Kas yra šiuolaikinė energija. Šiuolaikinės energetikos perspektyvos

Šiuolaikinės energetikos problemos ir perspektyvos
Ekspertai apskaičiavo, kad JAV energijos suvartojimas yra 6 kartus didesnis nei pasaulio vidurkis ir 30 kartų didesnis nei besivystančių šalių lygis.

Mokslininkai apmąstymams siūlo šią informaciją. Jei besivystančios šalys sugebėtų padidinti savo naudingųjų iškasenų suvartojimą iki JAV lygio, tai įrodytos naftos atsargos išeikvotų per 7 metus, gamtinių dujų – per 5 metus, anglies – per 18 metų. Jei dar atsižvelgsime į galimus rezervus, kurių geologai dar nepasiekė, tai gamtinių dujų turėtų pakakti 72 metams, naftos įprastuose gręžiniuose - 60 metų, o skalūnuose ir smėlyje, iš kurių išsiurbti itin sunku ir brangu. 660 metų. Anglis – 350 metų.
Tarkime, kad energijos poreikiams, kaip ir naftai, galima panaudoti visą mūsų planetos masę. Jei energijos suvartojimo augimo tempas išliks toks pat kaip ir šiandien, šis „kuras“ bus visiškai sudegintas vos per 342 metus.
Esant dabartiniams technologijų vystymosi tempams, energijos gamyba Žemėje per 240 metų viršys į mūsų planetą krentančios saulės energijos kiekį, per 800 metų – visą saulės išskiriamą energiją, o po 1300 metų viršys bendrą spinduliuotę. visos mūsų galaktikos.
Tačiau pagrindinė šiuolaikinės energetikos problema yra ne mineralinių išteklių išeikvojimas, o grėsminga aplinkos situacija.

Atominė energija
Remiantis patirtimi, žmonija turės atsisakyti branduolinės energijos dėl 4 priežasčių.
Pirma, kiekviena atominė elektrinė, nepaisant jos patikimumo laipsnio, yra stacionari atominė bomba, kurią bet kurią akimirką gali susprogdinti sabotažas, oro bombardavimas, raketų apšaudymas ar įprastiniai artilerijos sviediniai.
Antra, pasitelkę Černobylio pavyzdį, iš savo patirties įsitikinome, kad avarija atominėje elektrinėje gali įvykti ir dėl kažkieno neatsargumo. Nuo 1971 iki 1984 m Visame pasaulyje įvyko 151 rimta avarija atominėse elektrinėse, per kurias „pateko didelis radioaktyviųjų medžiagų kiekis, turintis pavojingą poveikį žmonėms“. Nuo to laiko nepraėjo metai be rimtos avarijos atominėje elektrinėje, o kartais net kelių avarijų vienoje ar kitoje pasaulio šalyje.
Trečia, realų pavojų kelia atominių elektrinių radioaktyviosios atliekos, kurių per pastaruosius dešimtmečius susikaupė gana daug, o jei branduolinė energetika užims dominuojančią vietą pasaulio energijos balanse, jos susikaups dar daugiau. Dabar branduolinės atliekos specialiuose konteineriuose užkasamos giliai į žemę arba nuleidžiamos į vandenyno dugną. Šie metodai nėra saugūs: laikui bėgant apsauginiai apvalkalai sunaikinami, o radioaktyvūs elementai patenka į vandenį ir dirvožemį, o vėliau į žmogaus organizmą.
Ketvirta, atominis kuras vienodai efektyviai gali būti naudojamas tiek atominėje elektrinėje, tiek atominėje bomboje. JT Saugumo Taryba slopina besivystančių totalitarinių valstybių bandymus importuoti branduolinį kurą, tariamai branduolinės energijos plėtrai. Tai užkerta kelią branduolinei energijai, kuri yra dominuojanti pasaulinio energijos balanso dalis.
Tačiau branduolinė energija turi ir svarbių privalumų. Amerikiečių ekspertai apskaičiavo, kad jei iki 90-ųjų pradžios SSRS visos atominės elektrinės būtų pakeistos tokio paties galingumo anglimi kūrenamomis, oro tarša taptų tokia didelė, kad 50 kartų per anksti padidėtų mirčių XXI amžiuje. palyginti su pesimistiškiausiomis Černobylio katastrofos pasekmių prognozėmis.

Alternatyvi energija. Teorija ir praktika
Alternatyvi energija pagrįsta atsinaujinančių (arba „švarių“) energijos šaltinių naudojimu. Tai energiją generuojantys įrenginiai, naudojantys saulės, vėjo, potvynių, jūros bangų ir planetos požeminės šilumos energiją.

saulės energija
Pirmaujantis aplinkai nekenksmingas energijos šaltinis yra Saulė. Šiuo metu sunaudojama tik nedidelė saulės energijos dalis dėl to, kad esamų saulės baterijų efektyvumas yra gana žemas ir jų gamyba yra labai brangi. Ekspertai teigia, kad vien saulės energija galėtų patenkinti visus įsivaizduojamus žmonijos energijos poreikius tūkstančius metų. Tačiau ji susiduria su daugybe problemų, susijusių su saulės elektrinių statyba, išdėstymu ir eksploatavimu tūkstančiuose kvadratinių kilometrų žemės paviršiaus. Todėl bendra saulės energijos dalis buvo ir išliks gana kukli.

