انواع انرژی: سنتی و جایگزین. انرژی آینده

2024 نویسنده: Howard Calhoun | [email protected]. آخرین اصلاح شده: 2023-12-17 10:25

همه حوزه های انرژی موجود را می توان به طور مشروط به بالغ، در حال توسعه و در مرحله مطالعه نظری تقسیم کرد. برخی از فناوری‌ها حتی در اقتصاد خصوصی برای اجرا در دسترس هستند، در حالی که برخی دیگر فقط در چارچوب حمایت صنعتی قابل استفاده هستند. می توان انواع مدرن انرژی را از موقعیت های مختلف در نظر گرفت و ارزیابی کرد، اما معیارهای جهانی برای امکان سنجی اقتصادی و بهره وری تولید از اهمیت اساسی برخوردار است. امروزه از بسیاری جهات، مفاهیم استفاده از فناوری‌های تولید انرژی سنتی و جایگزین در این پارامترها متفاوت است.

انرژی سنتی

این لایه وسیعی از صنایع حرارتی و نیروگاهی است که حدود 95 درصد از مصرف کنندگان انرژی جهان را تامین می کند. تولید این منبع در ایستگاه های ویژه انجام می شود - اینها اشیاء نیروگاه های حرارتی، نیروگاه های برق آبی، نیروگاه های هسته ای و غیره هستند. تولید می شود. مراحل زیر تولید انرژی متمایز می شود:

• تولید، تهیه و تحویل مواد اولیه بههدف تولید یک یا نوع دیگری از انرژی. اینها می توانند فرآیندهای استخراج و غنی سازی سوخت، احتراق فرآورده های نفتی و غیره باشند.
• انتقال مواد خام به واحدها و مجموعه هایی که مستقیماً انرژی را تبدیل می کنند.
• فرایندهای تبدیل انرژی از اولیه به ثانویه. این چرخه ها در همه ایستگاه ها وجود ندارند، اما، به عنوان مثال، برای سهولت در تحویل و توزیع بعدی انرژی، می توان از اشکال مختلفی از آن استفاده کرد - عمدتا گرما و برق.
• نگهداری انرژی تبدیل شده نهایی، انتقال و توزیع آن.

در مرحله نهایی، منبع برای کاربران نهایی ارسال می شود که می توانند هر دو بخش اقتصاد ملی و مالکان عادی باشند.

صنعت برق حرارتی

متداول ترین صنعت انرژی در روسیه. نیروگاه های حرارتی در کشور با استفاده از زغال سنگ، گاز، فرآورده های نفتی، ذخایر شیل و ذغال سنگ نارس به عنوان خوراک بیش از 1000 مگاوات تولید می کنند. انرژی اولیه تولید شده بیشتر به برق تبدیل می شود. از نظر فناوری، چنین ایستگاه هایی دارای مزایای زیادی هستند که محبوبیت آنها را تعیین می کند. اینها شامل عدم تقاضای شرایط عملیاتی و سهولت سازماندهی فنی گردش کار است.

تاسیسات برق حرارتی به شکل تاسیسات چگالشی و نیروگاه های حرارتی و نیروگاهی ترکیبی را می توان مستقیماً در مناطقی که منبع مصرفی استخراج می شود یا جایی که مصرف کننده در آن قرار دارد، احداث کرد. نوسانات فصلی بر پایداری ایستگاه‌ها تأثیری نمی‌گذارد و همین امر باعث می‌شودمنابع انرژی قابل اعتماد هستند. اما TPP ها معایبی نیز دارند که شامل استفاده از منابع سوخت تمام نشدنی، آلودگی محیط زیست، نیاز به اتصال مقادیر زیادی از منابع نیروی کار و غیره می شود.

نیروی آبی

سازه های هیدرولیک در قالب پست های انرژی برای تولید برق در نتیجه تبدیل انرژی جریان آب طراحی شده اند. یعنی فرآیند تکنولوژیکی تولید با ترکیبی از پدیده های مصنوعی و طبیعی فراهم می شود. در حین کار، ایستگاه فشار کافی آب ایجاد می کند که سپس به پره های توربین هدایت می شود و ژنراتورهای الکتریکی را فعال می کند. انواع هیدرولوژیکی انرژی در نوع واحدهای مورد استفاده، پیکربندی تعامل تجهیزات با جریان آب طبیعی و غیره متفاوت است. با توجه به شاخص های عملکرد، انواع نیروگاه های آبی زیر را می توان تشخیص داد:

• کوچک - تا 5 مگاوات تولید کنید.
• متوسط - تا 25 مگاوات.
• قدرتمند - بیش از 25 مگاوات.

طبقه بندینیز بسته به نیروی فشار آب اعمال می شود:

• ایستگاه های کم فشار - تا 25 متر.
• فشار متوسط - از 25 متر.
• فشار بالا - بالای 60 متر.

