Što je moderna energija. Izgledi moderne energije

Problemi i perspektive suvremene energetike
Stručnjaci su izračunali da je u Sjedinjenim Državama potrošnja energije 6 puta veća od svjetskog prosjeka i 30 puta veća od razine zemalja u razvoju.

Znanstvenici nude sljedeće informacije za razmišljanje. Kad bi zemlje u razvoju mogle povećati svoju potrošnju mineralnih resursa na razinu Sjedinjenih Država, tada bi dokazane rezerve nafte bile iscrpljene za 7 godina, prirodnog plina za 5 godina, ugljena za 18 godina. Uzmemo li u obzir i potencijalne rezerve do kojih geolozi još nisu došli, onda bi prirodnog plina trebalo biti dovoljno za 72 godine, nafte u običnim bušotinama - za 60 godina, a u škriljcu i pijesku, odakle ju je izuzetno teško i skupo crpiti. van - za 660 godina. Ugljen - već 350 godina.
Pretpostavimo da je za potrebe energije moguće iskoristiti, poput nafte, cjelokupnu masu našeg planeta. Ako stopa porasta potrošnje energije ostane ista kao danas, ovo će "gorivo" u potpunosti izgorjeti za samo 342 godine.
Sadašnjim tempom tehnološkog razvoja, proizvodnja energije na Zemlji za 240 godina premašit će količinu sunčeve energije koja pada na naš planet, za 800 godina - svu energiju koju sunce oslobodi, a za 1300 godina premašit će ukupnu radijaciju. cijele naše Galaksije.
No, glavni problem suvremene energetike nije iscrpljenost mineralnih resursa, već prijeteća ekološka situacija.

Nuklearna elektrana
Na temelju iskustva, čovječanstvo će morati napustiti nuklearnu energiju iz 4 razloga.
Prvo, svaka je nuklearna elektrana, bez obzira na stupanj pouzdanosti, stacionarna atomska bomba koja se u svakom trenutku može detonirati sabotažom, zračnim bombardiranjem, raketiranjem ili konvencionalnim topničkim projektilima.
Drugo, na primjeru Černobila iz vlastitog smo se iskustva uvjerili da se nesreća u nuklearnoj elektrani može dogoditi zbog nečijeg nemara. Od 1971. do 1984. godine U svijetu se dogodila 151 ozbiljna nesreća u nuklearnim elektranama, u kojima je došlo do "značajnog ispuštanja radioaktivnih materijala s opasnim učinkom na ljude". Od tada nije prošla ni godina da se ne dogodi teža nesreća u nuklearnoj elektrani, a ponekad čak i nekoliko nesreća, u jednoj ili drugoj zemlji svijeta.
Treće, stvarnu opasnost predstavlja radioaktivni otpad iz nuklearnih elektrana, kojeg se u proteklim desetljećima nakupilo prilično mnogo, a nakupit će se još više ako nuklearna energija zauzme dominantnu poziciju u globalnoj energetskoj bilanci. Sada se nuklearni otpad u posebnim kontejnerima zakopava duboko u zemlju ili spušta na dno oceana. Ove metode nisu sigurne: s vremenom se zaštitne ljuske uništavaju, a radioaktivni elementi ulaze u vodu i tlo, a zatim u ljudsko tijelo.
Četvrto, atomsko gorivo može se jednako učinkovito koristiti iu nuklearnoj elektrani iu atomskoj bombi. Vijeće sigurnosti UN-a suzbija pokušaje totalitarnih država u razvoju da uvoze nuklearno gorivo, navodno za razvoj nuklearne energije. Time se nuklearnoj energiji zatvara put u budućnost kao dominantnom dijelu globalne energetske bilance.
Ali nuklearna energija također ima važne prednosti. Američki stručnjaci izračunali su da bi, kada bi se do početka 90-ih u SSSR-u sve nuklearne elektrane zamijenile onima na ugljen istog kapaciteta, onečišćenje zraka postalo toliko veliko da bi dovelo do 50-strukog povećanja prijevremenih elektrana. smrti u 21. stoljeću. u usporedbi s najpesimističnijim prognozama posljedica černobilske katastrofe.

Alternativna energija. Teorija i praksa
Alternativna energija temelji se na korištenju obnovljivih (ili "čistih") izvora energije. To uključuje uređaje za proizvodnju energije koji koriste energiju sunca, vjetra, plime i oseke, morskih valova i podzemne topline planeta.

solarna energija
Vodeći ekološki prihvatljiv izvor energije je Sunce. Trenutno se koristi samo mali dio solarne energije zbog činjenice da postojeći solarni paneli imaju relativno nisku učinkovitost i vrlo su skupi za proizvodnju. Stručnjaci kažu da bi samo solarna energija mogla pokriti sve zamislive energetske potrebe čovječanstva u narednim tisućama godina. No, suočava se s brojnim problemima vezanim uz izgradnju, postavljanje i rad solarnih elektrana na tisućama četvornih kilometara zemljine površine. Stoga je ukupni udio sunčeve energije bio i ostat će dosta skroman.

