Các loại năng lượng: truyền thống và thay thế. Năng lượng của tương lai

2024 Tác giả: Howard Calhoun | [email protected]. Sửa đổi lần cuối: 2023-12-17 10:44

Tất cả các lĩnh vực năng lượng hiện có có thể được chia theo điều kiện để trưởng thành, phát triển và đang trong giai đoạn nghiên cứu lý thuyết. Một số công nghệ có sẵn để thực hiện ngay cả trong nền kinh tế tư nhân, trong khi những công nghệ khác chỉ có thể được sử dụng trong khuôn khổ hỗ trợ công nghiệp. Có thể xem xét và đánh giá các dạng năng lượng hiện đại từ các vị trí khác nhau, nhưng các tiêu chí chung về tính khả thi về kinh tế và hiệu quả sản xuất có tầm quan trọng cơ bản. Theo nhiều khía cạnh, các khái niệm về việc sử dụng các công nghệ tạo năng lượng thay thế và truyền thống ngày nay khác nhau ở các thông số này.

Năng lượng Truyền thống

Đây là một lớp rộng lớn của các ngành công nghiệp nhiệt và điện đã được thành lập, cung cấp cho khoảng 95% người tiêu dùng năng lượng trên thế giới. Việc tạo ra tài nguyên diễn ra ở các trạm đặc biệt - đó là các đối tượng của nhà máy nhiệt điện, nhà máy thuỷ điện, nhà máy điện hạt nhân,… Chúng hoạt động với cơ sở nguyên liệu thô đã được làm sẵn, trong quá trình xử lý mà mục tiêu năng lượng. được tạo ra. Các giai đoạn sản xuất năng lượng sau được phân biệt:

• Sản xuất, chuẩn bị và vận chuyển nguyên liệu đếnđối tượng sản xuất một hoặc một dạng năng lượng khác. Đây có thể là các quy trình khai thác và làm giàu nhiên liệu, đốt cháy các sản phẩm dầu mỏ, v.v.
• Chuyển nguyên liệu thô đến các đơn vị và cụm lắp ráp trực tiếp chuyển đổi năng lượng.
• Các quá trình chuyển hóa năng lượng từ sơ cấp sang thứ cấp. Các chu trình này không có ở tất cả các trạm, nhưng, ví dụ, để thuận tiện cho việc cung cấp và phân phối năng lượng sau đó, có thể sử dụng nhiều dạng khác nhau của nó - chủ yếu là nhiệt và điện.
• Duy trì năng lượng đã chuyển đổi hoàn chỉnh, quá trình truyền và phân phối của nó.

Ở giai đoạn cuối cùng, tài nguyên được gửi đến người dùng cuối, có thể là cả hai khu vực của nền kinh tế quốc dân và các chủ sở hữu nhà thông thường.

Ngành nhiệt điện

Ngành công nghiệp năng lượng phổ biến nhất ở Nga. Các nhà máy nhiệt điện trong nước sản xuất hơn 1.000 MW sử dụng than, khí đốt, sản phẩm dầu, mỏ đá phiến sét và than bùn làm nguyên liệu. Năng lượng sơ cấp được tạo ra tiếp tục được chuyển đổi thành điện năng. Về mặt công nghệ, những trạm như vậy có rất nhiều lợi thế, điều này quyết định mức độ phổ biến của chúng. Chúng bao gồm không yêu cầu các điều kiện hoạt động và dễ dàng tổ chức kỹ thuật của quy trình làm việc.

Các cơ sở nhiệt điện ở dạng cơ sở ngưng tụ và các nhà máy nhiệt điện kết hợp có thể được xây dựng trực tiếp tại các khu vực khai thác tài nguyên tiêu thụ hoặc nơi có hộ tiêu thụ. Biến động theo mùa không ảnh hưởng đến sự ổn định của các trạm, điều này làm chonguồn năng lượng là đáng tin cậy. Nhưng TPP cũng có những nhược điểm, bao gồm việc sử dụng nguồn nhiên liệu cạn kiệt, ô nhiễm môi trường, nhu cầu kết nối nguồn lao động lớn, v.v.

