משאבי אנרגיה הם סוגים שונים של משאבים טבעיים הדרושים לייצור אנרגיה חשמלית.

משאבי האנרגיה כוללים: מינרלים דלק (דליקים) - גז טבעי, נפט, פחם קשה וחום, פצלי שמן וכבול; אנרגיית מים של נהרות, במיוחד נהרות הרים; אנרגיה של יסודות כימיים רדיואקטיביים (אורניום, פלוטוניום); אנרגיה סולארית; אנרגיית רוח; אנרגיית גאות ושפל; אנרגיה גיאותרמית (חום פנימי של כדור הארץ).

לרוסיה יש עתודות גדולות של משאבי אנרגיה. לפיכך, מבחינת עתודות (48 טריליון טון) והפקת גז טבעי, רוסיה נמצאת במקום הראשון בעולם (1/3 מכלל הרזרבות העולמיות). מבחינת עתודות נפט (1/7 מכלל עתודות העולם), רוסיה היא בין עשר המדינות המובילות בעולם, ומבחינת הייצור שלה היא תופסת מקומות 1-3. מבחינת עתודות פחם (1/8 מכלל עתודות העולם), היא מדורגת במקום ה-1 בעולם, ומבחינת ייצור - מקום 3. הן מבחינת רזרבות והן מבחינת ייצור עפרות אורניום, רוסיה נמצאת בין עשר המדינות המובילות בעולם.

ברוסיה צורכים כ-4,000 ק"ג של דלק ייחוס (cf) לאדם, שזה כמעט פי 2 יותר מהממוצע העולמי (2,100 ק"ג).

משאבי האנרגיה ברוסיה ממוקמים בעיקר בחלקה האסייתי (3/4 מכלל הפחם, יותר מ-2/3 מהנפט ויותר מ-9/10 מהגז), בעוד שהאוכלוסייה והייצור מרוכזים בחלק האירופי. חוסר פרופורציה זה יוצר את הבעיה של מיצוי והובלה של משאבי אנרגיה ממזרח למערב רוסיה.

ברוסיה, מכל משאבי האנרגיה, משאבי הדלק הם בעלי חשיבות עליונה (גז - 50%, נפט - 29%, פחם - 14%). המקום הראשון ברוסיה מבחינת רזרבות והפקת מינרלים דליקים תופסת מערב סיביר, שבחלקה הצפוני מופק גז טבעי, באמצע - נפט, ובדרום (בקוזבאס) - פחם. לאחר מכן עקבו אחר האזורים של אזור אוראל-וולגה (נפט, גז, פחם חום), צפון הקווקז (פחם קשה של הדונבאס, נפט וגז בעומק הקווקזי), החלק הצפון-מזרחי של המישור הרוסי (אגן הפחם של פצ'ורה). ומחוז הנפט והגז אוכטה ברפובליקת קומי) ומזרח סיביר (פחם חום של אגן קנסק-אצ'ינסק, פחם קשה של אגן אירקוטסק, אגן הפחם של דרום יאקוטסק - שדה נריונגרי ומחוז הנפט והגז ויליוי ביקוטיה ). חשיבות רבהיש אזורי מדף של הים השוטפים את שטחה של רוסיה, שם התגלו חומרי גלם פחמימניים. הפקת נפט וגז מסחריים מתבצעת בים הכספי, בארנטס, קארה ואוחוטסק.

רוסיה מדורגת במקום השני בעולם מבחינת פוטנציאל אנרגיה הידרומית (אנרגיית הנהר) (2500 מיליארד קילו-וואט), שרובו מרוכז בחלק האסייתי (85%). המזרח הרחוק מהווה 53%, מזרח סיביר - 26% מכלל פוטנציאל ההידרו של רוסיה. אנרגיה הידרומית של ה-Yenisei ו-Angara מכלל פוטנציאל הכוח הידרו - 28%.

המרבצים העיקריים של עפרות אורניום נמצאים במזרח סיביר (Krasnokamensk באזור צ'יטה) ובאזור הצפוני.

ישנם סיכויים נוחים לשימוש באנרגיה סולארית בצפון הקווקז, באזור הוולגה התחתונה ובטרנסבייקליה, כלומר באזורים שבהם יש הרבה ימי שמש בהירים בשנה.

אנרגיית רוח היא אחד ממקורות האנרגיה הלא מסורתיים. האזורים הסוערים ביותר נמצאים לאורך קו החוף של האוקיינוס ​​הארקטי ובאזור קלינינגרד.

בחצי האי קולה, במפרץ קיסליה, ישנה תחנת כוח קטנה הפועלת על אנרגיית הגאות והשפל. הזדמנויות גדולות לבניית תחנות כוח מסוג זה זמינות בחוף ים אוחוטסק, שם הגאות והשפל מגיעים ל-18 מ'.

ישנם מקורות של אנרגיה גיאותרמית באזורים פעילים סיסמית של כדור הארץ. אלו הם קמצ'טקה (תחנת כוח קטנה הפועלת בעמק הגייזרים) ואיי קוריל.

הרכב מתחם הדלק והאנרגיה הרוסי

מתחם דלק ואנרגיההינה קבוצה של תעשיות העוסקות בהפקה ועיבוד של דלק, ייצור חשמל ואספקתו לצרכן. כמעט 30% מהכספים שהוקצו על ידי המדינה לתעשייה מושקעים לפיתוח מתחם הדלק והאנרגיה בפדרציה הרוסית. מתחם הדלק והאנרגיה מקושר עם מתחמים בין-מגזריים אחרים. כך למשל מתחם ההובלה מוביל סחורות למתחם הדלק והאנרגיה, מ.ק מייצרת ציוד ומכונות. בסיס היצוא של רוסיה - נפט, גז, פחם למדינות זרות - נופל גם הוא על מתחם הדלק והאנרגיה, הם מהווים 40% מסך היצוא במדינה.

TEK מחולק ל:

תעשיית הדלק (כרייה ועיבוד פחם, נפט, גז, פצלי וכבול. עיבוד הדלק מתבצע באתרי כרייה, בצירי תנועת משא, באזורי צריכת דלק).

תעשיית הכוח החשמלי (ייצור חשמל בתחנות כוח תרמיות (CHP, IES), תחנות כוח הידרואלקטריות, תחנות כוח גרעיניות. העברת חשמל דרך קווי חשמל.)

מתחם הדלק והאנרגיה כולל צינורות נפט וגז היוצרים רשת אחת.

האנרגיה היא הבסיס לכלכלה, הבסיס לכל ייצור החומר, מרכיב מרכזי בפרנסת החיים של המדינה והבסיס לבסיס היצוא של המדינה. תעשיית החשמל היא אחת מהן אינדיקטורים מרכזייםרמת הפיתוח של הכלכלה והמדינה. השימוש במשאבי אנרגיה הוא אחד המדדים לרמת ההתפתחות של הציוויליזציה. ללא דלק וחשמל, הפיתוח של כל מגזר במשק הוא בלתי אפשרי.

אנרגיה היא אחד הגורמים למיקום המשק, שכן מתחם הדלק והאנרגיה ממוקם ליד מקורות אנרגיה גדולים (אגני פחם ונפט), תחנות כוח חזקות, בהן צומחים אזורי תעשייה שלמים, נוצרות ערים ויישובים, כלומר, מתחם הדלק והאנרגיה ממלא תפקיד מרכיב מחוז. ההתקדמות הטכנולוגית מגדילה את המרחקים שבהם מועברים דלק וחשמל. הדבר תורם לפיתוח אזורים העניים במקורות האנרגיה שלהם, ולחלוקה רציונלית יותר של הכלכלה.

תפקידה של תעשיית החשמל ותעשיית הדלק המספקת אותה בהעברת המשק כולו לבסיס טכני מודרני הוגדר בתוכנית GOELRO בשנת 1920, שכן כל הציוד היה מבוסס על שימוש בחשמל. לכן, קנה המידה, הרמה הטכנולוגית וקצב הפיתוח של כל מגזרי המשק תלויים בתסביך הדלק והאנרגיה. הכנסת הנדסה וטכנולוגיות פרוגרסיביות הקשורות להתקדמות מדעית וטכנית למשק מחייבת אספקת אנרגיה לעבודת העובדים, כלומר עלות כל סוגי האנרגיה לכל עובד המועסק בייצור.

רוסיה היא המדינה היחידה בעולם שמספקת כמעט לחלוטין משאבי אנרגיה משלה, אך הם מחולקים בצורה לא אחידה ברחבי המדינה. למעלה מ-90% מהשמורות נמצאות בסיביר ובמזרח. מערב סיביר מייצרת 70% מהנפט והגז, 50% מהפחם, ו-75% מהאנרגיה נצרכת בחלק האירופי של המדינה. זוהי הבעיה הכלכלית והגיאוגרפית העיקרית של תעשיית האנרגיה הרוסית, שכן היא דורשת תחבורה למרחקים ארוכים.

משימות עבור פיתוח פרספקטיבהמתחם דלק ואנרגיה:

עלייה בהשקעה

הכנסת טכנולוגיות חדשות בכל ענפי מתחם הדלק והאנרגיה וכן יצירת טכנולוגיות לחיסכון באנרגיה

עדכון של ההסדרים ההדדיים עם מדינות חבר העמים, שכן מתחם הדלק והאנרגיה משרת גם את מדינות חבר העמים

שימוש במקורות אנרגיה לא מסורתיים

סוגי משאבי אנרגיה:

דלק (פחם, נפט, גז, פצלים, כבול).

משאבי מים (כוח של מים נופלים, גאות ושפל).

משאבים גרעיניים - אנרגיה אטומיתאורניום, רדיום, תוריום.

משאבים לא מסורתיים (שמש, רוח, אנרגיה גיאותרמית).

מהמדינות הריבוניות של חבר העמים:

אוקראינה מסופקת בפחם ובחלקה בנפט וגז

קזחסטן - פחם ונפט (חצי האי מגישלק ושדה טנגיז)

אזרבייג'ן - נפט וגז

טורקמניסטן - גז ונפט

אוזבקיסטן - גז

במדינות אחרות, או שאין משאבי דלק כלל או שיש מרבצים קטנים (מולדובה - לא, גאורגיה - פחם, ארמניה - תחנות כוח הידרואלקטריות, קירגיזסטן - פחם).

TEB - מאזן דלק ואנרגיה.

התפתחות המשק קשורה לצמיחה מתמשכת של מתחם הדלק והאנרגיה תוך מדיניות חיסכון קפדנית באנרגיה. כדי לקחת בחשבון את הפרופורציות בהפקת סוגים שונים של דלק, ייצור אנרגיה ופיזורם בין צרכנים שונים, נעשה שימוש בתרמופיל.

יחס הייצור של סוגים שונים של ייצור דלק ואנרגיה (הכנסה) והשימוש בהם במשק (הוצאה) נקרא TEB. מכיוון שכמות דלק לא שווה משתחררת במהלך הבעירה של 1 ק"ג דלק, מאזן הדלק מחושב ביחידות של דלק רגיל. כדי להרכיב את מאזן הדלק והאנרגיה, כל סוגי הדלק מומרים לאלו מותנים. הערך הקלורי של 1 ק"ג פחם מוגדר כ-2000 קק"ל, ומקדם החום = 1. 1 ק"ג - 2 קילוואט / שעה של חשמל, תוך התחשבות ביעילות של תחנות כוח.

במערכת מורכבות הדלק והאנרגיה מכרייה וייצור חשמל בתחנות כוח ועד צריכת דלק וחשמל, מקדם יעילות המשאבים = 43%. המשמעות היא ש-57% אובדים מדי שנה בתחנות כוח במהלך התחבורה. לכן, יש צורך לנקוט באמצעים שמטרתם חיסכון בדלק ובחשמל.

כך, מ-50 ל-93, השחפת הפכה מפחם לנפט וגז. החל משנת 1990, גז ופחם בבור פתוח היו בעלי חשיבות עתידית. ככלל, בעוד הנפט והגז מהווים כ-70% מכלל הייצור והשימוש בדלק.

3. תפקידו וחשיבותו של מתחם הדלק והאנרגיה עבור הכלכלה וסחר החוץ של רוסיה

בעיות ואיומים על ביטחון האנרגיה של רוסיה

היחס המבטא את החוק הראשון של התרמודינמיקה נכתב לעתים קרובות בצורה אחרת:

ש = Δ U + א.

החוק השני קשור למושג אנטרופיה, שהוא מדד לכאוס (או מדד של סדר). החוק השני של התרמודינמיקה קובע כי עבור היקום בכללותו, האנטרופיה גדלה.