Energija vjetra
Prema podacima Svjetske meteorološke organizacije, potencijal energije vjetra u svijetu iznosi 170 trilijuna kWh godišnje.
Energija vjetra ima nekoliko značajnih nedostataka koji otežavaju njezino korištenje. Prije svega, vrlo je disperziran u prostoru, pa je potrebno izgraditi vjetroturbine koje mogu stalno raditi uz visoku učinkovitost.
Vjetar je vrlo nepredvidiv: često mijenja smjer, iznenada jenjava čak iu najvjetrovitijim krajevima zemaljske kugle, a ponekad doseže takvu snagu da lomi vjetrenjače. Vjetroelektrane nisu bezopasne: one ometaju letove ptica i insekata, stvaraju buku i rotirajućim lopaticama odbijaju radio valove. Ali energija vjetra ima veliku prednost - ekološku prihvatljivost. Osim toga, nedostaci se mogu smanjiti, ili čak potpuno ukloniti.
Razvijene su vjetroturbine koje mogu učinkovito raditi i s najslabijim povjetarcem. Uspon lopatice propelera automatski se podešava tako da je uvijek osigurana maksimalna moguća iskoristivost energije vjetra, a ako je brzina vjetra prevelika, lopatica se također automatski prebacuje u položaj lopatice, tako da je nezgoda moguća. isključen.
Razvijene su i rade takozvane ciklonske elektrane snage do sto tisuća kilovata, gdje topli zrak dižući se u posebnom 15-metarskom tornju i miješajući se s cirkulirajućim strujanjem zraka stvara umjetni “ciklon” koji vrti turbinu. Takve instalacije puno su učinkovitije od solarnih panela i konvencionalnih vjetrenjača.
Kako bi se kompenzirala promjenjivost vjetra, grade se goleme “vjetroelektrane”. Vjetrenjače ondje stoje u nizovima na ogromnom prostoru i zauzimaju mnogo prostora. U Danskoj su postavili "vjetroelektranu" u obalne plitke vode Sjevernog mora, gdje nikome ne smeta, a vjetar je stabilniji nego na kopnu.
Pozitivan primjer korištenja energije vjetra pokazale su Nizozemska i Švedska (potonja je tijekom 90-ih odlučila izgraditi i postaviti 54 tisuće visokoučinkovitih elektrana na najprikladnijim mjestima).
U svijetu trenutno radi više od 30 tisuća vjetroturbina različitih kapaciteta. Njemačka dobiva 10% električne energije iz vjetra, a vjetar cijeloj zapadnoj Europi daje 2500 MW električne energije.

hidroenergija
Hidroelektrane su još jedan izvor energije koji tvrdi da je ekološki prihvatljiv. Početkom 20. stoljeća velike i planinske rijeke svijeta plijenile su pozornost, a do kraja stoljeća većina ih je začepljena kaskadama brana koje daju jeftinu energiju.
Međutim, to je dovelo do ogromne štete u poljoprivredi i prirodi: zemlje iznad brana bile su poplavljene, na područjima koja se nalaze ispod, razina podzemnih voda je pala, golema prostranstva zemlje su izgubljena, idući na dno divovskih rezervoara, prirodni tok rijeke su prekinute, voda u akumulacijama istrunula, riblji fond. Na planinskim rijekama svi su ti nedostaci minimizirani, ali je dodan još jedan: u slučaju potresa koji bi mogao uništiti branu, katastrofa bi mogla dovesti do tisuća žrtava. Stoga moderne velike hidroelektrane nisu baš ekološki prihvatljive. Međutim, nedostaci hidroelektrana potaknuli su ideju o mini-hidroelektranama, koje se mogu nalaziti na malim rijekama ili čak potocima, a njihovi električni generatori mogu raditi na male kapi vode ili na pogon samo snagom struje. Iste mini-hidroelektrane mogu se instalirati na velikim rijekama s relativno brzim protokom.
Detaljno su razrađeni centrifugalni i propelerski pogonski agregati rukavnih prijenosnih hidroelektrana snage od 0,18 do 30 kW. U linijskoj proizvodnji unificirane hidroturbinske opreme, mini-hidroelektrane mogu konkurirati maksi-varijantama po cijeni od jednog kilovatsata. Također, nedvojbena prednost je mogućnost njihove instalacije čak iu najnepristupačnijim kutovima određene zemlje: sva oprema može se transportirati na jednom tovarnom konju, a montaža ili demontaža traje samo nekoliko sati.
Još jedan vrlo obećavajući razvoj, koji još nije dobio široku primjenu, nedavno je stvorena Gorlovljeva helikoidna turbina, nazvana po svom tvorcu. Njegova posebnost leži u činjenici da ne treba jak pritisak i učinkovito radi koristeći kinetičku energiju toka vode - rijeke, oceanske struje ili morske oseke. Ovaj izum promijenio je uobičajenu predodžbu o hidroelektrani, čija je snaga prije ovisila samo o sili pritiska vode, odnosno o visini brane hidroelektrane.

Energija oseke i oseke
Nerazmjerno jači izvor vodotokova su oseke i oseke. Projekti plimnih hidroelektrana detaljno su razrađeni u inženjerskom smislu, eksperimentalno ispitani u nekoliko zemalja, uključujući i poluotok Kola u Rusiji. Osmišljena je čak i strategija za optimalan rad TE: akumulirati vodu u akumulaciji iza brane za vrijeme plime i trošiti je za proizvodnju električne energije kada je “vršna potrošnja” u jedinstvenim energetskim sustavima, čime se smanjuje opterećenje na drugim elektranama.
Danas su JPP nekonkurentna u usporedbi s toplinskom energijom.
U praksi će izgradnja TE na najpovoljnijim točkama morske obale, gdje se razlika u razini vode kreće od 1-2 do 10-16 metara, trajati desetljećima ili čak stoljećima. Ali interes za globalnu energetsku ravnotežu termoelektrana trebao bi se početi pojavljivati ​​već tijekom 21. stoljeća.
Prva plimna elektrana snage 240 MW puštena je u rad 1966. godine u Francuskoj na ušću rijeke Rance, koja se ulijeva u La Manche, gdje je prosječna amplituda plime 8,4 m. Otvarajući postaju, francuski predsjednik Charles de Gaulle ju je nazvao izvanrednom zgradom stoljeća. Unatoč visokoj cijeni izgradnje, koja je gotovo 2,5 puta veća od cijene izgradnje riječne HE istog kapaciteta, prvo iskustvo rada plimne HE pokazalo se ekonomski opravdanim. TE na rijeci Rance dio je francuskog energetskog sustava i učinkovito se koristi.
Na Bijelom moru postoje projekti velikih termoelektrana snage 320 MW (Kola) i 4000 MW (Mezen), gdje je amplituda plime 7-10 m.
Također se planira iskoristiti ogroman energetski potencijal Ohotskog mora, gdje na nekim mjestima, na primjer, u zaljevu Penzhinskaya, visina plime doseže 12,9 m, au zaljevu Gizhiginskaya - 12-14 m. Gorlovljeva turbina, koja omogućuje izgradnju JPP-ova bez brana, čime se smanjuju troškovi izgradnje.