Vėjo energija
Pasaulio meteorologijos organizacijos duomenimis, vėjo energijos potencialas pasaulyje siekia 170 trilijonų kWh per metus.
Vėjo energija turi keletą reikšmingų trūkumų, dėl kurių sunku ją naudoti. Visų pirma, ji yra labai išsklaidyta erdvėje, todėl būtina statyti vėjo jėgaines, kurios galėtų nuolat dirbti dideliu efektyvumu.
Vėjas labai nenuspėjamas: jis dažnai keičia kryptį, staiga nurimsta net vėjingiausiose žemės rutulio vietose, o kartais pasiekia tokį stiprumą, kad sulaužo vėjo malūnus. Vėjo jėgainės nepavojingos: trukdo paukščių ir vabzdžių skrydžiams, kelia triukšmą, besisukančiomis mentėmis atspindi radijo bangas. Tačiau vėjo energija turi didelį privalumą – ekologiškumą. Be to, trūkumus galima sumažinti arba net visiškai pašalinti.
Sukurtos vėjo jėgainės, kurios gali efektyviai veikti esant silpniausiam vėjeliui. Sraigto mentės žingsnis automatiškai reguliuojamas taip, kad visada būtų užtikrintas maksimalus galimas vėjo energijos panaudojimas, o esant per dideliam vėjo greičiui, mentė taip pat automatiškai perkeliama į mentės padėtį, kad įvyktų avarija. neįtraukti.
Sukurtos ir veikia vadinamosios cikloninės elektrinės, kurių galia siekia iki šimto tūkstančių kilovatų, kuriose šiltas oras, pakilęs specialiame 15 metrų bokšte ir maišydamasis su cirkuliuojančiu oro srautu, sukuria dirbtinį „cikloną“, kuris sukasi turbina. Tokie įrenginiai yra daug efektyvesni nei saulės baterijos ir įprasti vėjo malūnai.
Vėjo kintamumui kompensuoti statomi didžiuliai „vėjo parkai“. Vėjo malūnai ten stovi eilėmis didžiulėje teritorijoje ir užima daug vietos. Danijoje „vėjo parkas“ buvo pastatytas Šiaurės jūros pakrantės sekliuose vandenyse, kur jis niekam netrukdo, o vėjas yra stabilesnis nei sausumoje.
Teigiamą vėjo energijos panaudojimo pavyzdį parodė Nyderlandai ir Švedija (pastaroji 90-aisiais nusprendė pastatyti ir patogiausiose vietose pastatyti 54 tūkst. didelio efektyvumo elektrinių).
Šiuo metu pasaulyje veikia daugiau nei 30 tūkstančių įvairaus galingumo vėjo jėgainių. Vokietija 10% elektros energijos gauna iš vėjo, o vėjas tiekia 2500 MW elektros energijos visai Vakarų Europai.

hidroenergetika
Hidroelektrinės yra dar vienas energijos šaltinis, kuris teigia esąs nekenksmingas aplinkai. XX amžiaus pradžioje dėmesį patraukė didelės ir kalnuotos pasaulio upės, o amžiaus pabaigoje daugumą jų užstojo pigią energiją teikiančios užtvankų kaskados.
Tačiau tai padarė didžiulę žalą žemės ūkiui ir gamtai: buvo užtvindytos žemės virš užtvankų, žemiau esančiose teritorijose nukrito gruntinio vandens lygis, buvo prarastos didžiulės žemės plotai, nutekėjimas į milžiniškų rezervuarų dugną, natūralus vandens srautas. upės nutrūko, vanduo telkiniuose supuvo, žuvų ištekliai. Kalnų upėse visi šie trūkumai buvo sumažinti, tačiau buvo pridėta dar viena: įvykus žemės drebėjimui, galinčiam sugriauti užtvanką, nelaimė gali atnešti tūkstančius aukų. Todėl šiuolaikinės didžiosios hidroelektrinės tikrai nėra draugiškos aplinkai. Tačiau hidroelektrinių trūkumai paskatino mintis apie mini hidroelektrines, kurios gali būti įrengtos prie mažų upių ar net upelių, o jų elektros generatoriai gali veikti mažais vandens lašais arba varomi. tik srovės jėga. Tokios pat mini hidroelektrinės gali būti įrengtos didelėse, palyginti greitos tėkmės upėse.
Detaliau sukurti rankovinių kilnojamųjų hidroelektrinių išcentriniai ir propeleriniai jėgos agregatai, kurių galia nuo 0,18 iki 30 kW. Vieningos hidroturbininės įrangos gamyboje mini hidroelektrinės gali konkuruoti su maksimaliais variantais, kurių kaina yra viena kilovatvalandė. Taip pat neabejotinas privalumas – galimybė juos montuoti net ir labiausiai nepasiekiamuose konkrečios šalies kampeliuose: visą įrangą galima gabenti ant vieno arkliuko, o montavimas ar išmontavimas užtrunka vos kelias valandas.
Dar viena labai perspektyvi plėtra, dar nesulaukusi plataus pritaikymo – neseniai sukurta Gorlovo spiralinė turbina, pavadinta jos kūrėjo vardu. Jo ypatumas slypi tame, kad jam nereikia stipraus spaudimo ir efektyviai veikia naudojant vandens tėkmės – upės, vandenyno srovės ar jūros potvynio – kinetinę energiją. Šis išradimas pakeitė įprastą hidroelektrinės idėją, kurios galia anksčiau priklausė tik nuo vandens slėgio jėgos, tai yra nuo hidroelektrinės užtvankos aukščio.

Ebb and flow energija
Neproporcingai galingesnis vandens srautų šaltinis yra atoslūgiai. Potvynių hidroelektrinių projektai yra išsamiai parengti inžineriniu požiūriu, eksperimentiškai išbandyti keliose šalyse, įskaitant Kolos pusiasalį Rusijoje. Netgi buvo apgalvota optimalaus TEE veikimo strategija: potvynių ir atoslūgių metu kaupti vandenį rezervuare už užtvankos ir išleisti jį elektros gamybai, kai vieningose ​​energetikos sistemose yra „sunaudojimo pikas“, taip mažinant energijos suvartojimą. apkrova kitoms elektrinėms.
Šiandien PPP yra nekonkurencingi, palyginti su šilumine energija.
Praktiškai TE statyba palankiausiose jūros pakrantės vietose, kur vandens lygio skirtumas svyruoja nuo 1-2 iki 10-16 metrų, užtruks dešimtmečius ar net šimtmečius. Tačiau domėtis pasauliniu TPP energijos balansu turėtų pradėti domėtis jau XXI amžiuje.
Pirmoji 240 MW galios potvynių jėgainė pradėta eksploatuoti 1966 metais Prancūzijoje prie Ranso upės, įtekančios į Lamanšo sąsiaurį, žiotyse, kur vidutinė potvynio amplitudė siekia 8,4 m. Stotį atidaro Prancūzijos prezidentas Charlesas de Gaulle'is jį pavadino išskirtiniu šimtmečio pastatu. Nepaisant didelių statybos sąnaudų, kurios beveik 2,5 karto viršija tokios pat galios upių HE statymą, pirmoji patirtis eksploatuojant potvynio HE pasirodė ekonomiškai pagrįsta. TPP Rance upėje yra Prancūzijos energetikos sistemos dalis ir yra efektyviai naudojama.
Baltojoje jūroje yra didelių 320 MW (Kola) ir 4000 MW (Mezen) AE projektų, kur potvynių amplitudė siekia 7-10 m.
Taip pat planuojama išnaudoti didžiulį Ochotsko jūros energetinį potencialą, kur kai kuriose vietose, pavyzdžiui, Penžinskajos įlankoje, potvynių aukštis siekia 12,9 m, o Gižiginskajos įlankoje - 12-14 m. Gorlovo turbina, leidžianti statyti PPP be užtvankų, taip sumažinant statybos išlaidas.