مزایای نیروگاه های برق آبی شامل سازگاری با محیط زیست، در دسترس بودن اقتصادی (انرژی رایگان)، منابع کاری پایان ناپذیر است. در عین حال، سازه های هیدرولیک مستلزم هزینه های اولیه زیادی برای سازمان فنی زیرساخت ذخیره سازی است و همچنین دارای محدودیت هایی است.موقعیت جغرافیایی ایستگاه ها - فقط در جایی که رودخانه ها فشار آب کافی را تامین می کنند.

صنعت انرژی هسته ای

به یک معنا، این یک زیرگونه از انرژی حرارتی است، اما در عمل، شاخص های عملکرد نیروگاه های هسته ای یک مرتبه بزرگتر از نیروگاه های حرارتی است. روسیه از چرخه های کامل تولید انرژی هسته ای استفاده می کند که امکان تولید مقادیر زیادی از منابع انرژی را فراهم می کند، اما استفاده از فناوری های فرآوری سنگ معدن اورانیوم نیز خطرات زیادی دارد. بحث در مورد مسائل ایمنی و عمومیت بخشیدن به وظایف این صنعت به ویژه توسط ANO "مرکز اطلاعات انرژی هسته ای" که دارای دفاتر نمایندگی در 17 منطقه روسیه است، انجام می شود.

راکتور نقش کلیدی در اجرای فرآیندهای تولید انرژی هسته ای ایفا می کند. این واحدی است که برای پشتیبانی از واکنش های شکافت اتم ها طراحی شده است که به نوبه خود با آزاد شدن انرژی حرارتی همراه است. انواع مختلفی از راکتورها وجود دارد که در نوع سوخت و خنک کننده مورد استفاده متفاوت است. متداول ترین پیکربندی استفاده شده با یک راکتور آب سبک است که از آب معمولی به عنوان خنک کننده استفاده می کند. سنگ معدن اورانیوم منبع اصلی فرآوری در صنعت انرژی هسته ای است. به همین دلیل، نیروگاه های هسته ای معمولا برای مکان یابی راکتورهایی در نزدیکی ذخایر اورانیوم طراحی می شوند. امروزه 37 راکتور در روسیه در حال فعالیت هستند که ظرفیت تولید کل آنها حدود 190 میلیارد کیلووات ساعت در سال است.

ویژگی های انرژی جایگزین

تقریباً همه منابع انرژی جایگزین نسبتاً مطلوبی دارندمقرون به صرفه بودن مالی و سازگاری با محیط زیست در واقع در این حالت منبع فرآوری شده (نفت، گاز، زغال سنگ و…) با انرژی طبیعی جایگزین می شود. این ممکن است نور خورشید، جریان های باد، گرمای زمین و سایر منابع طبیعی انرژی باشد، به استثنای منابع هیدرولوژیکی که امروزه سنتی در نظر گرفته می شوند. مفاهیم انرژی جایگزین برای مدت طولانی وجود داشته است، اما تا به امروز آنها سهم کمی در کل عرضه انرژی جهان را به خود اختصاص داده اند. تأخیر در توسعه این صنایع با مشکلاتی در سازماندهی فناوری فرآیندهای تولید برق همراه است.

اما دلیل توسعه فعال انرژی های جایگزین امروز چیست؟ تا حد زیادی نیاز به کاهش میزان آلودگی محیط زیست و مشکلات زیست محیطی به طور کلی. همچنین در آینده نزدیک، بشریت ممکن است با کاهش منابع سنتی مورد استفاده در تولید انرژی مواجه شود. بنابراین، حتی با وجود موانع سازمانی و اقتصادی، توجه روزافزون به پروژه‌های توسعه انرژی‌های جایگزین می‌شود.

انرژی زمین گرمایی

یکی از متداول ترین راه های دریافت انرژی در خانه. انرژی زمین گرمایی در فرآیند انباشت، انتقال و تبدیل گرمای داخلی زمین تولید می شود. در مقیاس صنعتی، سنگ‌های زیرزمینی در اعماق 2 تا 3 کیلومتری سرویس می‌شوند، جایی که دما می‌تواند از 100 درجه سانتیگراد تجاوز کند. در مورد استفاده فردی از سیستم های زمین گرمایی، تجمع کننده های سطحی بیشتر مورد استفاده قرار می گیرند، نه در چاه ها در عمق، بلکهبه صورت افقی برخلاف سایر رویکردها برای تولید انرژی جایگزین، تقریباً تمام منابع انرژی زمین گرمایی در چرخه تولید بدون مرحله تبدیل انجام می‌شوند. یعنی انرژی حرارتی اولیه به همان شکل در اختیار مصرف کننده نهایی قرار می گیرد. بنابراین، از مفهومی به عنوان سیستم های گرمایش زمین گرمایی استفاده می شود.

انرژی خورشیدی

یکی از قدیمی ترین مفاهیم انرژی جایگزین، استفاده از سیستم های فتوولتائیک و ترمودینامیکی به عنوان تجهیزات ذخیره سازی. برای اجرای روش تولید فوتوالکتریک از مبدل های انرژی فوتون های نور (کوانتا) به الکتریسیته استفاده می شود. تاسیسات ترمودینامیکی عملکرد بیشتری دارند و به دلیل جریان های خورشیدی، می توانند هم گرما با الکتریسیته و هم انرژی مکانیکی برای ایجاد نیروی محرکه تولید کنند.