Energija valova
Već danas su projektirane i eksperimentalno ispitane visoko ekonomične elektrane na valove, koje mogu učinkovito raditi i kod slabih valova ili čak i uz potpuni mir. Na dnu mora ili jezera postavlja se okomita cijev u čijem je podvodnom dijelu napravljen “prozor” u koji pada duboki val (a to je gotovo stalna pojava) sabija zrak u rudniku, i okreće turbinu generatora. Tijekom obrnutog kretanja, zrak u turbini je razrijeđen, čime se pokreće druga turbina. Dakle, elektrana na valove radi neprekidno u gotovo svim vremenskim uvjetima, a struja se prenosi na obalu kroz podvodni kabel. Neke vrste vjetroelektrana mogu poslužiti kao izvrsni lukobrani, štiteći obalu od valova i tako uštedjeti na izgradnji betonskih lukobrana.
Stručnjaci iz laboratorija za energiju vode i vjetra na Sveučilištu Northeastern u Bostonu (SAD) razvili su projekt prve oceanske elektrane na svijetu. Izgradit će se u Floridskom tjesnacu, gdje izvire Golfska struja. Na izlazu iz Meksičkog zaljeva kapacitet protoka je 25 milijuna m 3 /s, što je 20 puta više od ukupnog protoka vode u svim rijekama svijeta. Prema procjenama stručnjaka, sredstva uložena u projekt isplatit će se u roku od pet godina. U ovoj jedinstvenoj elektrani koristit će se Gorlovljeva turbina za proizvodnju struje od 38 kW. Ova helikoidna turbina ima tri spiralne lopatice i vrti se 2-3 puta brže od trenutne brzine pod utjecajem protoka vode. Za razliku od višetonskih metalnih turbina koje se koriste u riječnim hidroelektranama, dimenzije Gorlovljeve turbine izrađene od plastike su male (promjer - 50 cm, duljina - 84 cm), njegova težina je samo 35 kg. Elastični premaz na površini lopatica smanjuje trenje o vodu i sprječava prianjanje algi i školjkaša. Učinkovitost Gorlovljeve turbine je tri puta veća od učinkovitosti konvencionalnih turbina.

geotermalna energija
Podzemna toplina planeta prilično je dobro poznat i već korišten izvor "čiste" energije. U Rusiji je prva geotermalna elektrana snage 5 MW izgrađena 1966. godine na jugu Kamčatke, u dolini rijeke Paužetke. Godine 1980. njegov je kapacitet već bio 11 MW. U Italiji, u područjima Landerello, Monte Amiata i Travele, postoji 11 takvih stanica ukupne snage 384 MW. Geotermalne elektrane također rade u SAD-u (Kalifornija, Dolina velikih gejzira), Islandu (u blizini jezera Myvatn), Novom Zelandu, Meksiku i Japanu. Reykjavik, glavni grad Islanda, dobiva toplinu isključivo iz toplih podzemnih izvora.
Geolozi su otkrili da masivi zagrijani na 180°-200°C na dubini od 46 km zauzimaju veći dio teritorija Rusije, a s temperaturama do 100°-150°C nalaze se gotovo posvuda. Osim toga, na nekoliko milijuna četvornih kilometara postoje vrele podzemne rijeke i mora dubine do 3,5 km i temperature vode do 200 °C (naravno, pod pritiskom), tako da se bušenjem bušotine može dobiti parna fontana bez ikakve termoelektrane i tople vode.

hidrotermalna energija
Osim podzemne, postoji i toplina vode, koja kao izvor energije nije toliko česta. Voda je uvijek topla barem nekoliko stupnjeva, a ljeti se zagrije i do 25°C. Za korištenje ove topline potrebna je instalacija koja radi na principu “hladnjak u rikvercu”. Ako vodu propustite kroz rashladnu jedinicu, tada se iz nje može uzeti i toplina. Vruća para, koja nastaje kao rezultat izmjene topline, kondenzira se, temperatura joj raste do 110°C, a zatim se može usmjeriti ili u turbine elektrana ili za zagrijavanje vode u baterijama centralnog grijanja do 60°-65°C. °C. Kao odgovor, za svaki kilovatsat energije utrošen na to, priroda vraća 3 kilovatsata. Po istom principu moguće je dobiti energiju za klimatizaciju po vrućem vremenu.
Takve instalacije su najučinkovitije pri velikim temperaturnim razlikama. Svi potrebni inženjerski razvoji već su provedeni i eksperimentalno ispitani.

Energija danas i sutra
Danas oko polovice svjetske energetske bilance otpada na naftu, oko trećinu na plin i nuklearnu elektranu (svaka oko šestina), a oko jednu petinu na ugljen. Za sve ostale energente ostaje samo nekoliko postotaka. No, gdje je to moguće, treba uvesti alternativne izvore energije.
Treba napomenuti (a to je više puta izvijestio C&N) da, primjerice, određena iskustva u korištenju energije vjetra već postoje u Bjelorusiji.