Thủy điện

Các công trình thủy lực dưới dạng trạm biến áp năng lượng được thiết kế để tạo ra điện do kết quả của việc chuyển đổi năng lượng của dòng nước. Đó là, quá trình công nghệ tạo ra được cung cấp bởi sự kết hợp của các hiện tượng nhân tạo và tự nhiên. Trong quá trình hoạt động, trạm tạo ra một áp lực nước vừa đủ, sau đó được dẫn đến các cánh tuabin và kích hoạt các máy phát điện. Các loại năng lượng thủy văn khác nhau về loại đơn vị được sử dụng, cấu hình tương tác của thiết bị với dòng nước tự nhiên, v.v. Theo chỉ số hoạt động, có thể phân biệt các loại nhà máy thủy điện sau:

• Nhỏ - tạo ra tối đa 5 MW.
• Trung bình - lên đến 25 MW.
• Mạnh mẽ - hơn 25 MW.

Một phân loại cũng được áp dụng tùy thuộc vào lực của áp lực nước:

• Trạm áp suất thấp - lên đến 25 m.
• Áp suất trung bình - từ 25 m.
• Áp suất cao - trên 60 m.

Ưu điểm của nhà máy thủy điện bao gồm thân thiện với môi trường, tính kinh tế sẵn có (năng lượng miễn phí), tài nguyên làm việc vô tận. Đồng thời, các công trình thủy lợi đòi hỏi chi phí ban đầu lớn cho việc tổ chức kỹ thuật của cơ sở hạ tầng lưu trữ, và cũng có những hạn chế vềvị trí địa lý của các trạm - chỉ nơi các con sông cung cấp đủ áp lực nước.

Công nghiệp điện hạt nhân

Theo một nghĩa nào đó, đây là một phân loài của nhiệt năng, nhưng trên thực tế, các chỉ số hoạt động của nhà máy điện hạt nhân cao hơn một bậc so với nhà máy nhiệt điện. Nga sử dụng đầy đủ các chu kỳ phát điện hạt nhân, cho phép tạo ra một lượng lớn tài nguyên năng lượng, nhưng cũng có những rủi ro rất lớn khi sử dụng công nghệ chế biến quặng uranium. Thảo luận về các vấn đề an toàn và phổ biến các nhiệm vụ của ngành này, đặc biệt, được thực hiện bởi ANO "Trung tâm Thông tin về Năng lượng Hạt nhân", có văn phòng đại diện tại 17 khu vực của Nga.

Lò phản ứng đóng một vai trò quan trọng trong việc thực hiện các quá trình tạo ra năng lượng hạt nhân. Đây là một đơn vị được thiết kế để hỗ trợ các phản ứng phân hạch của các nguyên tử, do đó, đi kèm với việc giải phóng năng lượng nhiệt. Có nhiều loại lò phản ứng khác nhau, khác nhau về loại nhiên liệu và chất làm mát được sử dụng. Cấu hình được sử dụng phổ biến nhất là với lò phản ứng nước nhẹ sử dụng nước thông thường làm chất làm mát. Quặng uranium là tài nguyên chế biến chính trong ngành công nghiệp điện hạt nhân. Vì lý do này, các nhà máy điện hạt nhân thường được thiết kế để đặt các lò phản ứng gần với các mỏ uranium. Ngày nay, có 37 lò phản ứng đang hoạt động ở Nga, tổng công suất phát điện trong đó khoảng 190 tỷ kWh / năm.