Bangų energija
Jau šiandien sukonstruotos ir eksperimentiškai išbandytos itin ekonomiškos bangų jėgainės, galinčios efektyviai veikti net esant silpnoms bangoms ar net esant visiškai ramybei. Jūros ar ežero dugne įrengiamas vertikalus vamzdis, kurio povandeninėje dalyje padaromas „langas“, į kurį įkritus gili banga (o tai beveik pastovus reiškinys) suspaudžia orą kasykloje, ir jis suka generatoriaus turbiną. Atbulinės eigos metu turbinoje esantis oras retėja, todėl antroji turbina pradeda judėti. Taigi bangų elektrinė nuolat veikia beveik bet kokiu oru, o srovė į krantą perduodama povandeniniu kabeliu. Kai kurių tipų vėjo jėgainės gali pasitarnauti kaip puikūs bangolaužiai, apsaugantys pakrantę nuo bangų ir taip sutaupantys betoninių molų statybos.
Bostono (JAV) Šiaurės rytų universiteto vandens ir vėjo energetikos laboratorijos specialistai parengė pirmosios pasaulyje vandenyno elektrinės projektą. Jis bus pastatytas Floridos sąsiauryje, kur kyla Golfo srovė. Jo išėjimo iš Meksikos įlankos vandens srautas yra 25 milijonai m 3 / s, o tai 20 kartų viršija bendrą vandens srautą visose Žemės rutulio upėse. Ekspertų teigimu, į projektą investuotos lėšos atsipirks per penkerius metus. Šioje unikalioje elektrinėje Gorlovo turbina bus naudojama 38 kW srovei generuoti. Ši sraigtinė turbina turi tris sraigtines mentes ir, veikiama vandens srauto, sukasi 2-3 kartus greičiau nei dabartinis greitis. Skirtingai nuo kelių tonų metalinių turbinų, naudojamų upių hidroelektrinėse, iš plastiko pagamintos Gorlovo turbinos matmenys yra nedideli (skersmuo – 50 cm, ilgis – 84 cm), jos svoris – tik 35 kg. Elastinga mentelių paviršiaus danga sumažina trintį ant vandens ir neleidžia prikibti dumblių ir vėžiagyvių. Gorlovo turbinos efektyvumas yra tris kartus didesnis nei įprastų turbinų.

geotermine energija
Požeminė planetos šiluma yra gana gerai žinomas ir jau naudojamas „švarios“ energijos šaltinis. Rusijoje pirmoji 5 MW galios geoterminė elektrinė buvo pastatyta 1966 metais Kamčiatkos pietuose, Paužetkos upės slėnyje. 1980 metais jo galia jau buvo 11 MW. Italijoje, Landerello, Monte Amiata ir Travelle rajonuose, yra 11 tokių stočių, kurių bendra galia 384 MW. Geoterminės elektrinės taip pat veikia JAV (Kalifornijoje, Didžiųjų geizerių slėnyje), Islandijoje (prie Myvatno ežero), Naujojoje Zelandijoje, Meksikoje ir Japonijoje. Islandijos sostinė Reikjavikas šilumą gauna tik iš karštų požeminių šaltinių.
Geologai išsiaiškino, kad iki 180°-200°C įkaitinti masyvai 46 km gylyje užima didžiąją dalį Rusijos teritorijos, o esant iki 100°-150°C temperatūrai, jų aptinkama beveik visur. Be to, daugiau nei keliuose milijonuose kvadratinių kilometrų yra karštų požeminių upių ir jūrų, kurių gylis iki 3,5 km, o vandens temperatūra iki 200 ° C (natūralu, esant slėgiui), todėl gręždami šulinį galite gauti garo fontanas be jokios šiluminės elektrinės ir karšto vandens.

hidroterminė energija
Be požeminio, yra ir vandens šiluma, kuri nėra tokia įprasta kaip energijos šaltinis. Vanduo visada būna bent kelių laipsnių šilumos, o vasarą įkaista iki 25°C. Norint išnaudoti šią šilumą, reikalingas įrenginys, veikiantis „šaldytuvo atbuline eiga“ principu. Jei vandenį praleidžiate per šaldymo įrenginį, iš jo taip pat galima paimti šilumą. Karšti garai, susidarantys dėl šilumos mainų, kondensuojasi, jo temperatūra pakyla iki 110°C, o vėliau gali būti nukreipiami arba į elektrinių turbinas, arba šildyti vandenį centrinio šildymo akumuliatoriuose iki 60°-65. °C. Reaguodama į tai, už kiekvieną tam sunaudotą energijos kilovatvalandę gamta grąžina 3 kilovatvalandes. Tuo pačiu principu karštu oru galima gauti energijos oro kondicionavimui.
Tokie įrenginiai yra efektyviausi esant dideliems temperatūrų skirtumams. Visi reikalingi inžineriniai patobulinimai jau buvo atlikti ir išbandyti eksperimentiškai.

Energija šiandien ir rytoj
Šiandien apie pusę pasaulio energijos balanso sudaro nafta, apie trečdalį – dujos ir branduolinė energija (po vieną šeštadalį), o apie penktadalį – anglis. Visiems kitiems energijos šaltiniams lieka tik keli procentai. Tačiau, kur įmanoma, reikėtų naudoti alternatyvius energijos šaltinius.
Reikia pažymėti (ir apie tai ne kartą pranešė C&N), kad, pavyzdžiui, Baltarusijoje jau yra tam tikra vėjo energijos naudojimo patirtis.