Suvremeni razvoj gospodarstva oštro je otkrio glavne probleme u razvoju energetskog kompleksa. Era ugljikovodika polako, ali sigurno dolazi svom logičnom kraju. Trebalo bi ga zamijeniti inovativne tehnologije, koje su povezane s glavnim energetske perspektive.

Problemi energetskog kompleksa

Možda se jedan od najvažnijih problema energetskog kompleksa može smatrati visokim troškovima energije, što zauzvrat dovodi do povećanja troškova proizvodnje. Unatoč činjenici da je posljednjih godina došlo do aktivnog razvoja koji može omogućiti korištenje, nijedan od njih trenutno nije sposoban potpuno istisnuti ugljikovodike iz globalne energetske arene. Alternativne tehnologije su dodatak tradicionalnim izvorima, ali ne i zamjena, barem ne još.

U uvjetima Rusije problem je dodatno otežan stanjem propadanja energetskog kompleksa. Energetski kompleksi nisu u najboljem stanju, mnoge elektrane su fizički uništene. Kao rezultat toga, trošak električne energije se ne smanjuje, već stalno raste.

Dugo se svjetska energetska zajednica oslanjala na atom, no ovaj se smjer razvoja može nazvati i slijepom ulicom. U europskim zemljama postoji trend postupnog napuštanja nuklearnih elektrana. Neuspjeh energije atoma naglašava i činjenica da tijekom dugih desetljeća razvoja nije uspio istisnuti ugljikovodike.

Izgledi razvoja

Kao što je već navedeno, perspektive razvoja energetike prvenstveno su povezani s razvojem učinkovitih alternativnih izvora. Najviše proučavana područja u ovoj oblasti su:

• Biogorivo.
• Snaga vjetra.
• Geotermalna energija.
• Solarna energija.
• Termonuklearna energetika (UTS).
• Energija vodika.
• Energija plime i oseke.

Niti jedan od ovih pravaca ne može riješiti problem energetske krize, kada jednostavno nadopunjavanje starih izvora energije alternativnim više nije dovoljno. Razvoj se odvija u različitim smjerovima i na različitim je stupnjevima razvoja. Ipak, već je moguće ocrtati niz tehnologija koje mogu pokrenuti:

• Vrtložni generatori topline. Takve instalacije korištene su dugo vremena, pronašle su svoju primjenu u opskrbi toplinom kuća. Radni fluid koji se pumpa kroz sustav cjevovoda zagrijava se do 90 stupnjeva. Unatoč svim prednostima tehnologije, još je daleko od konačnog završetka razvoja. Na primjer, nedavno se aktivno proučavala mogućnost korištenja zraka umjesto tekućine kao radnog medija.
• Hladna nuklearna fuzija. Još jedna tehnologija koja se razvija od kasnih 80-ih godina prošlog stoljeća. Temelji se na ideji dobivanja nuklearne energije bez ultravisokih temperatura. Dok je smjer u fazi laboratorijskih i praktičnih istraživanja.
• U fazi industrijskog dizajna su magnetomehanička pojačala snage koja u svom radu koriste Zemljino magnetsko polje. Pod njegovim utjecajem povećava se snaga generatora i povećava se količina primljene električne energije.
• Čini se da su energetske instalacije temeljene na ideji dinamičke supravodljivosti vrlo obećavajuće. Bit ideje je jednostavna - pri određenoj brzini nastaje dinamička supravodljivost, što omogućuje stvaranje snažnog magnetskog polja. Istraživanja u ovom području traju već duže vrijeme i prikupljen je značajan teorijski i praktični materijal.

Ovo je samo mali popis inovativnih tehnologija, od kojih svaka ima dovoljan razvojni potencijal. Općenito, svjetska znanstvena zajednica sposobna je razviti ne samo alternativne izvore energije, koji se već mogu nazvati starim, već i istinski inovativne tehnologije.

Valja napomenuti da se posljednjih godina pojavljuje sve više tehnologija koje su se donedavno činile fantastičnima. Razvoj takvih izvora energije može potpuno transformirati poznati svijet. Navest ćemo samo najpoznatije od njih:

• nanovodičke baterije.
• Tehnologije bežičnog prijenosa energije.
• Atmosferska elektroprivreda i dr.

Treba očekivati ​​da će se u nadolazećim godinama pojaviti i druge tehnologije čiji će razvoj omogućiti odustajanje od korištenja ugljikovodika i, što je važno, smanjenje troškova energije.

Energetski problem jedan je od najvažnijih problema koje čovječanstvo danas mora riješiti. Takva dostignuća znanosti i tehnologije kao što su sredstva trenutne komunikacije, brzog transporta i istraživanja svemira već su postala poznata. Ali sve to zahtijeva ogroman utrošak energije. Nagli rast proizvodnje i potrošnje energije aktualizirao je novi akutni problem onečišćenja okoliša koji predstavlja ozbiljnu opasnost za čovječanstvo.

Svjetske potrebe za energijom brzo će rasti u nadolazećim desetljećima. Niti jedan izvor energije ih neće moći osigurati, stoga je potrebno razvijati sve izvore energije i učinkovito koristiti energetske resurse.

U sljedećoj fazi razvoja energetike (prva desetljeća 21. stoljeća) najviše će obećavati energija ugljena i nuklearna energija s toplinskim i brzim neutronskim reaktorima. Međutim, možemo se nadati da čovječanstvo neće stati na putu napretka povezanog s potrošnjom energije u sve većim količinama.