ישנן שתי הגדרות קלאסיות לחוק השני של התרמודינמיקה:

קלווין ופלאנק

אין תהליך מחזורי השואב כמות חום ממאגר בטמפרטורה מסוימת וממיר לחלוטין את החום הזה לעבודה. (אי אפשר לבנות מכונה לסירוגין שלא עושה כלום מלבד להרים מטען ולקרר מאגר חום.)

קלאוזיוס

אין תהליך, שהתוצאה היחידה שלו היא העברת חום מגוף פחות מחומם לגוף חם יותר. (תהליך מעגלי בלתי אפשרי, שהתוצאה היחידה שלו תהיה ייצור עבודה על ידי קירור המאגר התרמי)

שתי ההגדרות של החוק השני של התרמודינמיקה מסתמכות על החוק הראשון של התרמודינמיקה, הקובע שהאנרגיה פוחתת.

מחזורי ES

11.12.13 .

מוליכות תרמית היא העברה מולקולרית של חום בין גופים או חלקיקים של אותו גוף בעלי מגע ישיר עם טמפרטורות שונות, שבה מתרחש חילופי האנרגיה של תנועת חלקיקים מבניים (מולקולות, אטומים, אלקטרונים חופשיים).

הולכת חוםמתבצעת על ידי הזזת נפחים מחוממים בצורה לא אחידה של המדיום בחלל. במקרה זה, העברת החום קשורה קשר בל יינתק עם העברת המדיום עצמו.

קרינה תרמיתמאופיין בהעברת אנרגיה מגוף אחד למשנהו על ידי גלים אלקטרומגנטיים.

בהידראוליקה, מאפייני הזרימה הבאים מובחנים: שטח פתוח, היקף רטוב, רדיוס הידראולי, קצב זרימה, מהירות ממוצעת.

קטע חי של זרימה הוא משטח (חתך רוחב) נורמלי לכל קווי הנחל החוצים אותו ומונח בתוך זרימת הנוזל. שטח הקטע החופשי מסומן באות J. עבור טפטוף נוזל אלמנטרי, נעשה שימוש במושג הקטע החופשי של טפטוף אלמנטרי (קטע הנחל המאונך לקווי הנחל), השטח של אשר מסומן על ידי dY.

היקף הזרימה הרטוב הוא הקו שלאורכו הנוזל בא במגע עם משטחי התעלה בקטע חופשי נתון. אורכו של קו זה מסומן באות c.

בזרימות לחץ, ההיקף הרטוב עולה בקנה אחד עם ההיקף הגיאומטרי, מכיוון שזרימת הנוזל נמצאת במגע עם כל הקירות המוצקים.

הרדיוס ההידראולי R של הזרימה הוא ערך המשמש לעתים קרובות בהידראוליקה, שהוא היחס בין השטח הפתוח S להיקף הרטוב c:

חוק (המשוואה) של ברנולי הוא (במקרים הפשוטים ביותר) תוצאה של חוק שימור האנרגיה עבור זרימה נייחת של נוזל אידיאלי (כלומר, ללא חיכוך פנימי) בלתי דחוס:

צפיפות נוזלים,

קצב זרימה,

הגובה שבו נמצא אלמנט הנוזל הנדון,

הלחץ בנקודה בחלל שבה נמצא מרכז המסה של אלמנט הנוזל הנדון,

האצת כוח המשיכה.

ניתן לגזור את המשוואה של ברנולי גם כתוצאה ממשוואת אוילר המבטאת את איזון המומנטום של נוזל בתנועה.

בספרות המדעית, חוק ברנולי נקרא בדרך כלל משוואת ברנולי(לא להתבלבל עם המשוואה הדיפרנציאלית של ברנולי), משפט ברנוליאוֹ אינטגרל ברנולי .

הקבוע בצד ימין נקרא לעתים קרובות לחץ מלאותלוי, במקרה הכללי, בהתייעלות.

המימד של כל המונחים הוא יחידת אנרגיה ליחידת נפח של נוזל. למונח הראשון והשני באינטגרל ברנולי יש משמעות של הקינטי ו אנרגיה פוטנציאליתליחידת נפח של נוזל. יש לציין שהמונח השלישי במקורו הוא עבודת כוחות הלחץ (ראה גזירת משוואת ברנולי המובאת בנספח) ואינו מייצג רזרבה של כל סוג מיוחד של אנרגיה ("אנרגיית לחץ").

יחס קרוב לזה שניתן לעיל התקבל בשנת 1738 על ידי דנייל ברנולי, ששמו מקושר בדרך כלל. אינטגרל ברנולי. בְּ צורה מודרניתהאינטגרל הושג על ידי יוהאן ברנולי בסביבות 1740.

עבור צינור אופקי, הגובה קבוע ומשוואת ברנולי לובשת את הצורה: .

ניתן להשיג צורה זו של משוואת ברנולי על ידי שילוב משוואת אוילר עבור זרימת נוזל חד-ממדית נייחת, בצפיפות קבועה: .

על פי חוק ברנולי, הלחץ הכולל בזרימה קבועה של נוזל נשאר קבוע לאורך זרימה זו.

הלחץ הכולל מורכב מלחצים גרבימטריים, סטטיים ודינמיים.

מחוק ברנולי עולה שככל שחתך הזרימה יורד, עקב עלייה במהירות, כלומר לחץ דינמי, הלחץ הסטטי יורד. זו הסיבה העיקרית לאפקט מגנוס. חוק ברנולי תקף גם עבור זרימות גז למינריות. התופעה של ירידה בלחץ עם עלייה בקצב הזרימה עומדת בבסיס פעולתם של מדי זרימה מסוגים שונים (למשל צינור ונטורי), משאבות סילון מים וקיטור. והיישום העקבי של חוק ברנולי הוביל להופעתה של דיסציפלינה הידרו-מכנית טכנית - הידראוליקה.

חוק ברנולי תקף בצורתו הטהורה רק לנוזלים שצמיגותם אפס. לתיאור משוער של זרימות הנוזלים האמיתיים בהידרומכניקה הטכנית (הידראוליקה), נעשה שימוש באינטגרל ברנולי בתוספת מונחים שלוקחים בחשבון הפסדים עקב התנגדויות מקומיות ומפוזרות.

תגובת שרשרת גרעינית - רצף של תגובות גרעיניות בודדות, שכל אחת מהן נגרמת על ידי חלקיק שהופיע כתוצר תגובה בשלב הקודם של הרצף. דוגמה לתגובת שרשרת גרעינית היא תגובת שרשרת של ביקוע גרעיני של יסודות כבדים, שבה המספר העיקרי של אירועי הביקוע מופעל על ידי נויטרונים

הושג מביקוע גרעינים בדור הקודם.

תגובות שרשרת נפוצות בקרב תגובות כימיות, שבהן תפקידם של חלקיקים עם קשרים שאינם בשימוש ממלאים חופשיים אטומיםאוֹ רדיקלים. מנגנון תגובת השרשרת בטרנספורמציות גרעיניות יכול לספק נויטרונים, שאין להם מחסום קולומב ומעוררים גרעינים עם ספיגה. הופעת החלקיק הנדרש בתווך גורמת לשרשרת תגובות בזו אחר זו, הנמשכת עד להפסקת השרשרת עקב אובדן חלקיק הנשא של התגובה. ישנן שתי סיבות עיקריות להפסדים: ספיגת חלקיק ללא פליטת חלק משני ויציאה של חלקיק מחוץ לנפח החומר התומך בתהליך השרשרת. אם רק חלקיק נשא אחד מופיע בכל פעולה של התגובה, אזי תגובת השרשרת נקראת לא מסועף. תגובת שרשרת לא מסועפת לא יכולה להוביל לשחרור אנרגיה בקנה מידה גדול.

במהלך פעולת הכור ביסודות הדלק (יסודות הדלק), וכן בכל האלמנטים המבניים שלו, משתחרר חום בכמויות שונות. זה נובע מעיכוב של שברי ביקוע, קרינת בטא וגמא משברים וגרעינים המקיימים אינטראקציה עם נוירונים, ולבסוף, האטה של ​​נוירונים מהירים. שברים בביקוע של גרעין הדלק מסווגים לפי מהירויות התואמות לטמפרטורות של מאות מיליארדי מעלות.

אכן, E=mu2=3RT, כאשר E היא האנרגיה הקינטית של שברים, MeV; R=1.38*10-23 J/K - קבוע בולצמן. בהתחשב בכך ש-1 MeV=1.6*10-13 J, נקבל 1.6*10-6 E=2.07*10-16 T, T=7.7*109 E. ערכי האנרגיה הסבירים ביותר עבור שברי ביקוע שווים ל-97 MeV עבור שבר קל ו-65 MeV עבור אחד כבד. אז הטמפרטורה המתאימה לשבר קל היא 7.5 * 1011 K, עבור שבר כבד - 5 * 1011 K. למרות שהטמפרטורה הניתנת להשגה בכור גרעיני היא תיאורטית כמעט בלתי מוגבלת, בפועל המגבלות נקבעות על ידי הטמפרטורה המקסימלית המותרת של המבנה המבני. חומרים ואלמנטים של דלק.

תכונה של כור גרעיני היא ש-94% מאנרגיית הביקוע מומרת לחום באופן מיידי, כלומר. במהלך הזמן שבו כוחו של הכור או צפיפות החומרים בו אין זמן להשתנות באופן ניכר. לכן, כאשר כוח הכור משתנה, שחרור החום עוקב אחר תהליך ביקוע הדלק ללא דיחוי. עם זאת, כאשר הכור כבוי, כאשר קצב הביקוע יורד ביותר מעשרות מונים, נותרים בו מקורות לשחרור חום מושהה (קרינת גמא וביטא של תוצרי ביקוע), שהופכים לשולטים.

כוחו של כור גרעיני הוא פרופורציונלי לצפיפות שטף הנוירונים שבו, כך שכל כוח הוא בר השגה תיאורטית. בפועל, ההספק המגביל נקבע לפי קצב סילוק החום המשתחרר בכור. הסרת חום ספציפי בכורי כוח מודרניים היא 102-103 MW/m3. החום מוסר מהכור על ידי נוזל הקירור שמסתובב דרכו. תכונה אופייניתכור הוא חום שיורי לאחר סיום תגובת הביקוע, אשר דורש הסרת חום למשך זמן רב לאחר כיבוי הכור. למרות שתפוקת החום השיורית קטנה בהרבה מזו הנומינלית, יש להבטיח את זרימת נוזל הקירור דרך הכור בצורה אמינה מאוד, מכיוון שלא ניתן לשלוט בחום הריקבון. הוצאת נוזל הקירור מכור הפועל כבר זמן מה אסורה בהחלט על מנת למנוע התחממות יתר ופגיעה באלמנטי הדלק.

כור כוח גרעיני הוא מכשיר שבו מתבצעת תגובת שרשרת מבוקרת של ביקוע גרעיני של יסודות כבדים, והאנרגיה התרמית המשתחררת במהלכה מוסרת על ידי נוזל הקירור. המרכיב העיקרי של כור גרעיני הוא הליבה. הוא מכיל דלק גרעיני ומבצע תגובת שרשרת ביקוע. האזור הפעיל הוא קבוצה של יסודות דלק המכילים דלק גרעיני המוצבים בצורה מסוימת. כורי נויטרונים תרמיים משתמשים במנחה. נוזל קירור נשאב דרך הליבה, אשר מקרר את יסודות הדלק. בסוגים מסוימים של כורים, תפקיד המנחה ונוזל הקירור מתבצע על ידי אותו חומר, למשל מים רגילים או כבדים. כדי לשלוט על פעולת הכור, מוכנסים לליבה מוטות בקרה העשויים מחומרים בעלי חתך ספיגת נויטרונים גדול. הליבה של כורי הכוח מוקפת ברפלקטור נויטרונים - שכבה של חומר מנחה להפחתת דליפה של נויטרונים מהליבה. בנוסף, הודות לרפלקטור, צפיפות הנייטרונים ושחרור האנרגיה משתווים על פני נפח הליבה, מה שמאפשר להשיג כוח גדול יותר עבור גדלי האזורים הנתונים, להשיג שריפת דלק אחידה יותר, להגדיל את משך הזמן כור ללא תדלוק דלק, וכדי לפשט את מערכת הסרת החום. הרפלקטור מחומם על ידי אנרגיית האטה והניטרונים הנספגים וגמא קוונטים, כך שהקירור שלו מסופק. הליבה, הרפלקטור ושאר האלמנטים ממוקמים בתוך בית או מעטפת אטומים הרמטית, מוקפים בדרך כלל במיגון ביולוגי.

