וגם בעלי בתים רגילים.

תעשיית החשמל התרמית

תעשיית האנרגיה הנפוצה ביותר ברוסיה. תחנות כוח תרמיות בארץ מייצרות יותר מ-1,000 מגוואט באמצעות פחם, גז, מוצרי נפט, מרבצי פצלים וכבול כחומר הזנה. האנרגיה הראשונית שנוצרה מומרת עוד יותר לחשמל. מבחינה טכנולוגית, לתחנות כאלה יש הרבה יתרונות, שקובעים את הפופולריות שלהן. אלה כוללים תנאי הפעלה לא תובעניים וקלות ארגון טכני של זרימת העבודה.

ניתן לבנות מתקני חשמל תרמיים בצורה של מתקני עיבוי ותחנות חום וכוח משולבות ישירות באזורים שבהם מופק המשאב המתכלה או היכן שהצרכן נמצא. תנודות עונתיות אינן משפיעות על יציבות התחנות, מה שגורם לכךמקורות אנרגיה אמינים. אבל ל-TPP יש גם חסרונות, הכוללים שימוש במשאבי דלק מתכלים, זיהום סביבתי, הצורך לחבר כמויות גדולות של משאבי עבודה וכו'.

Hydropower

מבנים הידראוליים בצורת תחנות אנרגיה נועדו לייצר חשמל כתוצאה מהמרת האנרגיה של זרימת המים. כלומר, תהליך היצירה הטכנולוגי מסופק על ידי שילוב של תופעות מלאכותיות וטבע. במהלך ההפעלה, התחנה יוצרת לחץ מספיק של מים, המופנה לאחר מכן אל להבי הטורבינה ומפעיל את הגנרטורים החשמליים. סוגי אנרגיה הידרולוגיים נבדלים בסוג היחידות המשמשות, בתצורת האינטראקציה של ציוד עם זרימות מים טבעיות וכו'. על פי מדדי ביצועים, ניתן להבחין בין הסוגים הבאים של תחנות כוח הידרו:

• Small - הפק עד 5 MW.
• בינוני - עד 25 MW.
• עוצמתי - יותר מ-25 MW.

סיווג מוחל גם בהתאם לכוח לחץ המים:

• תחנות בלחץ נמוך - עד 25 מ'.
• לחץ בינוני - מ-25 מ'.
• לחץ גבוה - מעל 60 מ'.

היתרונות של תחנות כוח הידרואלקטריות כוללות ידידותיות לסביבה, זמינות כלכלית (אנרגיה חופשית), משאב עבודה בלתי נדלה. יחד עם זאת, מבנים הידראוליים דורשים עלויות ראשוניות גדולות עבור הארגון הטכני של תשתית האחסון, ויש להם גם הגבלות עלמיקום גיאוגרפי של תחנות - רק במקום שבו הנהרות מספקים לחץ מים מספיק.

תעשיית הכוח הגרעיני

במובן מסוים, זהו תת-מין של אנרגיה תרמית, אבל בפועל, מדדי הביצועים של תחנות כוח גרעיניות גבוהים בסדר גודל מתחנות כוח תרמיות. רוסיה משתמשת במחזורים מלאים של ייצור חשמל גרעיני, המאפשר יצירת כמויות גדולות של משאבי אנרגיה, אך ישנם גם סיכונים עצומים בשימוש בטכנולוגיות עיבוד עפרות אורניום. דיון בנושאי בטיחות והפופולריות של המשימות של תעשייה זו, בפרט, מתבצע על ידי ANO "מרכז מידע לאנרגיה גרעינית", שיש לו נציגויות ב-17 אזורים ברוסיה.

הכור ממלא תפקיד מפתח בביצוע תהליכי ייצור אנרגיה גרעינית. זוהי יחידה שנועדה לתמוך בתגובות של ביקוע של אטומים, אשר, בתורם, מלווה בשחרור של אנרגיה תרמית. ישנם סוגים שונים של כורים, הנבדלים זה מזה בסוג הדלק ובנוזל הקירור המשמשים. התצורה הנפוצה ביותר היא עם כור מים קלים המשתמש במים רגילים בתור נוזל קירור. עפרת אורניום היא משאב העיבוד העיקרי בתעשיית הכוח הגרעיני. מסיבה זו, תחנות כוח גרעיניות נועדו בדרך כלל לאתר כורים קרובים למרבצי אורניום. כיום פועלים ברוסיה 37 כורים, שכושר הייצור הכולל שלהם הוא כ-190 מיליארד קוט ש לשנה.