Riječ "energija" na grčkom znači djelovanje, aktivnost. Važnost pojma energije određena je činjenicom da se pokorava zakonu održanja. Koncept energije pomaže razumjeti nemogućnost stvaranja perpetuum mobile stroja. Rad se može odvijati samo kao rezultat određenih promjena u okolnim tijelima ili sustavima (izgaranje goriva, pada vode). Sposobnost tijela da pri prijelazu iz jednog stanja u drugo izvrši određeni rad (radna sposobnost) naziva se energija. Sada se, više nego ikada, postavilo pitanje: što čeka čovječanstvo - energetska glad ili energetsko obilje. Članci o energetskoj krizi ne silaze sa stranica novina i časopisa. Neumoljivi zakoni prirode tvrde da je jedini način da se dobije iskoristiva energija njezino pretvaranje iz drugih oblika. Vječni strojevi za kretanje nažalost nisu mogući. A danas se 4 od 5 kilovata proizvedene električne energije dobiva izgaranjem goriva ili korištenjem kemijske energije pohranjene u njemu, pretvarajući je u električnu energiju u termoelektranama. Rast cijena nafte, brzi razvoj nuklearne energije, sve veći zahtjevi za zaštitom okoliša zahtijevali su novi pristup energiji.

Nije ni čudo što kažu: "Energija je kruh industrije." Što je industrija i tehnologija razvijenija, to im treba više energije. Postoji čak i poseban koncept - "napredni razvoj energetike". To znači da se nijedno industrijsko poduzeće, novi grad ili čak kuća ne mogu izgraditi prije nego što se izvor energije identificira ili ponovno stvori,

koje će konzumirati. Zato se po količini proizvedene i iskorištene energije prilično točno može prosuditi tehnička i gospodarska moć, ili jednostavnije, bogatstvo svake države.

U prirodi su rezerve energije ogromne. Nose ga sunčeve zrake, vjetrovi i pokretne vodene mase, skladišti se u drvu, nalazištima plina, nafte i ugljena. Energija "zapečaćena" u jezgrama atoma tvari praktički je neograničena. Ali nisu svi njegovi oblici prikladni za izravnu upotrebu.

Tijekom duge povijesti energetske industrije akumulirana su mnoga tehnička sredstva i metode za dobivanje energije i njezino pretvaranje u oblike koji su ljudima potrebni. Zapravo, čovjek je postao osoba tek kada je naučio primati i koristiti toplinsku energiju. Vatru lomača zapalili su prvi ljudi koji još nisu razumjeli njenu prirodu, međutim, ova metoda pretvaranja kemijskih

energije u toplinsku energiju očuvana je i usavršavana tisućama godina.

Energiji vlastitih mišića i vatri ljudi su dodali mišićnu energiju životinja. Izumili su tehniku ​​za uklanjanje kemijski vezane vode iz gline pomoću toplinske energije vatre - lončarskih peći, koje su proizvodile trajne keramičke proizvode. Naravno, procesi koji se odvijaju u isto vrijeme, osoba je naučila tek tisućljećima kasnije.

Tada su se ljudi dosjetili mlinova - tehnike pretvaranja energije strujanja vjetra i vjetra u mehaničku energiju rotirajuće osovine. Ali tek izumom parnog stroja, motora s unutarnjim izgaranjem, hidrauličkih, parnih i plinskih turbina, elektrogeneratora i motora, čovječanstvo je dobilo na raspolaganje dovoljno moćne

tehnički uređaji. Oni su u stanju pretvoriti prirodnu energiju u druge vrste, pogodne za korištenje i dobivanje velike količine rada. Potraga za novim izvorima energije tu nije završila: baterije, gorivne ćelije, pretvarači sunčeve energije u električnu, a već sredinom 20. stoljeća izumljeni su nuklearni reaktori.

Problem opskrbe električnom energijom mnogih sektora svjetskog gospodarstva, stalno rastuće potrebe više od šest milijardi ljudi na Zemlji, sada postaje sve hitniji.

Temelj moderne svjetske energetike su termo i hidroelektrane. Međutim, njihov razvoj ograničen je nizom čimbenika. Troškovi ugljena, nafte i plina koji pokreću termoelektrane rastu, a prirodni resursi tih goriva se smanjuju. Osim toga, mnoge zemlje nemaju vlastite izvore goriva ili ih nemaju. U procesu proizvodnje električne energije u termoelektranama dolazi do ispuštanja štetnih tvari u atmosferu. Štoviše, ako je gorivo ugljen, osobito smeđi, malo vrijedan za drugu vrstu uporabe i s visokim sadržajem nepotrebnih nečistoća, emisije poprimaju kolosalne razmjere. I, konačno, havarije na termoelektranama uzrokuju veliku štetu prirodi, usporedivu sa štetom bilo kojeg većeg požara. U najgorem slučaju takav požar može biti popraćen eksplozijom uz stvaranje oblaka ugljene prašine ili čađe.

Hidroenergetski resursi u razvijenim zemljama gotovo su potpuno iskorišteni: većina riječnih dionica pogodnih za hidrotehničku izgradnju već je izgrađena. A kakvu štetu prirodi čine hidroelektrane! Iz HE nema emisija u zrak, ali

uzrokuje značajnu štetu vodenom okolišu. Prije svega stradaju ribe koje ne mogu svladati brane hidroelektrana. Na rijekama gdje su izgrađene hidroelektrane, pogotovo ako ih je više - tzv. kaskade hidroelektrana - količina vode prije i poslije brana dramatično se mijenja. Ogromne akumulacije izlijevaju se na ravničarske rijeke, a potopljena su zemljišta nepovratno izgubljena za poljoprivredu, šume, livade i ljudska naselja. Što se tiče nesreća na hidroelektranama, u slučaju proboja bilo koje hidroelektrane stvara se ogroman val koji će odnijeti sve hidroelektrane koje se nalaze ispod brane. Ali većina tih brana nalazi se u blizini velikih gradova s ​​populacijom od nekoliko stotina tisuća stanovnika.