Šiuolaikinė ekonomikos raida ryškiai atskleidė pagrindines energetikos komplekso plėtros problemas. Angliavandenilių era pamažu, bet užtikrintai artėja prie savo logiškos pabaigos. Ją reikėtų pakeisti naujoviškomis technologijomis, kurios siejamos su pagrindinėmis energijos perspektyvos.

Energetinio komplekso problemos

Ko gero, viena iš svarbiausių energetikos komplekso problemų galima laikyti didelę energijos kainą, kuri savo ruožtu lemia gamybos savikainą. Nepaisant to, kad pastaraisiais metais buvo vykdomi aktyvūs pokyčiai, leidžiantys naudoti, nė vienas iš jų šiuo metu negali visiškai išstumti angliavandenilių iš pasaulinės energetikos arenos. Alternatyvios technologijos yra tradicinių šaltinių papildymas, bet ne pakaitalas, bent jau kol kas.

Rusijos sąlygomis problemą dar labiau apsunkina energetinio komplekso nuosmukio būklė. Elektros gamybos kompleksai nėra geriausios būklės, daugelis elektrinių fiziškai sunaikintos. Dėl to elektros kaina ne mažėja, o nuolat didėja.

Ilgą laiką pasaulio energetikų bendruomenė rėmėsi atomu, tačiau šią raidos kryptį galima pavadinti ir aklaviete. Europos šalyse pastebima tendencija palaipsniui atsisakyti atominių elektrinių. Atomo energijos gedimą pabrėžia ir tai, kad per ilgus vystymosi dešimtmečius jis nesugebėjo išstumti angliavandenilių.

Plėtros perspektyvos

Kaip jau minėta, energetikos plėtros perspektyvas pirmiausia siejami su veiksmingų alternatyvių šaltinių kūrimu. Labiausiai tiriamos šios srities sritys:

• Biokuras.
• Vėjo energija.
• Geotermine energija.
• Saulės energija.
• Šiluminės branduolinės energetikos inžinerija (UTS).
• Vandenilio energija.
• Potvynių energija.

Nė viena iš šių krypčių nepajėgi išspręsti energetinės krizės problemos, kai nebeužtenka vien senų energijos šaltinių papildymo alternatyviais. Plėtra vykdoma skirtingomis kryptimis ir yra skirtinguose jų vystymosi etapuose. Nepaisant to, jau galima apibūdinti technologijų, kurios gali inicijuoti, spektrą:

• Vortex šilumos generatoriai. Tokie įrenginiai naudojami ilgą laiką, radę pritaikymą namų šilumos tiekimui. Darbinis skystis, pumpuojamas per vamzdynų sistemą, įkaista iki 90 laipsnių. Nepaisant visų technologijos pranašumų, ji dar toli iki galutinio kūrimo pabaigos. Pavyzdžiui, pastaruoju metu buvo aktyviai tiriama galimybė kaip darbo terpę naudoti orą, o ne skystį.
• Šaltoji branduolių sintezė. Kita technologija, kuri buvo kuriama nuo praėjusio amžiaus 80-ųjų pabaigos. Jis pagrįstas idėja gauti branduolinę energiją be itin aukštos temperatūros. Nors kryptis yra laboratorinių ir praktinių tyrimų stadijoje.
• Pramoninio dizaino stadijoje yra magnetomechaniniai galios stiprintuvai, kurie savo darbe naudoja Žemės magnetinį lauką. Jo įtakoje didėja generatoriaus galia ir didėja gaunamos elektros kiekis.
• Galios įrenginiai, pagrįsti dinaminio superlaidumo idėja, atrodo labai perspektyvūs. Idėjos esmė paprasta – tam tikru greičiu atsiranda dinaminis superlaidumas, leidžiantis sukurti galingą magnetinį lauką. Šios srities tyrimai vyksta jau seniai, sukaupta nemažai teorinės ir praktinės medžiagos.

Tai tik mažas sąrašas novatoriškų technologijų, kurių kiekviena turi pakankamai plėtros potencialo. Apskritai pasaulio mokslo bendruomenė sugeba sukurti ne tik alternatyvius energijos šaltinius, kuriuos jau galima vadinti senais, bet ir išties inovatyvias technologijas.

Reikia pažymėti, kad pastaraisiais metais atsiranda vis daugiau technologijų, kurios dar visai neseniai atrodė fantastiškai. Tokių energijos šaltinių plėtra gali visiškai pakeisti pažįstamą pasaulį. Įvardinsime tik garsiausius iš jų:

• nanolaidininkines baterijas.
• Belaidžio energijos perdavimo technologijos.
• Atmosferos elektros energijos pramonė ir kt.

Reikia tikėtis, kad artimiausiais metais atsiras ir kitų technologijų, kurias plėtojant bus galima atsisakyti angliavandenilių naudojimo, o svarbiausia – sumažinti energijos sąnaudas.

Energetikos problema yra viena iš svarbiausių problemų, kurią žmonija šiandien turi išspręsti. Tokie mokslo ir technologijų pasiekimai kaip momentinio ryšio priemonės, greitas transportas, kosmoso tyrinėjimas jau tapo žinomi. Tačiau visa tai reikalauja didelių energijos sąnaudų. Staigus energijos gamybos ir vartojimo augimas iškėlė naują opią aplinkos taršos problemą, kuri kelia rimtą pavojų žmonijai.

Pasaulio energijos poreikiai artimiausiais dešimtmečiais sparčiai augs. Bet kuris vienas energijos šaltinis jų nepajėgs užtikrinti, todėl būtina plėtoti visus energijos šaltinius ir efektyviai naudoti energijos išteklius.

Kitame energetikos plėtros etape (XXI a. pirmaisiais dešimtmečiais) perspektyviausia išliks anglies energija ir branduolinė energija su šiluminiais ir greitųjų neutronų reaktoriais. Tačiau galima tikėtis, kad žmonija nesustos progreso kelyje, susijusiame su energijos suvartojimu vis didesniais kiekiais.