1. סיווג כורים גרעיניים

בפועל, תרגום אנרגיה גרעיניתלתוך תרמי (ולחשמלי) מתבצע על מכשירים הנקראים כורים גרעיניים. כור גרעיני (אטומי) - מכשיר שבאזור הפעיל שלו מתבצעת תגובת שרשרת מקיימת עצמית מבוקרת של ביקוע גרעיני של כמה יסודות כבדים בהשפעת נויטרונים. תגובה זו היא תהליך המקיים את עצמו של ביקוע גרעיני של איזוטופים של אורניום (או איזוטופים בקיעים של יסודות אחרים) בהשפעת נויטרונים, אשר עקב היעדר מטען חשמלי חודרים בקלות לתוך גרעיני אטום. ישנן ארבע קבוצות של כורים גרעיניים: 1. כורים גרעיניים המשמשים כמקורות לאנרגיה חשמלית ותרמית (אנרגיה); 2. כורים גרעיניים המשמשים לייצור סוגים שונים של קרינה (לרבות מספר מחקרים); 3. כורים תעשייתיים למטרות צבאיות, המייצרים פלוטוניום בדרגת נשק; 4. כורים גרעיניים - מגדלים, יצרנים של רדיונוקלידים חדשים, לרבות דלק גרעיני חדש, יסודות טרנספלוטוניום, פלוטוניום בדרגת הספק וכו'. (כורים - ממירים וכורים - מגדלים).

הסוגים העיקריים של כורי כוח גרעיניים הם: - כורים גרעיניים חשמליים בתחנות כוח גרעיניות (המשמשים להפקת אנרגיה תרמית המומרת לאנרגיה חשמלית באמצעות טורבו-גנרטורים); - כורים גרעיניים של כוח חשמלי (תרמו-אלקטרי או תרמיוני) (עם המרה ללא מכונות של אנרגיה תרמית לתוך אנרגיה חשמלית); - כורים גרעיניים בטמפרטורה תרמית עבור AST (מייצרים פוטנציאל גבוה אנרגיית תרמית, בשימוש ישיר בתעשייה הכימית או המתכתית לביצוע תגובות כימיות שונות, התפלת מי ים או ייצור של נושאי אנרגיה, כגון מימן); - כורים גרעיניים בכוח תרמי (הם מייצרים אנרגיה תרמית בתחנות אספקת חום גרעיני, מיועדים לחימום תעשייתי וביתי) כורי כוח כוללים גם כורים גרעיניים לספינה או לתחבורה; כורי מנועי רקטות גרעיניים; כורי כוח חשמליים דו-שימושיים - מגדלים המייצרים אנרגיה תרמית וחומרים גרעיניים שניתן להשתמש בהם לייצור דלק גרעיני חדש; כורים תרמיונים- ממירים של תחנות כוח גרעיניות בחלל (כולל אלו המייצרות קרינת לייזר). בשנים האחרונות נעשתה עבודה על יצירת לייזרים עם עירור גרעיני. נבדקים הסיכויים לשימוש בכורים גרעיניים מפעימים לעירור של לייזר רנטגן וגמא. הסוגים העיקריים של כורים גרעיניים לייצור סוגים שונים של קרינה: - כורי מחקר גרעיניים (משמשים כמקורות לקרינת נויטרונים וגמא למטרות מדעיות וטכניות, בפרט, הקרנה של חומרי הכור - כורים למדעי החומרים - כורים גרעיניים תעשייתיים (המשמשים למטרות מדעיות וטכניות). ייצור פלוטוניום ואיזוטופים רדיואקטיביים בקיעים אחרים) - כורים גרעיניים בהקרנה (שנועדו לעבד חומרים עם קרינת נויטרונים או גמא על מנת לשפר את תכונותיהם) - כורים כימו-גרעיניים המשתמשים בקרינה להאצת תגובות כימיות - כורי מקור נויטרונים לניתוח הפעלה של הנוקליד הרכב חומרים - כורים למטרות ביו-רפואיות ומוצרי עיבוד מזון הם כורי גמא-לייזר פולסים, בהם אנרגיית הקרינה, לרבות אנרגיית שברי הביקוע, משמשת לשאיבת אנרגיה לחומר הפעיל של לייזרים. מה שנותן את צפיפות השטף התרמית התרמית הגבוהה ביותר בעולם, מאפשר לפתור את בעיות הפיזיקה הגרעינית ומדעי החומרים, ובמקביל לייצר אקטינידים כבדים (עד איינשטיין), כולל כאלה לשימוש צבאי. כורים גרעיניים מחולקים ל סוגים שוניםלא רק למטרה המיועדת, אלא גם למאפיינים פיזיים, טכניים ותפעוליים. על פי תכונות פיזיקליות, נבדלים כורי נויטרונים תרמיים ומהירים; כורי מחזור אורניום, פלוטוניום או תוריום; כורי גידול (מגדלים). הסיווג הטכני מתבצע על בסיס: -סוג נוזל קירור ומנחה (כורים גרעיניים תרמיים מים עם מים קלים, מים כבדים או מנחה גרפיט, כורי נויטרונים מהירים עם נוזל קירור נתרן או הליום, כורים עם נוזל קירור אורגני ומנחה); - המצב המצטבר של נוזל קירור המים (כורי כוח מים למים עם מים בלחץ, כורי גז, כורי נויטרונים מהירים מקוררים בקיטור); - אלמנט שבו נוצר לחץ נוזל קירור (כלי, תעלה, כורים גרעיניים של כלי תעלה); - מספר מעגלי נוזל קירור (כורים חד-כליים עם מחזור קיטור ישיר או טורבינת גז, כורים דו-כליים עם מחולל קיטור וכורים בעלי שלושה כלי-כלי עם מעגל ביניים המפריד בין מעגל הכור הראשון למעגל כוח הקיטור); - המבנה והצורה של הליבה (כורים גרעיניים הטרוגניים והומוגניים עם ליבות בצורת גליל, מקבילי או כדור); - זמן פעולה (כורים גרעיניים של פעולה מתמשכת, דחף, פעולה בלתי רציפה). כורים מסווגים לפי סוג נוזל הקירור המשמש. נזכיר את העיקריים שבהם: כור מים בלחץ. בכורים כאלה, המים משמשים כמנחה וכנוזל קירור. המים המחוממים נשאבים בלחץ למחליף חום, שם החום מועבר למי המעגל המשני, בו נוצר קיטור המסובב את הטורבינה. כור רותח. בכור כזה מים רותחים ישירות בליבת הכור והקיטור שנוצר נכנס לטורבינה. רוב כורי המים הרותחים משתמשים גם במים כמנחה, אך לפעמים משתמשים במנחה גרפיט. כור עם קירור מתכת נוזלית. בכור כזה, כדי להעביר את החום המשתחרר בתהליך הביקוע בכור, משתמשים במתכת נוזלית, המסתובבת

20.

המרת אנרגיה על ידי תחנות כוח יכולה להיות מסוגים שונים, הן הידראוליות והן תרמיות (כולל גרעיניות), זה תלוי בסוג המניע העיקרי שלהן.

TES (תחנות חשמליות תרמיות).

תחנות כוח תרמיות מחולקות לתחנות עם טורבינות קיטור, טורבינות גז ומנועי בעירה פנימית. הנפוצים ביותר הם תחנות כוח קיטור.

כיום, 80% מכלל החשמל מיוצר בתחנות כוח תרמיות. עבודתם מתבצעת על משאבים שאינם מתחדשים: נפט, כבול, פחם, גז.

טורבינות המחוברות לגנראטורים מונעות על ידי קיטור מים חמים. אם כל הקיטור הולך לסיבוב הטורבינות, אז התחנה נקראת תחנת כוח מיזוג אוויר או מחוז מדינה, תחנות כאלה ממוקמות ליד גופי מים ואתרי מיצוי דלק, ההספק שלהן הוא 22-750 קילוואט.
תחנות כוח תרמיות מיועדות לספק למפעלים ולערים אנרגיה תרמית וחשמלית.

NPP (תחנות כוח גרעיניות).

תשומת לב גוברת מוקדשת להקמת תחנות כוח גרעיניות, שכן הן מסייעות לחסוך כמות גדולה של משאבים אורגניים לייצור חשמל.

"הלב" של תחנות כוח גרעיניות הם מספר כורים שבהם ביקוע גרעיני אורניום, שבגללם מתקבלת אנרגיה תרמית. הכור מורכב מרפלקטורים, מערכת בקרה, מערכת קירור, אזור פעיל, מערכת בקרה וויסות לכלי.
ואת אזור העבודה מניחים מוטות של אורניום או פלוטוניום, במעטפת הרמטית מיוחדת. במוטות כאלה מתרחשות תגובות ביקוע גרעיני, שבהן משתחררות כמויות גדולות של חום.

מוטות כאלה נקראים מוטות דלק (אלמנטים דלק). מספרם של אלמנטים כאלה באזור הפעילות יכול להגיע לכמה עשרות אלפים.

אזור הפעילות מוקף ברפלקטורים המונעים מהנויטרונים לצאת מהכור. הכור מוקף גם בהגנה ביולוגית מיוחדת, בצורת שכבת בטון, שעוביה אינו מאפשר לקרינה לחלחל.

תחנות כוח כאלה חוסכות דלק שאינו מתחדש, לשם השוואה: 1 ק"ג של U-235 (אורניום), שווה ערך ל-2900 טון פחם.

HPP (תחנות כוח הידראוליות).

תחנות כוח הידרואלקטריות בנויות על מפלים ונהרות כדי לרתום אנרגיה מזרימות מים. זהו מקור אנרגיה מתחדש. הקיבולת המותקנת של תחנות כאלה היא יותר מ-20% מהקיבולת הכוללת. ההפעלה של יחידות HPP לא נמשכת יותר מ-30 שניות, מסיבה זו רזרבת הכוח מסופקת על ידי יחידות המפעל. יעילות HPP היא 85-90%.

תחנות כוח סולאריות.

בשל העובדה שזרימת קרני השמש ליד פני כדור הארץ נמוכה למדי, מה שמקשה על ביצוע עבודה על הפקת חשמל מאנרגיית השמש, תהליך מסובך למדי. הודות לציוד מודרני, ניתן היה להגיע ליעילות של 12 עד 20%. בקרים, תחנה כזו מייצרת 5 MW.

תחנות כוח רוח.

חלק החוף של האוקיינוס ​​הארקטי והאזורים המזרחיים שלו עשירים ברוחות. בחלקים אלו ניתן להתקין מתקנים לשימוש בכוח רוח, הספק של מתקנים אלו הינו 300 קילוואט.

ההרכב והפריסה של מבני HPP נקבעים על ידי ערכת ריכוז הלחץ. כפי שכבר הוזכר, ישנן תוכניות בסיסיות ליצירת לחץ: סכר והסטה. תחנות כוח הידרואלקטריות שנבנו על פי תכנית הסכרים מחולקות, בתורן, לשני סוגים: תעלה וסכר ליד. HPPs של הסחה מחולקים גם לשני סוגים: ללא לחץ ועם הסחת לחץ.

המבנים העיקריים של HPP, שנעשו על פי תכנית הסכר, הם הסכרים ובניין HPP. עם ראש של עד 25 - 30 מ', בניין התחנה ממוקם באותו יישור עם הסכר ותופס את הלחץ. תחנות כוח הידרואלקטריות כאלה נקראות ריצת הנהר. בשימוש המשולב באפיק המים, כולל מבנה המתחם ההידרואלקטרי, בנוסף לסכר ובניית תחנת הכוח ההידרואלקטרית, מבנים המיועדים לענות על הצרכים הספציפיים של כל מקטע במתחם (מנעול להובלת מים, מים מתקני קליטה להשקיה ואספקת מים, מעברי דגים וכו').

כאשר הראש עולה על 25-30 מ', בניין HPP ממוקם מאחורי הסכר במורד הזרם ואינו קולט עוד את הלחץ. תחנות כוח הידרואלקטריות כאלה נקראות ליד סכר. במקרה של ייעוד מורכב של מתחם הידרואלקטרי, הוא, כמו במקרה הקודם, כולל מתקנים של משתתפים שאינם אנרגיה במתחם. מכיוון שבתכנית זו מבנה תחנת הכוח ההידרואלקטרית אינו קולט לחץ, יש צורך בכניסות מים וצינורות טורבינות כדי לספק מים לטורבינות של תחנת הכוח ההידרואלקטרית. הפריסה של תחנות כוח מים עם HPPs ליד סכר תלוי במידה רבה בסוג הסכר ובלחץ שהוא יוצר.