Izlaz iz te situacije vidio se u razvoju nuklearne energije. Do kraja 1989. godine u svijetu je izgrađeno i radilo više od 400 nuklearnih elektrana (NE). Danas se pak nuklearne elektrane više ne smatraju izvorom jeftine i ekološki prihvatljive energije. Nuklearne elektrane pogone uranova rudača, skupa i teško ekstrahirajuća sirovina čije su rezerve ograničene. Osim toga, izgradnja i rad nuklearnih elektrana povezani su s velikim poteškoćama i troškovima. Samo nekoliko zemalja sada nastavlja s izgradnjom novih nuklearnih elektrana. Problemi onečišćenja okoliša ozbiljna su kočnica daljnjem razvoju nuklearne energije. Sve to dodatno komplicira odnos prema nuklearnoj energiji. Sve su češći pozivi na odustajanje od uporabe nuklearnog goriva uopće, zatvaranje svih nuklearnih elektrana i povratak na proizvodnju električne energije u termo i hidroelektranama, kao i na korištenje tzv. obnovljivih – malih, odn. "netradicionalne" - vrste proizvodnje energije. U potonje prvenstveno spadaju instalacije i uređaji koji koriste energiju vjetra, vode, sunca, geotermalnu energiju, kao i toplinu sadržanu u vodi, zraku i zemlji.

Suvremena elektroprivreda ima mnogo problema, oni su zbog visoke cijene goriva, negativnog utjecaja na okoliš itd.

Na primjer, hidroenergetske tehnologije imaju mnoge prednosti, ali postoje i značajni nedostaci. Režijski troškovi, kišne sezone, niski izvori vode tijekom suša mogu ozbiljno utjecati na količinu proizvedene energije. To može postati ozbiljan problem tamo gdje je hidroenergija značajan dio energetskog kompleksa zemlje, brane su uzrok mnogih problema: preseljenje stanovništva, isušivanje prirodnih riječnih korita, zamuljivanje akumulacija, sporovi oko vode između susjednih zemalja, značajni trošak ovih projekata. Hidroelektrane na nizinskim rijekama dovode do plavljenja velikih područja. Značajan dio područja formiranih rezervoara je plitka voda. Ljeti, zbog sunčevog zračenja, u njima se aktivno razvija vodena vegetacija, dolazi do takozvanog "cvjetanja" vode.

Promjena razine vode, na nekim mjestima dostiže potpuno sušenje, dovodi do smrti vegetacije. Brane sprječavaju migraciju riba. Višekaskadne hidroelektrane već su rijeke pretvorile u niz jezera, gdje se pojavljuju močvare. Ribe u tim rijekama umiru, a mikroklima oko njih se mijenja, dodatno uništavajući prirodne ekosustave.

O opasnostima termoelektrana, pri izgaranju goriva u termostrojevima oslobađaju se štetne tvari: ugljični monoksid, dušikovi spojevi, spojevi olova, a značajna količina topline oslobađa se i u atmosferu.

Osim toga, korištenje parnih turbina u termoelektranama zahtijeva izdvajanje velikih površina za bazene, u kojima se hladi ispušna para. Svake godine u svijetu se spali 5 milijardi tona ugljena i 3,2 milijarde tona nafte, uz oslobađanje 2 10 J topline u atmosferu. Zalihe fosilnih goriva na Zemlji raspoređene su krajnje neravnomjerno, a sadašnjom brzinom potrošnje ugljen će trajati 150-200 godina, nafta 40-50 godina, a plin oko 60 godina. Cijeli ciklus rada vezan uz vađenje, transport i izgaranje fosilnih goriva (uglavnom ugljena), kao i stvaranje otpada, popraćen je ispuštanjem velike količine kemijskih zagađivača. Eksploatacija ugljena povezana je sa značajnim zaslanjivanjem rezervoara vode u koje se voda ispušta iz rudnika. Osim toga, ispumpana voda sadrži izotope radija i radona. Termoelektrana, iako ima suvremene sustave za čišćenje produkata izgaranja ugljena, godišnje u atmosferu ispusti, prema različitim procjenama, od 10 do 120 tisuća tona sumpornih oksida, 2-20 tisuća tona dušikovih oksida, 700-1500 tona pepela (bez pročišćavanja - u 2 -3 puta više) i emitira 3-7 milijuna tona ugljičnog monoksida. Osim toga, formira se više od 300 tisuća tona pepela koji sadrži oko 400 tona otrovnih metala (arsen, kadmij, olovo, živa). Može se primijetiti da termoelektrana na ugljen emitira više radioaktivnih tvari u atmosferu nego nuklearna elektrana istog kapaciteta. To je zbog otpuštanja raznih radioaktivnih elemenata sadržanih u ugljenu u obliku inkluzija (radij, torij, polonij, itd.). umnožak vrijednosti doze i broja ljudi izloženih zračenju (izražava se u person-sivertima). Pokazalo se da je početkom 90-ih godina prošlog stoljeća godišnja kolektivna doza izloženosti stanovništva Ukrajine zbog toplinske energije iznosila 767 ljudi / n, a zbog nuklearne energije - 188 ljudi / n.