Đặc điểm của năng lượng thay thế

Hầu như tất cả các nguồn năng lượng thay thế đều được so sánh thuận lợikhả năng chi trả tài chính và thân thiện với môi trường. Trên thực tế, trong trường hợp này, tài nguyên đã qua chế biến (dầu, khí, than, v.v.) được thay thế bằng năng lượng tự nhiên. Đây có thể là ánh sáng mặt trời, dòng gió, sức nóng của trái đất và các nguồn năng lượng tự nhiên khác, ngoại trừ tài nguyên thủy văn, hiện được coi là truyền thống. Các khái niệm năng lượng thay thế đã có từ lâu, nhưng cho đến ngày nay chúng vẫn chiếm một phần nhỏ trong tổng nguồn cung năng lượng thế giới. Sự chậm trễ trong phát triển các ngành này có liên quan đến các vấn đề trong tổ chức công nghệ của các quá trình phát điện.

Nhưng đâu là lý do cho sự phát triển tích cực của năng lượng thay thế ngày nay? Ở mức độ lớn, cần phải giảm tỷ lệ ô nhiễm môi trường và các vấn đề môi trường nói chung. Ngoài ra, trong tương lai gần, nhân loại có thể phải đối mặt với sự cạn kiệt các nguồn tài nguyên truyền thống được sử dụng trong sản xuất năng lượng. Do đó, bất chấp những trở ngại về tổ chức và kinh tế, các dự án phát triển các dạng năng lượng thay thế ngày càng được chú ý nhiều hơn.

Năng lượng địa nhiệt

Một trong những cách phổ biến nhất để lấy năng lượng tại nhà. Năng lượng địa nhiệt được sinh ra trong quá trình tích tụ, truyền và biến đổi nhiệt năng bên trong Trái đất. Ở quy mô công nghiệp, đá ngầm được phục vụ ở độ sâu lên đến 2-3 km, nơi nhiệt độ có thể vượt quá 100 ° C. Đối với việc sử dụng riêng lẻ các hệ thống địa nhiệt, các bộ tích tụ bề mặt thường được sử dụng hơn, không nằm trong các giếng ở độ sâu, nhưngtheo chiều ngang. Không giống như các cách tiếp cận khác để tạo ra năng lượng thay thế, hầu hết tất cả các nguồn năng lượng địa nhiệt trong chu trình sản xuất đều không có bước chuyển đổi. Tức là, nhiệt năng sơ cấp ở dạng tương tự được cung cấp cho người tiêu dùng cuối cùng. Do đó, khái niệm như hệ thống sưởi địa nhiệt được sử dụng.

Năng lượng mặt trời

Một trong những khái niệm năng lượng thay thế lâu đời nhất, sử dụng các hệ thống quang điện và nhiệt động lực học làm thiết bị lưu trữ. Để thực hiện phương pháp tạo quang điện, người ta sử dụng các bộ chuyển đổi năng lượng của photon ánh sáng (lượng tử) thành điện năng. Việc lắp đặt nhiệt động lực học có nhiều chức năng hơn và do các luồng năng lượng mặt trời, có thể tạo ra cả nhiệt cùng với năng lượng cơ học và điện năng để tạo ra động lực.

Các chương trình khá đơn giản, nhưng có rất nhiều vấn đề trong hoạt động của thiết bị đó. Điều này là do năng lượng mặt trời, về nguyên tắc, được đặc trưng bởi một số đặc điểm: không ổn định do biến động hàng ngày và theo mùa, phụ thuộc vào thời tiết, mật độ thông lượng ánh sáng thấp. Do đó, ở giai đoạn thiết kế các tấm pin và pin năng lượng mặt trời, việc nghiên cứu các yếu tố khí tượng rất được chú trọng.

Năng lượng sóng

Quá trình tạo ra điện từ sóng biển xảy ra do sự biến đổi năng lượng của thủy triều. Trung tâm của hầu hết các nhà máy điện kiểu này là một bể bơi,được tổ chức trong quá trình tách cửa sông, hoặc bằng cách chặn vịnh bằng một con đập. Các cống có tuabin thủy lực được bố trí trong hàng rào đã hình thành. Khi mực nước thay đổi khi triều cường, các cánh tuabin quay, góp phần tạo ra điện. Một phần, loại năng lượng này tương tự như nguyên lý hoạt động của các nhà máy thủy điện, nhưng bản thân cơ học tương tác với nguồn nước lại có những điểm khác biệt đáng kể. Các trạm phát sóng có thể được sử dụng trên các bờ biển và đại dương, nơi mực nước dâng cao đến 4 m, có thể tạo ra công suất lên tới 80 kW / m. Việc thiếu các công trình như vậy là do các cống làm gián đoạn quá trình trao đổi nước ngọt và nước biển, và điều này ảnh hưởng tiêu cực đến đời sống của các sinh vật biển.