אם במסגרת התכנית הנבדקת, סכר HPP אינו בנוי מבטון, אלא ממילוי אדמה או סלע, ​​אזי צריכת המים, צינורות הטורבינה (צינורות) והשפכים מותקנים לא בשילוב עם הסכר.

הקונסטרוקציות של HPPs להטיה ממוקמות בשני צמתים - הראש והתחנה, המחוברים ביניהם על ידי גזירה.

יחידת ראש של HPP ללא הסטת לחץ (איור 6.5) מורכבת מסכר עם איזור תפיסה וכניסת מים עיליים, ובמידת הצורך מיכל שיקוע, יציאת בוץ, הזרמת בוצה וכניסת מים. עבור צרכני מים שאינם אנרגיה ממוקמים בו בנוסף.

גזירת ללא לחץ מסודרת בצורה של ערוץ פתוח. במקום שבו תעלת ההטיה מצטלבת עם נקיקים, עמקים, נחלים ונהרות מכוונים לרוחב, נוצרים מבנים להעברת מים מתחת לתעלות או מעליה - סיפונים, צינורות מתחת לתעלות, צינורות מעל התעלה, ולעיתים גשרים גדולים - אמות מים לתעלה. לחצות עמק רוחבי רחב. בצומת התחנה מסתיימת הערוץ ועובר לאגן לחץ, ממנו זורמים מים דרך צינורות טורבינות אל הטורבינות הממוקמות בבניין HPP, ולאחר מכן אל תעלת המוצא והנהר.

אשדות של תחנות כוח הידרואלקטריות ומאגרים

מספר HPPs הממוקמים בסדרה על אותו מסלול מים יוצרים מפל, שיכול לכלול HPPs סכר והסטה. התכנון והיישום של מפלים של תחנות כוח הידרואלקטריות מכוונים לניצול מלא ככל האפשר של נפילת הנהר והנגר שלו לטובת הכלכלה הלאומית כולה. במקביל, הם שואפים על ידי יצירת מאגרים הדרך הכי טובהלווסת את זרימת הנהר.

מיקומו של כל מתחם הידרואלקטרי, הלחץ שלו, נפח המאגר שנוצר על ידו וכו' נבחרים על בסיס מחקר יסודי תנאים טבעייםובדיקת היתכנות מקיפה. על מנת להשתמש בזרימה הגדולה ביותר האפשרית במתקן נתון, אתר הסכר נוטה להיות ממוקם מתחת ליובל גדול, וכדי לצמצם נזקים מהצפות, אתר הסכר נבחר מעל ערים גדולות. בבחירת אתר סכר יש לרוב חשיבות מכרעת לתנאים הטופוגרפיים והגיאולוגיים.

במהלך הקמת מפל של תחנות כוח הידרואלקטריות, בדרך כלל מתברר שמומלץ לקבל קצת מים גב של שלב במעלה הזרם, שבגללם נפילת הנהר מנוצלת בצורה מלאה ועמוקת יותר ויסות יומיומי של עוצמת הכוח ההידרואלקטרי. תחנה יכולה להתבצע ללא תנודות משמעותיות ברמת ה-NB.

על איור. 7 מציג תרשים של מפל וולגה-קמה של תחנות כוח הידרואלקטריות ומאגרים. לנהר הוולגה יש אורך של 3690 ק"מ וירידה כוללת של 250 מ'. הקו המדורג מציג את מפלס המים העיצובי לאחר יישום תכנית השיקום של הוולגה כולה.

מפלי HPP נבנו על נהרות רבים - Yenisei, Angara, Irtysh, Kama, Svir, Vuoksa, Dnieper, Syr Darya, Naryn, Chirchik, Kura, Rioni, Inguri, Sulak וכו'.

3. שימוש משולב במשאבי מים

אתר ©2015-2019
כל הזכויות שייכות למחבריהם. אתר זה אינו טוען למחבר, אך מספק שימוש חופשי.
תאריך יצירת העמוד: 2016-04-11

משאב אנרגיה - הם עתודות האנרגיה ש רמה נתונהניתן להשתמש במכשירים לאספקת חשמל.מושג רחב זה מתייחס לכל חוליה ב"שרשרת האנרגיה", לכל שלב בזרימת האנרגיה בדרך ממקור טבעי לשלב צריכת האנרגיה.

משאבי האנרגיה מסווגים בהתאם למטרות וליעדי הסיווג. אם ניקח את שלבי זרימת האנרגיה כבסיס, ניקח בחשבון את הסוגים הבאים של משאבי אנרגיה, נושאי אנרגיה:

- משאבי אנרגיה טבעיים, אשר, בתורו, מחולקים ל: דלק: דלק אורגני-פחם, נפט, גז, פצלים, כבול, עצי הסקה ועוד כמה אחרים (לדוגמה, חולות זפת); חומרים בקיעים (דלק גרעיני)- אורניום 235 ו-238; לא דלק: כוח מים, אנרגיית השמש, רוח, גאות ושפל, גלי ים, אנרגיה גיאותרמית ועוד כמה סוגים (לדוגמה, האנרגיה של ההבדל בפוטנציאל הטמפרטורה של מעמקי האוקיינוס ​​ומשטח הים);

- נֶאֱצָל(מועשר) משאבי אנרגיה: לבניות, תרכיזים, פחם בגודל, ביניים, בוצה, הקרנות;

- משאבי אנרגיה מעובדים: מוצרי שמן קלים, מזוט, מוצרי שמן כהים אחרים, קוק, קוק למחצה, קולה בריז, פחם, זפת, אנתרציט;

- משאבי אנרגיה מומרים: חשמל, מגרשים, אוויר דחוס וגזים(חנקן, חמצן, מימן, ארגון, תחמוצת, פחמן וכו'), גז מפיק, גז תנור קוק, גז פצלי, גז בתי זיקוק, ביוגזוכמה אחרים (למשל, דלקים נוזליים המתקבלים מפחמים באיכות נמוכה);

- משאבי אנרגיה משניים (משניים).: דָלִיקפסולת ייצור ואי-ייצור (מוצק, נוזלי, גזי); פסולת תרמית (בעיקר נוזלית וגזי); לחץ יתר של מוצרים ומוצרי ביניים (עיבוד).

עתודות עולמיות של משאבי דלק ואנרגיה. התחשבנות ברזרבות העולם של משאבי דלק ואנרגיה והסיכויים לשימוש בהם היא בעיה עולמית שמדאיגה כל הזמן את הקהילה המדעית העולמית. האיגוד האירופי של מומחים עצמאיים "מועדון רומא" מכין דוחות תקופתיים על דרכי הפיתוח האנושי, שבו נושאי דלק ואנרגיה תופסים מקום משמעותי. אז, בשנות ה -70 של המאה העשרים. בהקשר למשבר האנרגיה של 1972, סך הרזרבות העולמיות של דלקים אורגניים, בהתחשב ביכולת ההשבה המוצדקת כלכלית, נאמדו (עם עיגול) ב-1 טריליון טון בלבד (במונחים קונבנציונליים). אם ניקח את מגמות העבר כבסיס לחישובים פרוספקטיביים - הכפלת צריכת האנרגיה הכוללת בעולם כל 20 שנה, אז עם צריכה בשנת 2000 ובשנים שלאחר מכן (עם התייצבות הצריכה) של 20 מיליארד טון, הרזרבות הללו היו אמורות להספיק עבור רק 50 שנה, כלומר, סופרים מ-1980 עד 2030 בלבד.

יש לציין שגם לאנושות היו חששות דומים בתחילת המאה ה-20, כאשר עתודות הדלק (בעיקר פחם) נצפו להתרוקן בשנות ה-60. אולם, באותה תקופה תעשיית האנרגיה העולמית הייתה ברמת פיתוח שונה, נמוכה בהרבה, ובהתאם לכך נחקרו מרבצי דלק גרועים בהרבה, וחלקם עדיין לא התגלו כלל. ואז הקהילה העולמית חשבה לראשונה על החיפוש אחר סוגים חדשים של אנרגיה לסיפוק עתידי של צרכיהם ההולכים וגדלים. אז הוצעו רבים מסוגי האנרגיה האלטרנטיביים, המכונה "מתחדשים" המוכרים כיום: שמש, גיאותרמית, אנרגיית רוח, גאות ושפל, תנועות גלים, ההבדל בפוטנציאל התרמי של פני השטח ומעמקי האוקיינוסים ועוד ועוד.

עם מחקרים נוספים והבהרות לאחר 1980, במהלך מעין "מלאי" של עתודות עולמיות, הנתונים הפכו לאופטימיים יותר – דלק אורגני טבעי אמור להספיק לכל המאה ה-21. עם זאת, כל התחזיות הללו, ממש כמו בתחילת המאה, נתנו תנופה מוחשית לחיפוש אחר משאבי אנרגיה מתחדשים חלופיים לדלקים מאובנים.

לפי אונסק"ו, כדור הארץ מכיל 10 16 טון (10 10 גיגה-טון - Gt; 1 Gt = 1 מיליון טון) של פחמן מאובנים. למרבה הצער, לא הכל נכרה בקלות או חסכונית.

פֶּחָםהוא הסוג הנפוץ ביותר של דלק מאובנים טבעי לאחר עצי הסקה. עתודות פחם ידועות, זמינות לפיתוח, מוערכות ב-600 Gt (כפי 4 יותר ממה שנכרה). ייתכן שמאגרי הפחם על פני כדור הארץ מגיעים ל-10,000 Gt. ההערכה היא ש-2500 Gt מתוכם זמינים לפיתוח.

שמן, על פי הערכות אונסק"ו, משמש כ-1/3 מהרמה וזמין לפיתוח שמורות עולמיות. רזרבות מוכחות הן 884 Gt, אך בסופו של דבר ניתן לנצל כ-300 Gt. בשנים האחרונות התגלו או זיקוקו שדות נפט בהיקף כולל של כ-5 Gt בשנה במונחים של רזרבות, כלומר. יותר משנה. ההנחה היא שכיום הושגה תפוקת הנפט המקסימלית, ולאחר מכן יתחילו לרדת ייצורו וצריכתו בעולם.

גז טבעיעד כה נוצלו כ-40% מהעתודות המוכרות שלה, כ-590 Gt, ויכולת ההשבה שלו גדולה מזו של הנפט, ותעמוד גם על כ-300 Gt. הייצור והצריכה המקסימליים צפויים בשנת 2010, כאשר צריכתו תהיה גבוהה פי 3 מזו הנוכחית.

פצלי שמן וחולות זפת- הכי פחות סוגים יעיליםדלקים מאובנים. מהם, ככלל, מופק נפט, וחלק ניכר מחומר הגלם המופק הוא פסולת. כך, בברית המועצות לשעבר עובדו מדי שנה 35 מיליון טון פצלי פצלים, מהם הופקו כ-12 טון נפט.

הוכח על פי הערכות של שנות ה-70-80 של המאה העשרים. להסתכם בכ-900 מיליארד טון במונחים של שווה ערך פחם (עם ערך קלורי של 6000 קק"ל/ק"ג). ביניהם: פחם - 600 מיליארד טון, נפט - 200 מיליארד טון, גז - 100 מיליארד טון; צריכת אנרגיה בשנה - 5 מיליארד טון. מאוחר יותר, העתודות העולמיות הוערכו במידת מה, והנתונים המודרניים, במיוחד עבור עתודות הפחם, גבוהים משמעותית.

מבין מקורות האנרגיה המתחדשים, המוכרים הבאים כמשמעותיים ביותר.