Trenutačno se svake godine u atmosferu emitira 20-30 milijardi tona ugljičnog monoksida. Prognoze pokazuju da bi, nastavi li se takvim stopama, prosječna temperatura na Zemlji mogla porasti za nekoliko stupnjeva do sredine stoljeća, što će dovesti do nepredvidivih globalnih klimatskih promjena. Uspoređujući utjecaj različitih izvora energije na okoliš, potrebno je uzeti u obzir njihov utjecaj na zdravlje ljudi. Visoki rizik za radnike u slučaju korištenja ugljena povezan je s njegovim vađenjem u rudnicima i transportu te s utjecajem produkata izgaranja na okoliš. Posljednja dva razloga odnose se na naftu i plin i utječu na cjelokupno stanovništvo. Utvrđeno je da globalni utjecaj emisija izgaranja ugljena i nafte na ljudsko zdravlje djeluje otprilike na isti način kao nesreća poput Černobila, koja se događa jednom godišnje. Ovo je “tihi Černobil”, čije su posljedice izravno nevidljive, ali stalno utječu na okoliš. Koncentracija otrovnih nečistoća u kemijskom otpadu je stabilna i na kraju će sve prijeći u ekosferu, za razliku od radioaktivnog otpada od raspada nuklearnih elektrana.

Općenito, stvarni utjecaj zračenja nuklearnih elektrana na okoliš mnogo je (10 i više puta) manji od dopuštenog. Ako uzmemo u obzir utjecaj raznih izvora energije na okoliš na ljudsko zdravlje, tada je među obnovljivim izvorima energije rizik od normalnog rada nuklearnih elektrana minimalan kako za radnike čije su aktivnosti povezane s različitim fazama ciklusa nuklearnog goriva tako i za populacija. Globalni doprinos zračenja nuklearne energije u svim fazama ciklusa nuklearnog goriva sada iznosi oko 0,1% prirodne pozadine i neće premašiti 1% čak ni s njegovim intenzivnim razvojem u budućnosti.

Rudarstvo i prerada uranovih ruda također su povezani s nepovoljnim utjecajima na okoliš.

Skupna doza koju je primilo osoblje postrojenja i javnost u svim fazama rudarenja urana i proizvodnje goriva za reaktore iznosi 14% ukupne doze ciklusa nuklearnog goriva. No glavni problem ostaje zbrinjavanje visokoradioaktivnog otpada. Volumen visokoopasnog radioaktivnog otpada je približno stotisućiti dio ukupne količine otpada, uključujući vrlo otrovne kemijske elemente i njihove stabilne spojeve. Razvijaju se metode za njihovu koncentraciju, pouzdano vezivanje i smještaj u stabilne geološke formacije, gdje se, prema mišljenju stručnjaka, mogu zadržati tisućljećima. Ozbiljan nedostatak nuklearne energije je radioaktivnost korištenog goriva i njegovih produkata fisije. To zahtijeva stvaranje zaštite od raznih vrsta radioaktivnog zračenja, što značajno povećava energiju koju generiraju nuklearne elektrane. Osim toga, još jedan nedostatak nuklearnih elektrana je toplinsko onečišćenje vode, tj. njegovo zagrijavanje.

Zanimljivo je napomenuti da prema grupi britanskih liječnika ljudi koji su radili od 1946. do 1988. godine u britanskoj nuklearnoj industriji u prosjeku žive dulje, a stopa smrtnosti među njima od svih uzroka, pa tako i od raka, znatno je niža. Ako uzmemo u obzir stvarne razine zračenja i koncentraciju kemikalija u atmosferi, onda možemo reći da je učinak potonjih na floru u cjelini prilično značajan u usporedbi s učinkom zračenja.

Izneseni podaci pokazuju da tijekom rada elektrana okoliš utjecaj nuklearne energije desetke je puta manji od toplinske.

Tragedija u Černobilu ostaje nepopravljivo zlo za Ukrajinu. Ali to ima više veze s društvenim poretkom koji ga je iznjedrio nego s nuklearnom energijom. Uostalom, ni u jednoj nuklearnoj elektrani na svijetu, osim u Černobilu, nije bilo nesreća koje su izravno dovele do smrti ljudi.

Probabilistička metoda proračuna sigurnosti nuklearnih elektrana u cjelini pokazuje da je pri proizvodnji iste jedinice električne energije vjerojatnost velike nesreće u nuklearnoj elektrani 100 puta manja nego u slučaju energije na ugljen. Implikacije ove usporedbe su očite.

Porast korištenja električne energije, zaoštravanje ekoloških problema značajno su intenzivirali potragu za ekološki prihvatljivim načinima proizvodnje električne energije. Intenzivno se razvijaju načini iskorištavanja negorivnih obnovljivih izvora energije - sunčeve, vjetra, geotermalne, energije valova, energije plime i oseke, energije bioplina i dr. Izvori ovih vrsta energije su neiscrpni, ali treba razumno procijeniti mogu li se zadovoljiti sve potrebe čovječanstva.

Najnovija istraživanja usmjerena su uglavnom na proizvodnju električne energije iz energije vjetra. Vjetroelektrane se grade uglavnom s istosmjernom strujom. Vjetrobran pokreće dinamo - električnu struju koja istovremeno puni paralelno spojene baterije.

Danas vjetroelektrane pouzdano opskrbljuju naftne radnike energijom, uspješno rade u teško dostupnim područjima, na udaljenim otocima, na Arktiku, na tisućama poljoprivrednih gospodarstava gdje u blizini nema velikih naselja i javnih elektrana.

Široku upotrebu vjetroelektrana u normalnim uvjetima još uvijek ometa njihova visoka cijena. Kod korištenja vjetra javlja se ozbiljan problem: višak energije u vjetrovitom vremenu i nedostatak u mirnom razdoblju. Korištenje energije vjetra komplicirano je činjenicom da ima nisku gustoću energije, kao i mijenjanje njegove snage i smjera. Vjetroturbine se uglavnom koriste na mjestima gdje vlada dobar režim vjetra. Za stvaranje vjetroturbina velike snage potrebno je da budu velike, osim toga propeler mora biti podignut na dovoljnu visinu, jer je na većoj nadmorskoj visini vjetar stabilniji i ima veću brzinu. Samo jedna elektrana na fosilna goriva može zamijeniti (po količini proizvedene energije) tisuće vjetroturbina.