Žodis „energija“ iš graikų kalbos reiškia veiksmą, veiklą. Energijos sampratos svarbą lemia tai, kad ji paklūsta tvermės dėsniui. Energijos sąvoka padeda suprasti, kaip neįmanoma sukurti amžinojo varymo mašinos. Darbai gali būti atliekami tik pasikeitus aplinkiniams kūnams ar sistemoms (degantis kuras, krentantis vanduo). Kūno gebėjimas pereinant iš vienos būsenos į kitą atlikti tam tikrą darbą (darbingumas) buvo vadinamas energija. Dabar labiau nei bet kada iškilo klausimas: kas laukia žmonijos – energijos alkis ar energijos gausa. Straipsniai apie energetikos krizę nepalieka laikraščių ir žurnalų puslapių. Nenumaldomi gamtos dėsniai teigia, kad vienintelis būdas gauti naudingos energijos yra ją paversti iš kitų formų. Deja, amžinieji judesiai neįmanomi. O šiandien 4 iš 5 kilovatų pagaminamos elektros gaunama deginant kurą arba naudojant jame sukauptą cheminę energiją, paverčiant ją elektra šiluminėse stotyse. Kylančios naftos kainos, sparti branduolinės energetikos plėtra, augantys aplinkosaugos reikalavimai reikalavo naujo požiūrio į energetiką.

Nenuostabu, kad jie sako: „Energija yra pramonės duona“. Kuo labiau išvystyta pramonė ir technologijos, tuo daugiau jiems reikia energijos. Yra net speciali sąvoka – „pažangus energijos vystymas“. Tai reiškia, kad jokia pramonės įmonė, naujas miestas ar net namas negali būti pastatytas, kol energijos šaltinis nėra nustatytas ar atkurtas,

kuriuos jie suvartos. Štai kodėl pagal pagamintos ir sunaudotos energijos kiekį galima gana tiksliai spręsti apie bet kurios valstybės techninę ir ekonominę galią arba, paprasčiau tariant, turtus.

Gamtoje energijos atsargos yra didžiulės. Jį neša saulės spinduliai, vėjai ir judančios vandens masės, kaupiasi medienoje, dujų, naftos, anglies telkiniuose. Medžiagos atomų branduoliuose „užsandarinta“ energija praktiškai neribota. Tačiau ne visos jo formos yra tinkamos tiesioginiam naudojimui.

Per ilgą energetikos pramonės istoriją buvo sukaupta daug techninių priemonių ir metodų energijai išgauti ir paversti žmonėms reikalingais pavidalais. Tiesą sakant, žmogus tapo žmogumi tik tada, kai išmoko priimti ir naudoti šiluminę energiją. Laužo ugnį įžiebė pirmieji žmonės, kurie dar nesuprato jos prigimties, tačiau šis cheminio pavertimo būdas

energija į šiluminę energiją buvo išsaugota ir tobulinama tūkstančius metų.

Prie savo raumenų ir ugnies energijos žmonės pridėjo gyvūnų raumenų energijos. Jie išrado techniką, kaip iš molio pašalinti chemiškai surištą vandenį naudojant ugnies šiluminę energiją – keramikos krosnys, kurios gamino patvarius keramikos gaminius. Žinoma, tuo pačiu metu vykstančius procesus žmogus sužinojo tik po tūkstantmečių.

Tada žmonės sugalvojo malūnus – techniką, kaip vėjo srovių ir vėjo energiją paversti mechanine besisukančio veleno energija. Tačiau tik išradus garo variklį, vidaus degimo variklį, hidraulines, garo ir dujų turbinas, elektros generatorių ir variklį, žmonija turėjo pakankamai galingą.

techniniai prietaisai. Jie gali paversti natūralią energiją į kitas rūšis, patogias naudoti ir atlikti didelius darbo kiekius. Naujų energijos šaltinių paieškos tuo nesibaigė: buvo išrastos baterijos, kuro elementai, saulės energijos keitikliai į elektros energiją ir jau XX amžiaus viduryje – branduoliniai reaktoriai.

Elektros energijos tiekimo daugeliui pasaulio ekonomikos sektorių problema, nuolat augantys daugiau nei šešių milijardų Žemės gyventojų poreikiai dabar tampa vis aktualesni.

Šiuolaikinės pasaulio energetikos pagrindas yra šiluminės ir hidroelektrinės. Tačiau jų vystymąsi riboja daugybė veiksnių. Anglies, naftos ir dujų, kuriomis varomos šiluminės elektrinės, kaina auga, o šio kuro gamtos ištekliai mažėja. Be to, daugelis šalių neturi savo kuro išteklių arba jų stokoja. Gaminant elektrą šiluminėse elektrinėse į atmosferą išskiriamos kenksmingos medžiagos. Be to, jei degalai yra anglis, ypač rudi, mažai vertingi kitiems tikslams ir jame yra daug nereikalingų priemaišų, išmetamų teršalų kiekis pasiekia milžiniškas proporcijas. Ir, galiausiai, avarijos šiluminėse elektrinėse daro didelę žalą gamtai, prilygstančią bet kokio didelio gaisro žalai. Blogiausiu atveju tokį gaisrą gali lydėti sprogimas, susidarantis anglies dulkių ar suodžių debesiui.

Hidroenergetikos ištekliai išsivysčiusiose šalyse išnaudojami beveik visiškai: dauguma hidrotechninei statybai tinkamų upės ruožų jau išplėtoti. O kokią žalą gamtai daro hidroelektrinės! Iš HE į orą išmetamų teršalų nėra, bet

daro didelę žalą vandens aplinkai. Pirmiausia kenčia žuvys, kurios negali įveikti hidroelektrinių užtvankų. Upėse, kuriose statomos hidroelektrinės, ypač jei jų yra kelios – vadinamosios hidroelektrinių kaskados – vandens kiekis prieš ir po užtvankų kinta kardinaliai. Plokščiose upėse išsilieja didžiuliai rezervuarai, o užtvindytos žemės negrįžtamai prarandamos žemės ūkiui, miškams, pievoms ir žmonių gyvenvietėms. Kalbant apie avarijas hidroelektrinėse, bet kuriai hidroelektrinei įvykus proveržiui, susidaro didžiulė banga, kuri nušluos visas žemiau užtvankos esančias hidroelektrines. Tačiau dauguma šių užtvankų yra šalia didelių miestų, kuriuose gyvena keli šimtai tūkstančių gyventojų.