طرح ها بسیار ساده هستند، اما مشکلات زیادی در عملکرد چنین تجهیزاتی وجود دارد. این به دلیل این واقعیت است که انرژی خورشیدی، در اصل، با تعدادی ویژگی مشخص می شود: ناپایداری به دلیل نوسانات روزانه و فصلی، وابستگی به آب و هوا، چگالی کم شارهای نور. بنابراین در مرحله طراحی پنل های خورشیدی و باتری ها به بررسی عوامل هواشناسی توجه زیادی می شود.

انرژی موج

فرایند تولید الکتریسیته از امواج در نتیجه تبدیل انرژی جزر و مد اتفاق می افتد. در قلب اکثر نیروگاه های این نوع یک استخر قرار دارد.که یا در هنگام جدا شدن دهانه رودخانه و یا با مسدود کردن خلیج با سد سازماندهی می شود. آبگیرها با توربین های هیدرولیک در مانع تشکیل شده چیده شده اند. با تغییر سطح آب در طول جزر و مد، پره های توربین می چرخند که به تولید برق کمک می کند. این نوع انرژی تا حدی شبیه به اصول بهره برداری نیروگاه های برق آبی است، اما مکانیک برهمکنش با خود منبع آب تفاوت های قابل توجهی دارد. ایستگاه های موج را می توان در سواحل دریاها و اقیانوس ها استفاده کرد، جایی که سطح آب تا 4 متر افزایش می یابد و امکان تولید برق تا 80 کیلووات بر متر را فراهم می کند. فقدان چنین ساختارهایی به این دلیل است که پلک ها تبادل آب شیرین و آب دریا را مختل می کنند و این امر بر زندگی موجودات دریایی تأثیر منفی می گذارد.

انرژی باد

روش دیگری برای تولید برق موجود برای استفاده در خانوارهای خصوصی که با سادگی تکنولوژیکی و مقرون به صرفه بودن مشخص می شود. انرژی جنبشی توده های هوا به عنوان یک منبع پردازش شده عمل می کند و یک موتور با پره های چرخان به عنوان باتری عمل می کند. به طور معمول، انرژی باد از ژنراتورهای جریان الکتریکی استفاده می کند که در نتیجه چرخش روتورهای عمودی یا افقی با ملخ ها فعال می شوند. یک ایستگاه متوسط خانگی از این نوع قادر به تولید 2-3 کیلووات است.

فناوری های انرژی آینده

طبق گفته کارشناسان، تا سال 2100، مجموع سهم زغال‌سنگ و نفت در تراز جهانی حدود 3 درصد خواهد بود که می‌تواند انرژی حرارتی هسته‌ای را به عقب براند.به عنوان منبع ثانویه منابع انرژی ایستگاه های خورشیدی و همچنین مفاهیم جدید برای تبدیل انرژی فضایی بر اساس کانال های انتقال بی سیم باید در جایگاه اول قرار گیرند. فرآیند تبدیل شدن به انرژی آینده باید از اوایل سال 2030 آغاز شود، زمانی که دوره رها شدن منابع سوخت هیدروکربنی و گذار به منابع "پاک" و تجدیدپذیر فرا خواهد رسید.

چشم انداز انرژی روسیه

آینده انرژی داخلی عمدتاً با توسعه روشهای سنتی تبدیل منابع طبیعی مرتبط است. جایگاه کلیدی در صنعت باید توسط انرژی هسته ای اشغال شود، اما در نسخه ترکیبی. زیرساخت نیروگاه های هسته ای باید با عناصر مهندسی هیدرولیک و ابزارهای پردازش سوخت های زیستی سازگار با محیط زیست تکمیل شود. آخرین مکان در چشم انداز توسعه احتمالی به باتری های خورشیدی داده نشده است. در روسیه، حتی امروزه، این بخش ایده های جذاب بسیاری را ارائه می دهد - به ویژه پانل هایی که می توانند حتی در زمستان نیز کار کنند. باتری‌ها انرژی نور را حتی بدون بار حرارتی تبدیل می‌کنند.

نتیجه گیری

مشکلات مدرن تامین انرژی، بزرگترین ایالت ها را در اولویت انتخاب بین برق و پاکیزگی محیطی تولید گرما و برق قرار می دهد. بسیاری از منابع انرژی جایگزین توسعه یافته با تمام مزایایی که دارند، قادر به جایگزینی کامل منابع سنتی نیستند که به نوبه خود می توانند برای چندین دهه دیگر مورد استفاده قرار گیرند. بنابراین، انرژی آینده بسیار استکارشناسان آن را به عنوان نوعی همزیستی مفاهیم مختلف تولید انرژی معرفی می کنند. علاوه بر این، فناوری های جدید نه تنها در سطح صنعتی، بلکه در خانواده ها نیز مورد انتظار است. در این رابطه می توان به اصول گرادیان- دما و زیست توده تولید انرژی اشاره کرد.