מאפיינים של אנרגיה חלופית

כמעט כל מקורות האנרגיה החלופית משתווים לטובהעלות כלכלית וידידותית לסביבה. למעשה, במקרה זה, המשאב המעובד (נפט, גז, פחם וכו') מוחלף באנרגיה טבעית. זה עשוי להיות אור שמש, זרמי רוח, חום אדמה ומקורות אנרגיה טבעיים אחרים, למעט משאבים הידרולוגיים, הנחשבים כיום למסורתיים. מושגי אנרגיה חלופיים קיימים כבר זמן רב, אך עד היום הם תופסים חלק קטן מכלל אספקת האנרגיה העולמית. עיכובים בפיתוח תעשיות אלו קשורים לבעיות בארגון הטכנולוגי של תהליכי ייצור חשמל.

אבל מה הסיבה לפיתוח אקטיבי של אנרגיה חלופית כיום? במידה רבה, הצורך לצמצם את שיעור הזיהום הסביבתי ואת בעיות הסביבה בכלל. כמו כן, בעתיד הקרוב, האנושות עשויה להתמודד עם דלדול המשאבים המסורתיים המשמשים בייצור אנרגיה. לכן, גם למרות המכשולים הארגוניים והכלכליים, מוקדשת יותר ויותר תשומת לב לפרויקטים לפיתוח צורות אנרגיה חלופיות.

אנרגיה גיאותרמית

אחת הדרכים הנפוצות ביותר להשיג אנרגיה בבית. אנרגיה גיאותרמית נוצרת בתהליך של צבירה, העברה והתמרה של החום הפנימי של כדור הארץ. בקנה מידה תעשייתי, סלעים תת-קרקעיים מטופלים בעומקים של עד 2-3 ק מ, שבהם הטמפרטורה יכולה לעלות על 100 מעלות צלזיוס. באשר לשימוש הפרטני של מערכות גיאותרמיות, לעתים קרובות יותר נעשה שימוש בצוברים משטחים, הממוקמים לא בבארות בעומק, אלאאופקית. בניגוד לגישות אחרות לייצור אנרגיה חלופית, כמעט כל מקורות האנרגיה הגיאותרמית במחזור הייצור מסתדרים ללא שלב המרה. כלומר, אנרגיה תרמית ראשונית באותה צורה מסופקת לצרכן הסופי. לכן, נעשה שימוש במושג כמו מערכות חימום גיאותרמיות.

אנרגיה סולארית

אחד ממושגי האנרגיה האלטרנטיבית הוותיקים ביותר, המשתמש במערכות פוטו-וולטאיות ותרמודינמיות כציוד אחסון. כדי ליישם את שיטת היצור הפוטואלקטרי, נעשה שימוש בממירים של אנרגיית פוטוני האור (קוואנטה) לחשמל. מתקנים תרמודינמיים פונקציונליים יותר, ובשל זרימות שמש, יכולים לייצר גם חום עם חשמל וגם אנרגיה מכנית כדי ליצור כוח מניע.

התוכניות די פשוטות, אבל יש הרבה בעיות בתפעול של ציוד כזה. זאת בשל העובדה שאנרגיה סולארית, באופן עקרוני, מאופיינת במספר מאפיינים: חוסר יציבות עקב תנודות יומיות ועונתיות, תלות במזג האוויר, צפיפות נמוכה של שטפי אור. לכן, בשלב התכנון של פאנלים סולאריים וסוללות, מוקדשת תשומת לב רבה לחקר גורמים מטאורולוגיים.