Išeitis iš šios situacijos buvo matoma plėtojant branduolinę energetiką. Iki 1989 metų pabaigos pasaulyje buvo pastatyta ir eksploatuojama daugiau nei 400 atominių elektrinių (AE). Tačiau šiandien atominės elektrinės nebėra laikomos pigios ir aplinką tausojančios energijos šaltiniu. Branduolinės elektrinės yra varomos urano rūda, kuri yra brangi ir sunkiai išgaunama žaliava, kurios atsargos ribotos. Be to, atominių elektrinių statyba ir eksploatavimas yra susijęs su dideliais sunkumais ir išlaidomis. Tik kelios šalys dabar toliau stato naujas atomines elektrines. Aplinkos taršos problemos rimtai stabdo tolesnę branduolinės energetikos plėtrą. Visa tai dar labiau apsunkina požiūrį į atominę energetiką. Vis dažniau pasigirsta raginimų, reikalaujančių apskritai atsisakyti branduolinio kuro naudojimo, uždaryti visas atomines elektrines ir grįžti prie elektros gamybos šiluminėse ir hidroelektrinėse, taip pat naudoti vadinamuosius atsinaujinančius – mažuosius, ar. „netradicinis“ – energijos gamybos rūšys. Pastariesiems pirmiausia priskiriami įrenginiai ir įrenginiai, naudojantys vėjo, vandens, saulės energiją, geoterminę energiją, taip pat vandenyje, ore ir žemėje esančią šilumą.

Šiuolaikinė elektros energijos pramonė turi daug problemų, jos kyla dėl brangios kuro kainos, neigiamo poveikio aplinkai ir pan.

Pavyzdžiui, hidroenergetikos technologijos turi daug privalumų, tačiau yra ir didelių trūkumų. Virš galvos, lietaus sezonai, maži vandens ištekliai per sausras gali rimtai paveikti pagaminamos energijos kiekį. Tai gali tapti rimta problema ten, kur hidroenergija yra reikšminga šalies energetinio komplekso dalis, užtvankos – daugelio problemų priežastis: gyventojų persikėlimas, natūralių upių vagų džiūvimas, rezervuarų uždumblėjimas, kaimyninių šalių ginčai dėl vandens, šių projektų išlaidų. Hidroelektrinės žemumose upėse užlieja didelius plotus. Didelė dalis susidarančių rezervuarų ploto yra seklus vanduo. Vasarą dėl saulės spinduliuotės juose aktyviai vystosi vandens augmenija, vyksta vadinamasis vandens „žydėjimas“.

Vandens lygio pasikeitimas, kai kuriose vietose jis pasiekia visišką išdžiūvimą, veda prie augalijos žūties. Užtvankos neleidžia žuvims migruoti. Daugiapakopės hidroelektrinės upes jau pavertė eile ežerų, kuriuose atsiranda pelkės. Šiose upėse žūva žuvys, kinta jas supantis mikroklimatas, toliau niokojantis natūralias ekosistemas.

Dėl šiluminių elektrinių pavojaus, deginant kurą šiluminiuose varikliuose, išsiskiria kenksmingos medžiagos: anglies monoksidas, azoto junginiai, švino junginiai, taip pat į atmosferą išskiriamas nemažas šilumos kiekis.

Be to, norint naudoti garo turbinas šiluminėse elektrinėse, reikia skirti didelius plotus tvenkiniams, kuriuose šalinami išmetamieji garai. Kasmet pasaulyje sudeginama 5 milijardai tonų anglies ir 3,2 milijardai tonų naftos, kartu į atmosferą išleidžiama 2 10 J šilumos. Iškastinio kuro atsargos Žemėje pasiskirsto itin netolygiai, o esant dabartiniam suvartojimo tempui, anglies užteks 150-200 metų, naftos – 40-50 metų, o dujų – apie 60 metų. Visą darbų ciklą, susijusį su iškastinio kuro (daugiausia anglies) gavyba, transportavimu ir deginimu, taip pat atliekų susidarymu, lydi didelis cheminių teršalų kiekis. Anglies kasyba yra susijusi su dideliu vandens rezervuarų, kuriuose vanduo išleidžiamas iš kasyklų, įdruskėjimu. Be to, siurbiamame vandenyje yra radžio ir radono izotopų. Šiluminė elektrinė, nors ir turi modernias anglies degimo produktų valymo sistemas, per metus į atmosferą, įvairiais skaičiavimais, išmeta nuo 10 iki 120 tūkst.t sieros oksidų, 2-20 tūkst.t azoto oksidų, 700-1500 tonų pelenų (be valymo – per 2–3 kartus daugiau) ir išmeta 3–7 mln. tonų anglies monoksido. Be to, susidaro daugiau nei 300 tūkstančių tonų pelenų, kuriuose yra apie 400 tonų toksiškų metalų (arseno, kadmio, švino, gyvsidabrio). Galima pastebėti, kad anglimi kūrenama šiluminė elektrinė į atmosferą išmeta daugiau radioaktyviųjų medžiagų nei tokios pat galios atominė elektrinė. Taip yra dėl įvairių radioaktyvių elementų, esančių anglyje, išsiskyrimo intarpų pavidalu (radžio, torio, polonio ir kt.). dozės vertės ir apšvitintų žmonių skaičiaus sandauga (išreiškiama asmeniu-sivertu). Paaiškėjo, kad praėjusio amžiaus 90-ųjų pradžioje Ukrainos gyventojų metinė kolektyvinė apšvitos dozė dėl šiluminės energijos buvo 767 žmonės / n, o dėl branduolinės energijos - 188 žmonės / n.