Stoljećima su ljudi razmišljali o uzroku oseke i oseke mora. Danas pouzdano znamo da je snažan prirodni fenomen - ritmično kretanje morskih voda - uzrokovan privlačnim silama Mjeseca i Sunca. Energija plime i oseke je ogromna, njena ukupna snaga na Zemlji iznosi oko 1 milijardu kW, što je više od ukupne snage svih rijeka svijeta.

Princip rada plimnih elektrana je vrlo jednostavan. Za vrijeme plime voda, rotirajući hidroturbine, puni akumulaciju, a nakon oseke napušta akumulaciju u ocean, ponovno okrećući turbine. Glavna stvar je pronaći prikladno mjesto za postavljanje brane, u kojem bi visina plime bila značajna. Izgradnja i rad elektrana složen je zadatak. Morska voda uzrokuje koroziju većine metala, alge rastu na detaljima instalacija.

Toplinski tok sunčevog zračenja koji dopire do Zemlje vrlo je velik. Ona više od 5000 puta premašuje ukupnu potrošnju svih vrsta goriva i energetskih resursa u svijetu.

Među dobrobitima solarne energije— njegova vječnost i izuzetna ekološka čistoća. Sunčeva energija opskrbljuje se cijelom površinom Zemlje, samo polarne regije planeta pate od njenog nedostatka. Odnosno, na gotovo cijeloj zemaljskoj kugli samo vas oblaci i noć sprječavaju da ga stalno koristite. Takva opća dostupnost čini ovu vrstu energije nemogućom za monopolizaciju, za razliku od nafte i plina. Naravno, trošak 1 kWh. sunčeva energija je puno veća od one dobivene tradicionalnom metodom. Samo petina sunčeve svjetlosti pretvara se u električnu struju, ali taj udio nastavlja rasti zahvaljujući naporima znanstvenika i inženjera diljem svijeta.

Budući da je energija sunčevog zračenja raspoređena na veliku površinu (drugim riječima, ima malu gustoću), svaka instalacija za izravno korištenje sunčeve energije mora imati uređaj dovoljne površine. Najjednostavniji uređaj ove vrste je ravni kolektor; u principu to je crna ploča, dobro izolirana odozdo.

Postoje elektrane malo drugačijeg tipa, njihova razlika leži u činjenici da sunčeva toplina usmjerena na vrh tornja pokreće rashladnu tekućinu natrij, koja zagrijava vodu i stvara paru. Prema mišljenju stručnjaka, najatraktivnija ideja u pretvorbi sunčeve energije je korištenje fotoelektričnog efekta u poluvodičima. Međutim, površina solarnih panela za osiguravanje dovoljne snage mora biti dovoljno velika (za dnevni učinak od 500 MWh. Potrebna je površina od ​​​​500.000 m 2), što je prilično skupo. Sunčeva energija je jedan od materijalno najintenzivnijih oblika proizvodnje energije. Korištenje sunčeve energije u velikim razmjerima povlači za sobom gigantski porast potreba za materijalima, a posljedično i za radnom snagom za vađenje sirovina, njihovo obogaćivanje, proizvodnju materijala, izradu heliostata, kolektora, druge opreme, i njihov prijevoz. Učinkovitost solarnih elektrana u područjima udaljenim od ekvatora prilično je niska zbog nestabilnih atmosferskih prilika, relativno niskog intenziteta sunčevog zračenja, kao i njegovih kolebanja zbog izmjene dana i noći.

Geotermalna energija koristi visoke temperature duboke unutrašnjosti zemljine kore za stvaranje toplinske energije.

Ponegdje na Zemlji, posebice na rubovima tektonskih ploča, toplina izlazi na površinu u obliku toplih izvora – gejzira i vulkana. U drugim područjima podvodni izvori teku kroz vruće podzemne formacije, a ta se toplina može odvesti kroz sustave za izmjenu topline. Island je primjer zemlje u kojoj geotermalna energija se široko koristi.

Sada su razvijene tehnologije koje omogućuju ekstrakciju zapaljivih plinova iz bioloških sirovina kao rezultat kemijske reakcije razgradnje visokomolekularnih spojeva u niskomolekularne djelovanjem posebnih bakterija (koje sudjeluju u reakciji bez pristup atmosferskom kisiku). Reakcijska shema: biomasa + + bakterije -> zapaljivi plinovi + ostali plinovi + gnojiva.

Biomasa je otpad poljoprivredne proizvodnje (stočarstvo, prerađivačka industrija).

Glavna sirovina za proizvodnju bioplina je stajski gnoj koji se doprema na bioplinske stanice. Glavni proizvod bioplinskog postrojenja je smjesa zapaljivih plinova (90% smjese je metan). Ova smjesa se isporučuje u postrojenja za proizvodnju topline, elektrane.

Obnovljivi izvori (osim energije vode) imaju zajednički nedostatak: njihova je energija vrlo slabo koncentrirana, što stvara znatne poteškoće za praktično korištenje. Troškovi obnovljivih izvora (isključujući hidroelektrane) puno su veći od tradicionalnih. I solarna i energija vjetra te druge vrste energije mogu se uspješno koristiti za proizvodnju električne energije u rasponu snaga od nekoliko kilovata do desetaka kilovata. Ali ove vrste energije su prilično neperspektivne za stvaranje snažnih industrijskih izvora energije.