אנרגיה גיאותרמית. כל מטר מרובע של פני כדור הארץ פולט כל הזמן כ-0.06 וואט - כמות קטנה מדי מכדי להרגיש על ידי אדם. עם זאת, באופן כללי, כוכב הלכת מאבד מדי שנה בערך 2.8-10 14 קילוואט-שעה. בקצבים כאלה, כדור הארץ אמור להתקרר לטמפרטורת החלל החיצון בעוד 200 מיליון שנה. אבל העובדה שכדור הארץ כבר בן 4.5 מיליארד שנים פירושה שאנרגיה מגיעה מתוכו, והיא מחימום כתוצאה מהתפרקות רדיואקטיבית של איזוטופים מסוימים ב סלעיםקרום כדור הארץ, לפעמים בעומק ניכר. מושג ידוע שיפוע גיאותרמי: הטמפרטורה של פנים כדור הארץ עולה ב-30 מעלות צלזיוס עם עלייה בעומק של קילומטר אחד. באזורים מסוימים, פעילות גיאותרמית משפרת את ההשפעה הזו והטמפרטורות יכולות לעלות עד 80°/ק"מ. עם זאת, לקיטור גיאותרמי יש טמפרטורה של מעל 300 מעלות צלזיוס, מה שמגביל את יעילות השימוש בו. לפיכך, אנרגיה גיאותרמית היא למעשה סוג של אנרגיה גרעינית.

כיום פועלות כ-20 תחנות כוח גיאותרמיות, הנעות בין מגוואט בודדים ל-500 מגוואט כל אחת. ההספק הכולל שלהם הוא בערך 1.5 GW (1 GW = 10 3 MW = 10 6 קילוואט). בממוצע, קידוח אחד שנקדח לעומק הנדרש (ממאות מטרים עד קילומטר, תלוי באופי קרום כדור הארץ) יכול להפיק כ-5 MW, ומשך הזמן שלו הוא 10 - 20 שנים.

גלי גאותהאוקיינוסים נושאים כ-3 TW של אנרגיה (1 TW = 10 12 W = 10 9 kW = 10 6 MW = 10 3 GW). עם זאת, הייצור שלו רווחי רק באזורים בודדים של כדור הארץ שבהם הגאות והשפל גבוהים במיוחד, למשל, באזורים מסוימים של התעלה האנגלית והים האירי לאורך חופי צפון אמריקה ואוסטרליה ובאזורים מסוימים של הלבן. וים ברנטס.

מסיבות טכניות, תחנות גאות ושפל פועלות רק ב-25% מהקיבולת המדורגת שלהן, כך שניתן להשתמש רק ב-20 GW מתוך פוטנציאל כולל של 80 GW. מזה מספר שנים, אחת מתחנות הכוח הגאות והשפל הגדולות ביותר ליד לה ראנס (צרפת) פועלת בהספק תכנוני של 240 מגה-וואט, אשר בהספק די זולמפיק 60 מגוואט.

גליםהאוקיינוסים בעולם מכילים כ-3 TW יותר של אנרגיה. גל טיפוסי בים הצפוני נושא 40 קילוואט אנרגיה למטר במשך 30% מחייה וכ-10 קילוואט למטר במשך 70% מהזמן. הנתונים המשוערים לגבי כמות האנרגיה שניתן לקבל מגלים שונים מאוד. לטענת חלקם מדובר ב-100 GW ברחבי העולם, לפי אחרים, 120 GW ניתן להשיג רק מול חופי אנגליה. כמה אבות טיפוס ניסיוניים של תחנות כוח גל נבנו באנגליה וביפן.

נושב על האדמה רוחותבעלי אנרגיה של 2700 TW, אך רק 1/4 מהם ממוקמים בגובה של עד 100 מטר מעל פני כדור הארץ. אם טורבינות רוח נבנות בכל היבשות, תוך התחשבות רק בשטח היבשה ובהתחשב בהפסדים הבלתי נמנעים, אז זה יכול לתת מקסימום 40 TW. עם זאת, אפילו 1/10 מהאנרגיה הזו עולה על כל פוטנציאל הכוח הידרו. בעת שימוש באנרגיית רוח, האנושות התמודדה עם בעיות בלתי צפויות. בארצות הברית נבנו על חופי פלורידה טחנות רוח חזקות בקוטר להב של יותר מ-3 מטרים. התברר כי מתקנים אלו מייצרים קרינה חזקה למדי של אינפרא-סאונד בלתי נשמע, אשר, ראשית, משפיעה על נפש האדם, ושנית, מהדהדת תנודות טבעיות באופן שזכוכית בבתים, כלי זכוכית, נברשות רועדות ומתפוצצות מרחק של מספר קילומטרים וכו'. שינוי (הקטנת) קוטר טורבינות הרוח טרם בוצע תוצאות חיוביות, כך שהמשך הבנייה של גנרטורים כאלה היא בעייתית.

כוח הידראולי. ישנם 10 18 טונות של מים על פני כדור הארץ, אך רק 1/2000 מהם מעורבים מדי שנה במחזור הדם, מתאדים ושוב נופלים אל פני השטח בצורה של גשם ושלג. אבל אפילו החלק הזעיר הזה הוא 500,000 ק"מ 3 של מים. מדי שנה מתאדים 430,000 ק"מ 3 של מים מהאוקיינוסים ו-70,000 ק"מ 3 מהיבשה. מתוכם, 390,000 ק"מ 3 של מים נופלים כמשקעים בחזרה לאוקיינוסים ו-110,000 על היבשה. כך, מדי שנה זורמים 40,000 ק"מ 3 של מים מהיבשות אל האוקיינוסים. הגובה הממוצע של היבשות הוא 80 מ'.

פוטנציאל האנרגיה של משאבי הידרו, שניתן להשתמש בהם מבחינה כלכלית, ברוסיה הוא כ-1 טריליון. קוט"ש לשנה, כולל כ-850 מיליארד קוט"ש לשנה בנהרות גדולים ובינוניים. לפי אינדיקטור זה, אנו נמצאים במקום השני בעולם אחרי סין (טבלה 2.1).

טבלה 2.1. שימוש בפוטנציאל אנרגיה הידרומית

מדינה	פוטנציאל כוח מים כלכלי, מיליארד קוט"ש/שנה	ייצור חשמל ב-HPPs, מיליארד קוט"ש לשנה	חלק מהפוטנציאל הכלכלי המשמש
חרסינה		92,0	7,0
ארה"ב		330,0	46,8
בְּרָזִיל		165,4	25,2
קנדה		304,3	56,9
הוֹדוּ		51,0	27,6
יפן		91,5	69,3
נורווגיה		106,5	81,9
שבדיה		64,9	76,4
צָרְפַת		71,6	89,5
אִיטַלִיָה		44,5	70,6
רוּסִיָה		160,1	18,8

אנרגיה תרמית של האוקיינוסים. האוקיינוסים בעולם סופגים 70% מאנרגיית השמש הנופלת על כדור הארץ. זרמי אוקיינוס ​​מכילים 5-8 TW של אנרגיה. הפרש הטמפרטורות בין מים קרים בעומק של כמה מאות מטרים לבין מים חמים על פני האוקיינוס ​​הוא מקור אנרגיה עצום, המוערך ב-20-40 אלף TW, מתוכם ניתן להשתמש באופן מעשי רק ב-4 TW.

אנרגיה סולארית. תפוקת האנרגיה של השמש שווה ערך לשריפה או המרת מסה לאנרגיה בכמות של 4.2-10 6 t/s. בהתחשב בכך ש משקל כוללהשמש היא 22 10 26 טון, ניתן לחשב שהשמש תמשיך לשחרר אנרגיה עוד 2000 מיליארד שנים. כדור הארץ, הממוקם במרחק של 150 מיליון ק"מ מהשמש, קולט כ-2 מיליארדיות מכלל קרינת השמש. הכמות הכוללת של אנרגיית השמש המגיעה לפני כדור הארץ בשנה היא פי 50 מכל האנרגיה שניתן להשיג ממאגרי דלק מאובנים מוכחים, ופי 35,000 מצריכת האנרגיה השנתית הנוכחית בעולם. מתוך כמות האנרגיה הכוללת, השתקפות פני כדור הארץ היא 5%, השתקפות על ידי עננים - 20%, בליעה על ידי האטמוספירה עצמה - 25%, מתפזרת באטמוספירה, אך מגיעה לכדור הארץ - 23%, מגיעה ישירות לכדור הארץ 27 %, בסך הכל על פני כדור הארץ - 50%. הכמות הממוצעת של אנרגיית השמש הנכנסת לאטמוספירה של כדור הארץ היא 1.353 קילוואט/מ"ר או 178,000 TW. הרבה פחות ממנו מגיע לפני כדור הארץ, והחלק שניתן להשתמש בו קטן עוד יותר. הממוצע השנתי הוא 10,000 TW, שהם בערך פי 1,000 מצריכת האנרגיה הנוכחית בעולם. החשיפה המקסימלית לשמש מגיעה ל-1 קילוואט/מ"ר, אבל זה נמשך רק 1-2 שעות בשיא יום קיץ. ברוב חלקי העולם, החשיפה הממוצעת לאור השמש היא בסדר גודל של 200 W/m 2 .

אחת השיטות להפקת אנרגיה סולארית היא לחמם את דוד הקיטור של הטורבינה באמצעות מערכת מראות שאוספות את אור השמש. תחנת כוח סולארית בהספק של 10 מגוואט תדרוש כ-2000 מחזירי אור בשטח של 25 מ"ר כל אחד. דרך נוספת היא להשתמש בתאים פוטו-וולטאיים הממירים ישירות את אנרגיית השמש לחשמל, בדרך כלל ביעילות של 10-15%. קיימים מתקנים קטנים של 250-1000 קילוואט, אולם הם יקרים בשל העלות הגבוהה של תאים פוטו-וולטאיים. עם הייצור ההמוני של מתקנים כאלה, יש תקווה להוזיל עלויות עד לרמה שבה חשמול של יישובים מבודדים באמצעות מתקנים פוטו-וולטאיים יתאפשר.

דלק סולארי. כ-90% מאנרגיית השמש המצטברת על פני כדור הארץ מרוכזת בצמחים. הכמות הכוללת של אנרגיה כזו היא כ-635 TW-שנים, שזה בערך שווה לכמות האנרגיה הכלולה במאגרי הפחם שלנו.

עם זאת, כיום, לשימוש באנרגיה של עץ דל קלוריות ודלק דמוי עץ, הבעירה הישירה שלו אינה מתאימה. על בסיס עצים באיכות נמוכה, פסולת עץ, אשפה בעירה, שפכי צואה ואשפה של ציוויליזציה, נוצרה ומתפתחת ביו-אנרגיה המאפשרת שימוש בחיידקים, כולל אנאירוביים, לעיבוד מסה אורגנית לדלק, בעיקר למתאן.

בהערכת השימוש הנוכחי והעתידי במקורות אנרגיה לא מסורתיים, הקהילה המדעית העולמית מסכימה על הנתונים הבאים (טבלה 2.2).

טבלה 2.2. שימוש נוכחי וחזוי ומקורות אנרגיה מתחדשים בעולם,מיליארד קוט"ש

מקור	שימוש מודרני	תחילת המאה ה-21
שמש	2-3	2000-5000
אנרגיה גיאותרמית		1000-5000
רוּחַ		1000-5000
גאות ושפל	0,4	3-60
אנרגיית גל
אנרגיה תרמית של האוקיינוסים
ביומסה	550-700	2000-5000
דלק עץ	10 000-12 000	15 000-20 000
פֶּחָם		2000-5000
כָּבוּל
חיות גיוס	30 (בהודו)
פצלי שמן
חולות זפת
כוח הידראולי
סך הכל (מעוגל כלפי מעלה):	12 000- 13 000	30 000-53 000

התמונה הכוללת של מיצוי והפקה של סוגים שונים של אנרגיה ראשונית ומשאבי אנרגיה בעתיד ניתנת בטבלה. 2.3.

טבלה 2.3. אפשרויות להפקת אנרגיה ראשונית בעולם בשנים 1975-2030,TVW - שנה לשנה.

2.1. הוראות כלליות

משאבי אנרגיה הם עתודות הטבע המזוהות של סוגים שונים של אנרגיה, המתאימים לשימוש בקנה מידה גדול עבור הכלכלה הלאומית. יש להבדיל ביניהם באופן כללי משמורות טבע, שהן למעשה אינסופיות - אלו הן אנרגיה סולארית וגיאותרמית, אנרגיית האוקיינוסים והימים, רוח, אך אנרגיה זו לא תשמש בקנה מידה משמעותי בעתיד הנראה לעין. הסוגים העיקריים של משאבי אנרגיה בתנאים מודרניים הם פחם, גז, נפט, כבול, פצלים, כוח מים, אנרגיה גרעינית.

משאבי אנרגיה משמשים להשגת סוג כזה או אחר של אנרגיה. אנרגיה היא היכולת של מערכת לייצר עבודה או חום (מקס פלאנק). בהתאם לכך, השגת כמות האנרגיה הנדרשת קשורה להוצאה של כמות מסוימת של משאב אנרגיה כלשהו.