Šiuo metu kasmet į atmosferą išmetama 20-30 milijardų tonų anglies monoksido. Prognozės rodo, kad jei tokie tempai ir toliau tęsis, vidutinė temperatūra Žemėje iki amžiaus vidurio gali pakilti keliais laipsniais, o tai lems nenuspėjamus pasaulinius klimato pokyčius. Lyginant įvairių energijos šaltinių poveikį aplinkai, būtina atsižvelgti į jų poveikį žmonių sveikatai. Didelė rizika darbuotojams, naudojant anglį, yra susijusi su jos gavyba kasyklose ir transportavimu bei su degimo produktų poveikiu aplinkai. Paskutinės dvi priežastys yra susijusios su nafta ir dujomis ir turi įtakos visiems gyventojams. Nustatyta, kad anglies ir naftos deginimo išmetamų teršalų pasaulinis poveikis žmonių sveikatai veikia taip pat, kaip kartą per metus įvykusi avarija, tokia kaip Černobylis. Tai „tylus Černobylis“, kurio pasekmės yra tiesiogiai nematomos, tačiau nuolat veikia aplinką. Toksiškų priemaišų koncentracija cheminėse atliekose yra stabili ir galiausiai visos jos pateks į ekosferą, skirtingai nei radioaktyviosios atliekos iš atominių elektrinių irimo.

Apskritai realus atominių elektrinių radiacinis poveikis aplinkai yra daug (10 ir daugiau kartų) mažesnis už leistiną. Jei atsižvelgsime į įvairių energijos šaltinių poveikį aplinkai žmonių sveikatai, tai tarp atsinaujinančių energijos šaltinių įprastai veikiančių atominių elektrinių rizika yra minimali tiek darbuotojams, kurių veikla susijusi su įvairiais branduolinio kuro ciklo etapais, tiek viešas. Pasaulinis branduolinės energijos radiacinė indėlis visuose branduolinio kuro ciklo etapuose šiuo metu sudaro apie 0,1 % natūralaus fono ir neviršys 1 % net intensyviai plėtojant ateityje.

Urano rūdos kasyba ir perdirbimas taip pat yra susiję su neigiamu poveikiu aplinkai.

Kolektyvinė dozė, kurią gauna objekto personalas ir visuomenė visuose urano gavybos ir kuro gamybos reaktoriams etapuose, yra 14% visos branduolinio kuro ciklo dozės. Tačiau pagrindinė problema išlieka didelio aktyvumo atliekų šalinimas. Labai pavojingų radioaktyviųjų atliekų tūris sudaro apie šimtą tūkstantąją viso atliekų kiekio, įskaitant labai toksiškus cheminius elementus ir jų stabilius junginius. Kuriami metodai jų koncentravimui, patikimam surišimui ir įdėjimui į stabilias geologines formacijas, kuriose, pasak specialistų, gali būti laikomos tūkstantmečius. Rimtas branduolinės energijos trūkumas yra naudojamo kuro ir jo skilimo produktų radioaktyvumas. Tam reikia sukurti apsaugą nuo įvairių rūšių radioaktyviosios spinduliuotės, kuri žymiai padidina atominių elektrinių generuojamą energiją. Be to, dar vienas atominių elektrinių trūkumas – terminis vandens užterštumas, t.y. jo šildymas.

Įdomu pastebėti, kad, anot grupės britų gydytojų, 1946–1988 metais britų branduolinėje pramonėje dirbę žmonės vidutiniškai gyvena ilgiau, o jų mirtingumas nuo visų priežasčių, įskaitant vėžį, yra daug mažesnis. Jei atsižvelgsime į realius radiacijos lygius ir cheminių medžiagų koncentraciją atmosferoje, tai galime pasakyti, kad pastarųjų poveikis visai florai yra gana reikšmingas, palyginti su radiacijos poveikiu.

Pateikti duomenys rodo, kad elektrinėms eksploatuojant aplinkosauga branduolinės energijos poveikis yra dešimtis kartų mažesnis nei šiluminės.

Černobylio tragedija Ukrainai tebėra nepataisoma blogis. Tačiau tai labiau susiję su socialine tvarka, kuri ją sukėlė, nei su branduoline energija. Juk nė vienoje pasaulio atominėje elektrinėje, išskyrus Černobylį, nebuvo avarijų, kurios tiesiogiai lėmė žmonių mirtį.

Tikimybinis atominių elektrinių saugos skaičiavimo metodas rodo, kad generuojant tą patį elektros energijos vienetą didelės avarijos tikimybė atominėje elektrinėje yra 100 kartų mažesnė nei anglies energijos atveju. Šio palyginimo pasekmės yra akivaizdžios.

Elektros energijos naudojimo augimas, aplinkosaugos problemų aštrėjimas ženkliai suaktyvino aplinkai draugiškų elektros gamybos būdų paieškas. Intensyviai plėtojami nekuro atsinaujinančios energijos panaudojimo būdai - saulės, vėjo, geoterminė, bangų energija, potvynių energija, biodujų energija ir kt.. Šių rūšių energijos šaltiniai yra neišsenkantys, tačiau reikėtų pagrįstai įvertinti, ar jie gali patenkinti visus žmonijos poreikius.

Naujausi tyrimai daugiausia skirti elektros energijos gamybai iš vėjo energijos. Vėjo jėgainės daugiausia statomos nuolatine srove. Vėjo ratas varo dinamą – elektros srovę, kuri vienu metu įkrauna lygiagrečiai prijungtas baterijas.

Šiandien vėjo jėgainės patikimai aprūpina energiją naftininkus, sėkmingai veikia sunkiai pasiekiamose vietose, atokiose salose, Arktyje, tūkstančiuose žemės ūkio ūkių, kur šalia nėra didelių gyvenviečių ir visuomeninių elektrinių.

Plačiam vėjo jėgainių naudojimui normaliomis sąlygomis vis dar trukdo didelė jų kaina. Naudojant vėją, iškyla rimta problema: energijos perteklius vėjuotu oru ir jos trūkumas ramiu laikotarpiu. Vėjo energijos naudojimą apsunkina tai, kad ji turi mažą energijos tankį, taip pat keičiant jo stiprumą ir kryptį. Vėjo jėgainės daugiausia naudojamos tose vietose, kur yra geras vėjo režimas. Norint sukurti didelės galios vėjo turbinas, būtina, kad ji būtų didelė, be to, sraigtas turi būti pakeltas į pakankamą aukštį, nes didesniame aukštyje vėjas yra stabilesnis ir didesnio greičio. Tik viena iškastiniu kuru varoma elektrinė gali pakeisti (pagal pagaminamos energijos kiekį) tūkstančius vėjo jėgainių.