אנרגיית גל

תהליך הפקת חשמל מהגלים מתרחש כתוצאה מהתמרה של אנרגיית הגאות. בלב רוב תחנות הכוח מסוג זה נמצאת בריכה,אשר מאורגן או במהלך הפרדת שפך הנהר, או על ידי חסימת המפרץ בסכר. גשרונים עם טורבינות הידראוליות מסודרים במחסום שנוצר. כאשר מפלס המים משתנה בזמן גאות, להבי הטורבינה מסתובבים, מה שתורם לייצור חשמל. בחלקו, סוג זה של אנרגיה דומה לעקרונות הפעולה של תחנות כוח הידרואלקטריות, אך למכניקת האינטראקציה עם משאב המים עצמו יש הבדלים משמעותיים. ניתן להשתמש בתחנות גלים בחופי הים והאוקיינוסים, שם מפלס המים עולה ל-4 מ', מה שמאפשר להפיק כוח עד 80 קילוואט/מ'. היעדר מבנים כאלה נובע מכך שגשרונים משבשים את חילופי המים המתוקים והים, והדבר משפיע לרעה על החיים של אורגניזמים ימיים.

אנרגיית רוח

שיטה נוספת להפקת חשמל זמינה לשימוש במשקי בית פרטיים, המאופיינת בפשטות טכנולוגית ובמחיר סביר. האנרגיה הקינטית של מסות האוויר פועלת כמשאב מעובד, ומנוע עם להבים מסתובבים פועל כסוללה. בדרך כלל, אנרגיית הרוח משתמשת במחוללי זרם חשמלי, המופעלים כתוצאה מסיבוב של רוטורים אנכיים או אופקיים עם מדחפים. תחנה מקומית ממוצעת מסוג זה מסוגלת להפיק 2-3 קילוואט.

טכנולוגיות האנרגיה של העתיד

לפי מומחים, עד שנת 2100 החלק המשולב של פחם ונפט במאזן העולמי יהיה כ-3%, מה שאמור לדחוק את האנרגיה התרמו-גרעיניתכמקור משני למשאבי אנרגיה. תחנות סולאריות צריכות לקחת את המקום הראשון, כמו גם תפיסות חדשות להמרת אנרגיית החלל על בסיס ערוצי שידור אלחוטיים. תהליכי הפיכתם לאנרגיה של העתיד צריכים להתחיל כבר בשנת 2030, אז תגיע תקופת הנטישה של מקורות דלק פחמימניים והמעבר למשאבים "נקיים" ומתחדשים.

Russian Energy Outlook

עתיד האנרגיה הביתית קשור בעיקר לפיתוח דרכים מסורתיות לשינוי משאבי טבע. את מקום המפתח בתעשייה יצטרך לתפוס כוח גרעיני, אבל בגרסה משולבת. את התשתית של תחנות כוח גרעיניות יהיה צורך להשלים אלמנטים של הנדסה הידראולית ואמצעים לעיבוד דלק ביולוגי ידידותי לסביבה. לא המקום האחרון בסיכויי הפיתוח האפשריים ניתן לסוללות סולאריות. ברוסיה, גם היום, פלח זה מציע רעיונות אטרקטיביים רבים - בפרט, פאנלים שיכולים לעבוד גם בחורף. סוללות ממירות את אנרגיית האור ככזו, אפילו ללא עומס תרמי.

מסקנה

בעיות מודרניות של אספקת אנרגיה מציבות את המדינות הגדולות ביותר לפני בחירה בין חשמל וניקיון סביבתי של ייצור חום וחשמל. רוב מקורות האנרגיה החלופיים שפותחו, עם כל היתרונות שלהם, אינם מסוגלים להחליף באופן מלא את המשאבים המסורתיים, אשר, בתורם, יכולים לשמש עוד כמה עשורים. לכן, האנרגיה של העתיד היא הרבהמומחים מציגים את זה כסוג של סימביוזה של מושגים שונים של ייצור אנרגיה. יתרה מכך, טכנולוגיות חדשות צפויות לא רק ברמה התעשייתית, אלא גם במשקי בית. בהקשר זה, ניתן לשים לב לעקרונות שיפוע-טמפרטורה וביומסה של ייצור אנרגיה.