משאבי אנרגיה, כמו גם אנרגיה, יכולים להיות ראשוניים ומשניים. ראשוני - משאבים הזמינים בטבע בצורה הראשונית. האנרגיה המתקבלת משימוש במשאבים כאלה היא ראשונית.

בין הראשוניים - יש מתחדשים ולא מתחדשים.

מתחדשים - כל הזמן משוחזרים, למשל, כוח מים ורוח, שמש וכו'.

לא מתחדשים - כוללים את אלו שהעתודות שלהם יורדות באופן בלתי הפיך עם הפקתן, למשל, פחם, פצלים, נפט, גז, דלק גרעיני.

חלוקה לקבוצות, וכן רשימה של יחידים משאבי אנרגיה ראשוניים,בשימוש כרגע מופיעים להלן:

כוח גרעיני. אנרגיה גיאותרמית,

אנרגיית כבידה, האנרגיה של גאות ושפל בים.

אם הצורה המקורית של משאבי אנרגיה ראשוניים משתנה כתוצאה מהתמרה או עיבוד, אז נוצרים משאבי אנרגיה משניים ובהתאם לכך, אנרגיה משנית. משני - כולל את כל משאבי האנרגיה הראשוניים לאחר טרנספורמציה אחת או יותר. משאבי אנרגיה משניים הם רוב צורות הדלק (בנזין ומוצרי נפט אחרים, חשמל וכו'), המוצגות להלן:

כדי להשוות משאבים ולקבוע את היעילות בפועל של הוצאותיהם, נהוג להשתמש במושג "דלק שווה ערך". הערך הקלורי התפעולי הנמוך ביותר שלו Qpלקחת שווה ל-29300 GJ/kg (7000 Gcal/kg). בידיעת הערך הקלורי וכמות הדלק הטבעי, ניתן לקבוע את המספר המקביל של טונות של דלק ייחוס, (tce):

איפה ונאט- כמות דלק טבעי, t.

בעת אומדן משאבי גז בדלק ייחוס, נוסחה (2.1) וויאטמוחלף באלף מ"ק, והערך הקלורי של דלק טבעי נלקח בקילו ג'אול ל-1 מ"ק.

אם יש צורך להעריך משאבי אנרגיה, כולל משאבי הידרו, ב-kW ¦ h - 1 kW h שווה ערך ל-340 גרם של c.u. ט.

בתנאים מודרניים, 80-85% מהאנרגיה מתקבלת על ידי הוצאת משאבי אנרגיה מתחדשים יונים: סוגים שונים של פחם, פצלי שמן, נפט, גז טבעי, כבול, דלק גרעיני.

המרה של דלקים לצורות סופיות של אנרגיה קשורה לפליטות מזיקות של חלקיקים, תרכובות גזים, כמו גם כמות גדולה של חום המשפיעה סביבה.

משאבי אנרגיה מתחדשת (למעט אנרגיה הידרומית) אינם צריכים להיות מועברים למקום הצריכה, אלא בעלי ריכוז נמוך של אנרגיה, ולכן המרת אנרגיה ממרבית המקורות המתחדשים דורשת הוצאה גדולה של משאבים חומריים, וכתוצאה מכך, עלויות יחידה גדולות. של כספים (רובל / קילוואט) עבור כל התקנה.

מקורות אנרגיה מתחדשים הם הידידותיים ביותר לסביבה.

מבין משאבי האנרגיה המתחדשים, כיום נעשה שימוש בעיקר באנרגיה הידרומית, ובכמות קטנה יחסית באנרגיה סולארית, רוח וגיאותרמית.

מכל סוגי האנרגיה הנצרכים, החשמל הוא הנפוץ ביותר.

שלח את העבודה הטובה שלך במאגר הידע הוא פשוט. השתמש בטופס למטה

עבודה טובהלאתר">

סטודנטים, סטודנטים לתארים מתקדמים, מדענים צעירים המשתמשים בבסיס הידע בלימודיהם ובעבודתם יהיו אסירי תודה לכם מאוד.

פורסם ב http://www.allbest.ru/

משרד החינוך והמדע של הפדרציה הרוסית

מוסד חינוכי תקציבי של המדינה הפדרלית

השכלה מקצועית גבוהה

"האוניברסיטה הטכנית הממלכתית של טמבוב"

מחלקה: "ניהול טבע והגנת הסביבה"

מַסָה

במקצוע "אקולוגיה"

בנושא: "משאבי אנרגיה ומקורותיהם העיקריים"

מרצה: Belyaeva N.P.

אמנות מוגשת. קבוצה BRT11V: Grigoryeva E.A.

טמבוב 2015

מבוא

1. סיווג אנרגיה

6. דרכים לחסוך באנרגיה

זסיכום

מבוא

בדרך כלל, מקורות אנרגיה משמשים בשלוש דרכים. ראשית, הם משיגים אנרגיה תרמית על ידי שריפת דלקים מאובנים ומשתמשים בה ישירות לחימום בתים, בתי ספר, עסקים ומפעלים מסחריים. שנית, אפשר להמיר את האנרגיה התרמית הטמונה בדלק לעבודה, למשל להשתמש בתוצרי זיקוק הנפט כדי להניע ציוד שונות, כמו גם מכוניות, טרקטורים, רכבות, מטוסים וכו'. לבסוף, שלישית, ניתן להמיר את האנרגיה התרמית המשתחררת במהלך שרפת הדלק או המשתחררת במהלך ביקוע גרעיני האורניום לאנרגיה חשמלית, ולאחר מכן לכוון את האנרגיה החשמלית המתקבלת להפקת חום או לביצוע עבודה מכנית. ניתן להשיג חשמל מאנרגיה של מים נופלים. בעיקרו של דבר, החשמל ממלא תפקיד של מתווך נוח בין מקור האנרגיה לצרכניו במקום. וכמו שהכנסת מתווך לשוק מביאה למחירים גבוהים יותר, כך גם השימוש באנרגיה בצורת חשמל מביא לעלייה במחירים.

טרנספורמציה צורות שונותאנרגיה לחשמל מתורגלת מסיבות רבות. במקרים מסוימים, פשוט אי אפשר להשתמש באנרגיה ביעילות מבלי להמיר אותה לחשמל. לפני שהחשמל התגלה, ניתן היה להשתמש באנרגיה של מים נופלים (הידרו-כוח) רק כדי להפעיל מכשירים מכניים. מכונות טוויה, טחנות ומנסרות בתעשיות התעשייה הופעלו על ידי אנרגיית המים הנופלים. לכוח הידרו לא היה שימוש אחר עד שנמצאה דרך להמירה לחשמל, מה שמאפשר להשתמש בה להנעת מכונות רחוקות מהמקום שבו נפלו המים. באופן דומה, לא ניתן להשתמש באנרגיית הביקוע של אורניום בקנה מידה גדול, אלא על ידי המרתו לחשמל. וכמו במקרה של כוח מים, החשמל המתקבל מביקוע גרעיני אורניום יכול לשמש לא רק להפעלת מנגנונים שונים, אלא גם להפקת חום לחימום בתים (אם כי זה לא יעיל), לחימום מים ועוד רבים אחרים. מטרות.

בניגוד למים נופלים, דלקים מאובנים שימשו רק לחימום ותאורה, אך לא להנעת מנגנונים שונים. עצי הסקה ופחם, ולעתים קרובות כבול מיובש, נשרפו לחימום מבני מגורים ומבני ציבור, והפחם שימש גם כמקור חום הכרחי להתכת ברזל. שמן פחם, המתקבל על ידי זיקוק של פחם, נשפך לתוך מנורות. ורק עם המצאת מנוע הקיטור במאה ה- XVIII. הפוטנציאל של דלקים מאובנים להניע מגוון של מכונות ומנגנונים באמת נחשף. בעשורים הראשונים של המאה ה- XIX. השתמשו כבר בקטר עם מנועי קיטור, הפועלים על פחם. ובעשורים הראשונים של המאה העשרים. פחם נשרף בתנורים של דודי תחנות כוח להפקת חשמל, אם כי תהליך זה של השגת אנרגיה לא היה יעיל במיוחד באותה תקופה.

1. סיווג אנרגיה

בפועל, לרוב יש כמה צורות הומוגניות פחות או יותר של אנרגיה: מכניות, כימיות, תרמיות, גרעיניות, קלות (או קורנות) וחשמליות. אנרגיה קינטית מכנית טבועה בעצמים נעים. יש בו תופעות טבע כמו זרימת נהרות, רוח, גאות ושפל.

אנרגיה פוטנציאלית מכנית מוחזקת על ידי עצמים וחפצים הממוקמים מעל פני השטח (כלומר אלה שיש להם היכן ליפול). סוג זה כולל מקווי מים הנמצאים בהרים או מצטברים במאגרים (ראה שקף 1).

* אנרגיה כימית כלולה בדלק ובמזון ומיועדת להמרה לצורות אחרות.

* אנרגיה תרמית נמצאת בחפצים מחוממים היטב. סוג זה של אנרגיה נמצא בשימוש נרחב בייצור ובחיי היומיום. ניתן למצוא מקורות חום גם בטבע – אלו הם מעיינות תרמיים ששימשו את הרומאים הקדמונים.

* אנרגיה גרעינית, או האנרגיה של האטום, היא מה שמחזיק את גרעיני האטומים, ומשאיר אותם כפי שהם.

* אנרגיית קרינה, הנקראת גם קרינה אלקטרומגנטית, לא רק "מחייה" את המקלטים והטלוויזיות שלנו, מאפשרת תקשורת אלחוטית, אלא גם, בצורה של קרינת שמש, היא המקור העיקרי לאנרגיה, תנועה וחיים על פני כדור הארץ.

חשמל מופק בדרך כלל בתחנות כוח (למרות שהוא יכול להיות מופק על ידי סוללות, סוללות חשמליות, מכות ברק או דגיגונים חשמליים). אי אפשר להפריז בתפקידו בכלכלה ובחברה. היא היא הבסיס לכל החיים המודרניים.

האנרגיה המספקת את תהליכי הייצור הסופיים של הכדור הלא-חומרי היא האנרגיה הסופית. ניתן לחלק את כל התהליכים הללו למספר קבוצות מצטברות, שכן:

תאורה ותקשורת מידע;

תהליכים אלקטרופיזיים;

תהליכים מכניים, הן נייחים (למשל מכבש פרזול, מכונת חיתוך מתכת וכו') והן ניידים (למשל הובלה) בטבע;

תהליכים תרמיים בעלי פוטנציאל גבוה, בינוני ונמוך .

אם לא ניתן למדוד ישירות את כמות האנרגיה הסופית, אלא ניתן לחשב אותה רק באמצעות נתונים תיאורטיים על עוצמת האנרגיה של תהליכים בודדים, אזי ניתן לקבוע את כמות מה שנקרא אנרגיה מסופקת באמצעות, למשל, התקני חישוב. האנרגיה המסופקת היא האנרגיה המבטיחה את פעולתם של מתקני האנרגיה הסופיים ומוכלת בנשאי אנרגיה – חומרים פיזיקליים המכילים אנרגיה פוטנציאלית ומומרים בקלות רבה לצורות סופיות. נושאי אנרגיה אלו יכולים להיות גורמים שונים- סוגים שונים של דלק וחשמל.

2. סיווג משאבי אנרגיה

הבסיס של כלכלת האנרגיה של החברה, המקור של שני נושאי האנרגיה, וכתוצאה מכך, האנרגיה עצמה הם משאבי אנרגיה, שפירושו כמובן השם הקצר של משאבי אנרגיה. משאב אנרגיה - זהו נושא אנרגיה שנמצא בשימוש כרגע או שניתן להשתמש בו בעתיד.

כל משאבי האנרגיה מחולקים לראשוני ומשניים. משאבים ראשוניים הם תוצאה של תהליכים טבעיים. משאב אנרגיה ראשוני - זהו משאב אנרגיה שלא עבר עיבוד כלשהו. זוהי האנרגיה המוכלת במקורות טבעיים וניתנת להמרה לאנרגיה משנית (חשמלית, תרמית, מכנית).

משאבי אנרגיה ראשוניים כוללים דלקים טבעיים, כמו גם אנרגיית השמש, הרוח, משאבי המים, ביומסה וכו'.

ניתן לחלק משאבי אנרגיה גם לדלק ולא דלק. משאבי אנרגיה ראשוניים יכולים להיות מתחדשים ולא מתחדשים.