Ištisus šimtmečius žmonės svarstė jūros atoslūgių ir atoslūgių priežastis. Šiandien tikrai žinome, kad galingą gamtos reiškinį – ritmingą jūros vandens judėjimą – sukelia Mėnulio ir Saulės traukos jėgos. Potvynių ir atoslūgių energija yra didžiulė, jo bendra galia Žemėje yra apie 1 milijardą kW, o tai yra daugiau nei bendra visų pasaulio upių galia.

Potvynių ir atoslūgių jėgainių veikimo principas yra labai paprastas. Potvynių metu vanduo, besisukantis hidroturbinas, užpildo rezervuarą, o po atoslūgio jis palieka rezervuarą į vandenyną, vėl sukdamas turbinas. Svarbiausia yra rasti patogią vietą užtvankos įrengimui, kurioje potvynio aukštis būtų reikšmingas. Elektrinių statyba ir eksploatavimas yra sudėtingas uždavinys. Jūros vanduo sukelia daugumos metalų koroziją, dumbliai auga ant įrenginių detalių.

Saulės spinduliuotės šiluminis srautas, pasiekiantis Žemę, yra labai didelis. Jis daugiau nei 5000 kartų viršija bendrą visų rūšių kuro ir energijos išteklių naudojimą pasaulyje.

Tarp saulės energijos privalumų— jos amžinumas ir išskirtinė ekologinė švara. Saulės energija tiekiama visam Žemės paviršiui, nuo jos trūkumo kenčia tik planetos poliariniai regionai. Tai reiškia, kad beveik visame pasaulyje tik debesys ir naktis neleidžia juo naudotis visą laiką. Dėl tokio bendro prieinamumo šios rūšies energijos monopolizuoti neįmanoma, skirtingai nei naftos ir dujų. Žinoma, 1 kWh kaina. saulės energijos yra daug didesnė nei gaunama tradiciniu būdu. Tik penktadalis saulės šviesos paverčiama elektros srove, tačiau ši dalis toliau auga dėl viso pasaulio mokslininkų ir inžinierių pastangų.

Kadangi saulės spinduliuotės energija pasiskirsto dideliame plote (kitaip tariant, jos tankis yra mažas), bet koks įrenginys, skirtas tiesioginiam saulės energijos naudojimui, turi turėti pakankamo paviršiaus ploto įrenginį. Paprasčiausias tokio tipo įrenginys yra plokščias kolektorius; iš esmės tai juoda plokštė, gerai izoliuota iš apačios.

Yra šiek tiek kitokio tipo elektrinių, jų skirtumas slypi tame, kad bokšto viršuje sutelkta saulės šiluma paleidžia natrio aušinimo skystį, kuris šildo vandenį ir susidaro garai. Pasak ekspertų, patraukliausia idėja, susijusi su saulės energijos konversija, yra fotoelektrinio efekto panaudojimas puslaidininkiuose. Tačiau saulės kolektorių paviršius, kad būtų pakankamai galios, turi būti pakankamai didelis (500 MWh paros galiai. Reikalingas 500 000 m 2 paviršiaus plotas), o tai yra gana brangu. Saulės energija yra viena iš daugiausiai medžiagų reikalaujančių energijos gamybos rūšių. Didelis saulės energijos naudojimas lemia milžinišką medžiagų, taigi ir darbo išteklių, poreikį žaliavoms išgauti, joms sodrinti, medžiagų gamybai, heliostatų, kolektorių, kitos įrangos gamybai, ir jų transportavimą. Saulės elektrinių efektyvumas nutolusiose nuo pusiaujo vietovėse yra gana žemas dėl nestabilių atmosferos sąlygų, santykinai mažo saulės spinduliuotės intensyvumo, taip pat jos svyravimų dėl dienos ir nakties kaitos.

Geoterminei energijai šiluminei energijai gaminti naudojama aukšta gilaus žemės plutos vidaus temperatūra.

Kai kuriose Žemės vietose, ypač tektoninių plokščių pakraščiuose, šiluma į paviršių iškyla karštųjų versmių – geizerių ir ugnikalnių pavidalu. Kitose vietose povandeniniai šaltiniai teka per karštus požeminius darinius, o ši šiluma gali būti paimama per šilumos mainų sistemas. Islandija yra pavyzdys šalies, kurioje plačiai naudojama geoterminė energija.

Dabar sukurtos technologijos, leidžiančios iš biologinių žaliavų išgauti degias dujas, vykstant cheminėms didelės molekulinės masės junginių skilimo į mažamolekulinius junginius dėl specialių bakterijų (kurios dalyvauja reakcijoje be jų) veiklos. prieigą prie atmosferos deguonies). Reakcijos schema: biomasė + + bakterijos -> degiosios dujos + kitos dujos + trąšos.

Biomasė yra žemės ūkio produkcijos (gyvulininkystės, perdirbimo pramonės) atliekos.

Pagrindinė biodujų gamybos žaliava yra mėšlas, kuris tiekiamas į biodujų stotis. Pagrindinis biodujų gamyklos produktas – degiųjų dujų mišinys (90 % mišinio sudaro metanas). Šis mišinys tiekiamas šilumos gamybos įmonėms, elektrinėms.

Atsinaujinantys šaltiniai (išskyrus vandens energiją) turi bendrą trūkumą: jų energija yra labai silpnai koncentruota, o tai sukelia didelių sunkumų praktiškai naudojant. Atsinaujinančių šaltinių kaina (išskyrus hidroelektrines) yra daug didesnė nei tradicinių. Tiek saulės, tiek vėjo ir kitų rūšių energija gali būti sėkmingai naudojama elektros energijos gamybai, kurios galia yra nuo kelių kilovatų iki dešimčių kilovatų. Tačiau šios energijos rūšys yra gana neperspektyvios kuriant galingus pramoninius energijos šaltinius.