Năng lượng gió

Một phương pháp sản xuất điện khác có sẵn để sử dụng trong các hộ gia đình tư nhân, được đặc trưng bởi sự đơn giản về công nghệ và khả năng chi trả kinh tế. Động năng của các khối khí hoạt động như một nguồn tài nguyên được xử lý, và một động cơ với các cánh quay hoạt động như một bộ pin. Thông thường, năng lượng gió sử dụng các bộ tạo dòng điện, được kích hoạt nhờ chuyển động quay của các cánh quạt theo phương thẳng đứng hoặc ngang với các cánh quạt. Một trạm nội địa trung bình thuộc loại này có khả năng tạo ra 2-3 kW.

Công nghệ năng lượng của tương lai

Theo các chuyên gia, vào năm 2100, tỷ trọng than và dầu kết hợp trong cán cân toàn cầu sẽ là khoảng 3%, điều này sẽ đẩy lùi năng lượng nhiệt hạchnhư một nguồn năng lượng thứ cấp. Các trạm năng lượng mặt trời nên chiếm vị trí đầu tiên, cũng như các khái niệm mới để chuyển đổi năng lượng không gian dựa trên các kênh truyền dẫn không dây. Các quá trình trở thành năng lượng của tương lai sẽ bắt đầu sớm nhất là vào năm 2030, khi thời kỳ từ bỏ các nguồn nhiên liệu hydrocacbon và chuyển sang các nguồn tài nguyên "sạch" và có thể tái tạo sẽ đến.

Triển vọng Năng lượng Nga

Tương lai của năng lượng trong nước chủ yếu gắn liền với sự phát triển của các phương thức truyền thống để biến đổi tài nguyên thiên nhiên. Vị trí quan trọng trong ngành sẽ phải được chiếm bởi năng lượng hạt nhân, nhưng trong một phiên bản kết hợp. Cơ sở hạ tầng của các nhà máy điện hạt nhân sẽ phải được bổ sung các yếu tố kỹ thuật thủy lực và các phương tiện xử lý nhiên liệu sinh học thân thiện với môi trường. Không phải vị trí cuối cùng trong triển vọng phát triển có thể được trao cho pin năng lượng mặt trời. Ở Nga, thậm chí ngày nay, phân khúc này cung cấp nhiều ý tưởng hấp dẫn - đặc biệt, các tấm có thể hoạt động ngay cả trong mùa đông. Pin chuyển đổi năng lượng của ánh sáng, ngay cả khi không có tải nhiệt.

Kết

Các vấn đề hiện đại về cung cấp năng lượng đặt các trạng thái lớn nhất trước sự lựa chọn giữa năng lượng và độ sạch môi trường của nhiệt và phát điện. Hầu hết các nguồn năng lượng thay thế đã được phát triển, với tất cả các ưu điểm của chúng, không thể thay thế hoàn toàn các nguồn năng lượng truyền thống mà ngược lại, chúng có thể được sử dụng trong vài thập kỷ nữa. Do đó, năng lượng của tương lai nhiềucác chuyên gia trình bày nó như một kiểu cộng sinh của các khái niệm khác nhau về sản sinh năng lượng. Hơn nữa, các công nghệ mới không chỉ được mong đợi ở cấp độ công nghiệp mà còn ở các hộ gia đình. Về vấn đề này, người ta có thể lưu ý các nguyên tắc về nhiệt độ và sinh khối trong quá trình tạo ra năng lượng.