משאבי טבע מתחדשים הם חפצים שהטבע עצמו דואג לשקם. רבים מהם למעשה אינם תלויים במידה שבה החברה מערבת אותם במחזור הכלכלי: אנרגיה סולארית, משאבי הידרו, רוח. יש אחרים - כאלה, שהשימוש בהם מביא לירידה בהיצע שלהם בטווח הקצר ואפילו די ארוך. דוגמה לכך היא ביומסה. עם זאת, הם יכולים להיחשב כמתחדשים בטווח הארוך.

משאבי אנרגיה לא מתחדשים הם משאבים כאלה, שהמלאי שלהם מתכלה ביסודו - דלק מינרלי, אורניום.

אם קרינת גלים קצרים קשורה להחזר ישיר של קרינת השמש, הרי שקרינה של גלים ארוכים היא תוצאה של תהליכים טבעיים ופעילויות מעשה ידי אדם.

משאב אנרגיה משני (SER) (משאב אנרגיה פנימי) הוא משאב אנרגיה המתקבל כתוצר לוואי של הייצור העיקרי או בהיותו מוצר כזה (פסולת ייצור). זהו הפוטנציאל האנרגטי של פסולת מוצרים, תוצרי לוואי ופסולת ביניים הנוצרת במתקנים (מערכות) טכנולוגיות, שאינה מנוצלת במיתקן עצמו, אך ניתן להשתמש בה באופן חלקי או מלא לאספקת אנרגיה למתקנים אחרים. משאבי אנרגיה משניים כוללים את כל הדלקים האחרים המעובדים או המומרים, כמו גם אנרגיה משנית תהליכי ייצוראו תהליכים בתחום הצריכה יכולים להיפטר ולעשות בהם שימוש חוזר. קטגוריה זו כוללת מוצרי נפט מזוקקים, דלקים מזוקקים, כמו גם קיטור פליטה, פסולת חום וגזים חמים. בהתאם להיגיון זה, יש לסווג את האנרגיה שנחסכה גם כמשאב אנרגיה משני.

3. סיווג משאבי אנרגיה משניים

יחידה טכנולוגית או מתקן המהווים מקור לאנרגיה בזבוז שיכול לשמש כיחידה שימושית נקראת יחידת מקור או מתקן מקור VER. .

הפוטנציאל האנרגטי של פסולת ומוצרים מסווג לפי מאגר האנרגיה בצורה של חום קשור כימית (RER דליק), חום פיזי (RER תרמי), אנרגיה פוטנציאלית של לחץ עודף (RER של לחץ עודף).

VER דליק VER דליק כולל פסולת גזי, מוצקה או נוזלית הנוצרת במהלך ייצור המוצרים העיקריים, בעלי אנרגיה כימית ויכולים לשמש כדלק.

המקורות של VER דליק הם תעשיות היערות והעץ, תעשייה כימית, חקלאות ושירותים.

כיום מוקדשת תשומת לב רבה לניצול פסולת עץ מלא, פסולת חקלאית ועוד. בענף היערות והעץ כמחצית מהעץ הנקצר הולך לפסולת. אחת המשימות העיקריות היא ניצולם על ידי שריפה על מנת להשיג חום.

WER תרמי . WERs תרמיים כוללים את החום הפיזי של גזי פליטה ממפעלי דוודים ותנורים תעשייתיים, מוצרי עיקריים או ביניים, פסולת אחרת של הייצור העיקרי, כמו גם נוזלי עבודה, קיטור ו מים חמיםבילה ביחידות טכנולוגיות וכוח.

מחליפי חום, דודי פסולת חום או סוכני חום משמשים לניצול SERs תרמיים.

WERs תרמיים מחולקים לטמפרטורה גבוהה (עם טמפרטורת נושא מעל 500 מעלות צלזיוס), טמפרטורה בינונית (בטמפרטורות מ-150 עד 500 מעלות צלזיוס) וטמפרטורה נמוכה (בטמפרטורות מתחת ל-150 מעלות צלזיוס).

לחץ יתר VER. ניתן להשתמש בלחץ היתר VER כדי לייצר עבודה מכנית, חום או קור. במקרה הראשון, טורבינה משמשת להמרה, מחוברת על אותו פיר עם גנרטור חשמלי. במקרה השני, ניתן להמיר את אנרגיית הלחץ העודפת גם לחום או לקור.

פעילות אנושית טכנוגנית קשורה בעיקר להמרה של אנרגיה כימית של דלק אורגני ואנרגיה גרעינית לאנרגיה תרמית. טכנולוגיות המרת אנרגיה ראשוניות אלו נקראות טכנולוגיות מסורתיות .

במידה פחותה, פעילות אנושית טכנוגנית קשורה לשימוש ישיר באנרגיה סולארית ולשימוש בתוצרי ההמרה שלה. בהתאם לכך, טכנולוגיות המרת אנרגיה ראשוניות אלו נקראות טכנולוגיות לא מסורתיות. .

יחד עם זאת, המשאב העיקרי של טכנולוגיות המרת אנרגיה ראשונית מסורתיות – דלקים מאובנים אורגניים (מוצקים, נוזליים, גזים) הוא משאב אנרגיה מוגבל (מתכלה) ואפשרויות השימוש בו אינן אינסופיות בזמן.

בהקשר זה, אולי מוצדק יותר לחלק את משאב האנרגיה הראשוני למתחדש ולא מתחדש. .

מקורות אנרגיה מתחדשים הם מקורות המבוססים על זרימות אנרגיה הקיימות כל הזמן או המתרחשות מעת לעת בסביבה. אנרגיה מתחדשת אינה תוצאה של פעילות אנושית מכוונת, וזהו סימן ההיכר שלה.

מקורות אנרגיה לא מתחדשים הם עתודות טבעיות של חומרים וחומרים שיכולים לשמש בני אדם להפקת אנרגיה. דוגמה לכך היא דלק גרעיני, פחם, נפט, גז. אנרגיה ממקורות לא מתחדשים, בניגוד למקורות מתחדשים, נמצאת בטבע ב מצב קשורומשתחרר כתוצאה מפעולות אנושיות מכוונות.

מקורות אנרגיה לא מסורתיים ומתחדשים כוללים: אנרגיה סולארית, רוח, גיאותרמית, ים, גאות ושפל ואוקיינוס, ביו-מסה, עץ, פחם, כבול, חיות טיוטה, פצלים, חולות זפת וכוח מים מאפיקי מים גדולים וקטנים.

למרות שמקורות אלו יחד יכולים לספק לא יותר מ-5% מסך החיסכון המשוער בצריכת הדלק, השימוש בהם חשוב מאוד מכמה סיבות:

· ראשית, העבודה על השימוש בהם תתרום לפיתוח טכנולוגיות וציוד משלו, שיכולים להפוך מאוחר יותר לנושא לייצוא;

שנית, מקורות אלה, ככלל, ידידותיים לסביבה;

· שלישית, היישום שלהם כשלעצמו מבטיח השכלה של אנשים בפסיכולוגיה של חיסכון באנרגיה ויעילות אנרגטית, מה שיקל על המעבר מחיסכון בזבזני לחיסכון רציונלי.

4. טכנולוגיות לשימוש ב-VER

השימוש ב-VER הוא הכיוון החשוב ביותר לחיסכון באנרגיה במפעל תעשייתי.

יש להבין יחידת מקור VER כיחידה שבה נוצר נושא ה-VER ומקבל את הפוטנציאל (תנורים טכנולוגיים, כורים, מקררים, מתקנים המשתמשים בקיטור וכו') (ראה שקופית 7).

ניתן להשתמש במשאבי אנרגיה משניים ישירות מבלי לשנות את סוג נושא האנרגיה כדי לענות על הביקוש לדלק ולחום, או עם שינוי בספק האנרגיה באמצעות הפקת אנרגיה תרמית, חשמל, עבודה קרה או מכנית במפעלי ניצול.

תרשים סכמטי של השימוש במשאבי אנרגיה והפצה אנרגיה זורמתבעת סילוק ה-VER מוצג בשקופית 8. התרשים מציג את השמות של זרימות בודדות ונותן את הסעיפים לפיהם נקבעים הערכים הכמותיים של אינדיקטורים אלה, והשמות מימין מתייחסים רק לזרימה הימנית, וכן השמות משמאל מתייחסים לשני הזרמים.

בעת סילוק VER, יש להבחין בין המונחים והמושגים הבאים:

תְפוּקָה VER - כמות ה-VER שנוצרת בתהליך הייצור ביחידה טכנולוגית נתונה ליחידת זמן.

הפקה על חשבון WER - כמות החום, הקור, החשמל או העבודה המכנית המתקבלת באמצעות WER במפעלי ניצול.

הבחנה בין ייצור אפשרי, משתלם כלכלית, מתוכנן וממשי.

פלט אפשרי - הכמות המקסימלית של חום, קור, חשמל או עבודה מכנית שניתן להשיג באופן מעשי עקב SER מסוג זה, תוך התחשבות באופני הפעולה של יחידת המקור SER ומפעל הניצול. דור משתלם כלכלית - הכמות המקסימלית של חום, קור, חשמל או עבודה מכנית, שכדאיות השגתה במפעל הניצול (במהלך התקופה הנידונה) מאושרת בחישובים כלכליים.

עבור המתקנים המתוכננים, ייצור משתלם כלכלית הוא כמות כזו של חום, קור, חשמל או עבודה מכנית, שקבלתה על חשבון SER והשימוש על ידי הצרכנים נותן את ההשפעה הכלכלית הגדולה ביותר. מאחר שהפרמטרים של מפעלי הניצול נבחרים ממצב היעילות הגבוהה ביותר שלהם, היצור האפשרי של אנרגיה תרמית במפעל ניצול זה כדאי מבחינה כלכלית.

הפקה מתוכננת - כמות החום, הקור, החשמל או העבודה המכנית שאמורה להתקבל מה-VER ביישום תוכנית הפיתוח לייצור, מפעל, תעשייה נתונה בתקופה הנסקרת, תוך התחשבות בהזמנת מודרניזציה חדשה. של קיימים וביטול מפעלי ניצול מיושנים.

פלט בפועל - כמות החום, הקור, החשמל או העבודה המכנית שהתקבלה בפועל במפעלי הניצול התפעולי בתקופת הדיווח.

מקדם ייצור עקב WER - היחס בין הייצור בפועל (המתוכנן) לכדאי כלכלית (האפשרי).

ניתן לקבוע את מקדם הייצור עבור יחידה-מקור אחת של VER, עבור קבוצת יחידות מאותו סוג, עבור בית מלאכה, מפעל, תעשייה עבור כל סוג של VER.

נוֹהָג VER היא כמות האנרגיה המשמשת את הצרכנים, שנוצרת על ידי VER במפעלי ניצול, כמו גם דלק וחום המתקבלים ישירות כ-VER.

השימוש ב-VER, כמו גם ייצור באמצעות VER, יכול להיות אפשרי, כדאי כלכלית, מתוכנן וממשי (ראה איור).

בעת קביעת השימוש האפשרי והמשתלם מבחינה כלכלית ב-VER, נלקחת בחשבון זמינותם של שיטות ומבנים מפותחים טכנית ומוכחת לניצול VER, זמינות מקום למתקני סילוק, נוכחות צרכני אנרגיה וכו'.

כאשר משתמשים ב-VER עם המרת נושא אנרגיה במפעל ניצול, השימוש האפשרי ב-VER שווה ערך לייצור האפשרי עקב VER ושווה לו מבחינה מספרית.

חיסכון בדלק עקב WER - כמות הדלק הראשוני שנחסכת באמצעות שימוש במשאבי אנרגיה משניים. צריכת דלק, בהתאם לשימוש ב-VER, יכולה להיות גם אפשרית, כדאית כלכלית, מתוכננת וממשית. לפי ערך החיסכון בדלק, מתבצע סיכום של סוגים שונים של VER.

גורם ניצול VER הוא היחס בין החיסכון הממשי (המתוכנן) בדלק עקב VER לבין התועלת הכלכלית (האפשרית). ניתן לקבוע את מקדם הניצול עבור מקור יחידה אחת של VER או עבור קבוצת יחידות, עבור מפעל, תעשייה עבור כל סוג VER ובסך הכל - עבור כל סוגי VER.

5. ניצול משאבי אנרגיה משניים (צדדיים).

אם בהפקה כלשהי לא ניתן לנצל את כל האנרגיה במלואה, יש להשתדל לא לזרוק אותה לסביבה, אלא למכור את משאבי האנרגיה המשניים (תוצרי הלוואי) המיותרים הללו לייצור זה לצרכנים אחרים, או לארגן א. ייצור מיוחד שצורך אנרגיה זו. גישה זו אינה מספקת חיסכון בדלק בתהליך הטכנולוגי עצמו, אך יכולה לשפר משמעותית את הביצועים הכלכליים של הייצור על חשבון הכספים המתקבלים מיישום VER.

הפקת נושאי אנרגיה (קיטור, מים חמים או צוננים, חשמל, עבודה מכנית) על ידי הפחתת פוטנציאל האנרגיה של נושא ה-VECHR מתבצע במפעל ניצול.

הקושי העיקרי בפתרון בעיית ניצול VER הוא בדרך כלל במציאת צרכן. אנחנו צריכים לנתח לא רק את הייצור שלנו, אלא גם, קודם כל, קשורים, ולפעמים לא קשורים לחלוטין. לעתים קרובות, חממות, בריכות דגים וכו' נוצרות לסילוק VER. שיטת ניצול VER נבחר בהתאם לדרישות הצרכן בצורה של אנרגיה משנית.

אם בייצור יש פסולת בעירה - דלק VER, אז זה בדרך כלל לא קשה להשתמש בהם. בְּ מוצא אחרוןאם לא ניתן לשרוף דלק VER בתנורים קונבנציונליים, נוצרים מיוחדים, למשל, תנורי מיטה נוזלית לשריפת שאריות מוצקות של אפר גבוה של מפעלי הכנת פחם.

טורבינות הרחבה בדרך כלל מייצרות חשמל מלחץ היתר VER. הנתח הגדול ביותר מורכב מ-WERs תרמי. לעתים קרובות, כאשר מדברים על VER, רק הם חושבים.

VER תרמי של גז זורם עם טמפרטורה גבוהה(> 400 מעלות צלזיוס) ובינוני (100-400 מעלות צלזיוס) משמשים בדרך כלל להפקת קיטור או חימום מים באמצעות דודי קיטור או פסולת. דודי החזר חום מיועדים לחימום מים המשמשים לחימום מגורים ומבני ציבור. מבחינה מבנית, הם מערכת של צינורות שדרכם מחלחלים מים ברשת, לכן, דודי פסולת חום נקראים לעתים קרובות חסכוני ניצול.

מערכות קירור אידוי עבור אלמנטים של תנורים בטמפרטורה גבוהה נמצאים כיום בשימוש נרחב. בתנורים אלמנטים רבים צריכים להיות עשויים ממתכת - קודם כל אלו קורות נושאות ותומכות, הן נושאות עומס גדול שחומרים עקשנים לא יכולים לעמוד בו. כמעט בלתי אפשרי ליצור אלמנטים ניתנים להזזה מחסני אש, במיוחד כאלה שחייבים להיות אטומים הרמטית, למשל, מילוי חלונות, שערים החוסמים את החלק החוצה של תעלות גז וכו'. אבל מתכות יכולות לעבוד רק בטמפרטורות מתונות עד 400-600 מעלות צלזיוס, והטמפרטורה בתנור היא הרבה יותר גבוהה. לכן, אלמנטי המתכת של התנורים עשויים חלולים ומי קירור מסתובבים בתוכם. כדי למנוע היווצרות אבנית וזיהום בתוך האלמנטים המקוררים, יש להכין את המים במיוחד. בנוסף, יש לקרר או לפרוק מים אלו. בשני המקרים מתרחש זיהום סביבתי.

כל החסרונות הללו מתבטלים אם מים מסופקים לאלמנטים המקוררים של התנור ממעגל המחזור של דוד הפסולת. האלמנטים המקוררים של התנור ממלאים כאן את התפקיד של משטח אידוי, שבו החום אינו מוזרק עוד לסביבה, אלא משמש ליצירת קיטור. הדוודים מוזנים במים מטוהרים כימיים, ולכן אבנית וזיהום אינם נוצרים בתוך האלמנטים המקוררים וחיי השירות שלהם ארוכים פי 1.5-3 מאשר בקירור במים זורמים.

מערכת הקירור האידוי יכולה לעבוד גם כדוד קיטור עצמאי, אך הקיבולת שלה תהיה קטנה מדי. עם גישה משולבת לניצול חום מגזים ואלמנטים מקוררים של עיצוב התנור, עלויות ציוד עזר, תקשורת, תחזוקה וכו' מופחתות באופן משמעותי.

במקרים מסוימים, ניתן להשתמש בחום של מוצרים מוצקים חמים. במפעלי מתכות רבים, פועלים כעת מפעלי קירור (טכנולוגים אומרים "המרווה יבשה" ) (איור 1), שבו קולה עם טמפרטורה מעל 1000 מעלות צלזיוס מקורר, פורק מסוללות תנור קוק. הקושי המיוחד של צמח זה הוא שקולה הוא חומר בעירה. לכן משתמשים בחנקן אינרטי לקירורו, וכל המתקן אטום במידת האפשר ומונע דליפות חנקן.

איור 1 - מפעל קירור קולה.

קולה חם בקרונות מיוחדים מועבר במהירות (מכיוון שהוא נשרף באוויר) מסוללת תנור הקולה ונטען לתוך תא אטום 1, ואז נכנס לתאי מרווה 2, בהם הוא מטהר מלמטה למעלה בגז אינרטי. בשל הפריקה ההדרגתית מלמטה, הקוק נע בשכבה צפופה מלמעלה למטה בזרם נגדי לגז הקירור. כתוצאה מכך, הקוקס מקורר מ-1000-1050 מעלות צלזיוס ל-200-250 מעלות צלזיוס, והגז מחומם מ-180-200 מעלות צלזיוס ל-750-800 מעלות צלזיוס. דרך פתחים מיוחדים 3 ותא שקיעת אבק 4, גזים נכנסים לדוד חום הפסולת 5. בו, על ידי קירור 1 טון קוק, בערך 0.5 טון של קיטור עם פרמטרים גבוהים מספיק p = (3.9 ё4.0) MPa ו ° С = (440 450) °С. לאחר דוד חום הפסולת, הגז המקורר מנוקה שוב מאבק בציקלון 6 ומופנה שוב על ידי מאוורר 7 לתא הכיבוי מתחת למפריד מיוחד לפיזור אחיד על פני החתך של החדר.

שיטת הקירור היבשה בהשוואה למסורתית, כאשר שריפת קוקה חמה באמת "מכבה" על ידי שפיכת מים, מאפשרת לא רק לקבל אנרגיה נוספת (ניצול ה-VER), אלא גם משפרת את איכות הקולה, מפחיתה את הפסדיו עקב לשחיקה במהלך תהליך הכיבוי, ומבטל את צריכת המים., והכי חשוב - מאפשר להימנע מזיהום האטמוספירה בקיטור ואבק קולה.

תוכניות שחזור חום דומות עבור מוצקים אחרים יכולים לשמש רק עם קיבולת גדולה מספיק, אחרת זה יהיה לא רווחי כלכלית מהסיבות שצוינו לעיל. הפרודוקטיביות של CDTC עבור קולה היא 50-56 t/h.

הכי קשה למצוא יישום ל-SER תרמי עם פוטנציאל נמוך (t<100°С). В последнее время их все шире используют для отопления и кондиционирования промышленных и жилых зданий, применяют тепловые насосы для повышения температурного потенциала или для получения холода. Непосредственно используют такие ВЭР только на отопление близко расположенных теплиц или рыбоводных хозяйств.

6. דרכים לחסוך באנרגיה

החברה מתמודדת עם הצורך לחפש מקורות אנרגיה חלופיים. חיפוש ופיתוח של מקורות אנרגיה חדשים היא אחת הבעיות העולמיות של זמננו. עם מגוון רעיונות לגבי אנרגיית העתיד, שולטת מגמת החיסכון העולמי בדלקים מאובנים, תוך התחשבות בעלייה הבלתי נמנעת במחיר, המחסור והקשיים הכלכליים בהפקה ובשימוש.

מערכת אנרגיה עולמית המבוססת על שימוש יעיל ביותר במקורות אנרגיה מתחדשים צריכה להיות פחות ריכוזית, אלא גם פחות פגיעה לזעזועים כלכליים שונים.

על פי התחזית, עד שנת 2020 מקורות אלו יחליפו כ-2.5 מיליארד טון דלק, חלקם בייצור החשמל והחום יעמוד על 8%.

פני כדור הארץ זוכים לקרינת שמש במהלך השנה, שווה ערך ל-178 אלף GW שנים (שהם בערך פי 15 אלף יותר אנרגיה הנצרכת על ידי האנושות). עם זאת, 30% מהאנרגיה הזו משתקפת חזרה לחלל החיצון, 50% נספגים, 20% הולכים לשמירה על המחזור הגיאולוגי, 0.06% מושקעים בפוטוסינתזה. מכל האנרגיה שמקבלת האנושות, 18% מגיעות ממקורות מתחדשים (כולל חשמל), והכמות הספציפית ליחידת שטח תלויה במיקום הגיאוגרפי ובעונה, והכמות שניתן להמיר לחשמל תלויה ביעילות של הטכנולוגיה בתפיסתה ובטרנספורמציה שלה.

כיוון מבטיח הוא גידול צמחים המעובדים להפקת אנרגיה באדמות שוליות שאינן מעורבות בייצור מזון. כיום, עץ ופחם מהווים 12% מייצור האנרגיה העולמי. בעתיד יגדל השימוש באנרגיה ביומסה. כבר פותחה טכנולוגיה לייצור אתנול מעץ, שתעלה 2.8 דולר. לליטר אחד ויקטין את הצורך בבנזין.

פיתוח בר-קיימא של המשק תלוי, בין היתר, בצמצום הפסולת. לדברי מומחים, ניתן להפחית אותם בקלות - בתעשייה ביותר מ-1/3 בשל ארגון מחדש של תהליכי הייצור. כיוון חשוב נוסף בהפחתת כמות הפסולת הוא פישוט האריזה של מוצרי מזון: המעבר מאריזה רב-שכבתית של סחורה לשכבה אחת; החלפת מכלי משקה בגדלים וצורות שונות במספר מיכלים סטנדרטיים לשימוש חוזר. יישום צעדים אלו יחסוך כמות גדולה של אנרגיה וחומרים.

מדיניות החיסכון באנרגיה מועילה הן מנקודת מבט כלכלית והן מבחינה סביבתית. אחרי הכל, ככל ששורפים פחות דלק, כך פחות זיהום סביבתי. בנוסף, חיסכון מאי הקמת תחנות כוח חדשות יקל על מימון התקנת מקרצפים ומתקני טיפול נוספים במתקנים קיימים.

ישנם מספר מכשולים משמעותיים לחיסכון באנרגיה ולמעבר למקורות אנרגיה מתחדשים. הנה כמה מהם:

· קונצרנים חזקים ומסועפים ביצעו השקעות ענק בטכנולוגיית אנרגיה מסורתית;

· לתעשיית האנרגיה, לרבות בגרמניה ובצרפת, קיבולת עודפת גדולה, הגורמת ל"דיכוי" מקורות אנרגיה חלופיים;

· מפעלים מייצרי אנרגיה רוצים למכור אותו בכמויות הולכות וגדלות, ולכן הם לא מעוניינים לחסוך;

· חקיקה הממריצה את פיתוח האנרגיה, המבוססת על החוקים מלפני חמישים שנה, כמו גם חוקים מודרניים בנושא מסים וסובסידיות, עדיין מתמקדת בגידול צריכת האנרגיה, במונופוליזציה של נושאי אנרגיה מאובנים וגרעיניים;

· בירוקרטיה ממלכתית וארגונים מדעיים מוכשרים, כתוצאה מהרגל ארוך, מתמקדים בפיתוח טכנולוגיה המבטיחה את הטרנספורמציה של דלקים מאובנים וגרעיניים;

· שדולת פחם רבת עוצמה ומצליחה למען שמירה על ה"סטטוס קוו" ומקומות העבודה מחייבת להבטיח מכירה גבוהה של פחם קשה בטווח הארוך, תוך הסתתרות מאחורי אינטרסים לאומיים;

· דרך הייצור והצריכה התעשייתית הרגילה לציוויליזציה (יחס לטבע באשר למכונה הפועלת עבור האדם, עלייה בלתי מרוסנת בצריכת החומר וכו');

· היעדר רצון פוליטי כתנאי מקדים מכריע לפיתוח מדיניות אנרגיה חדשה ושמירה על איכות הסביבה (הדוגמה "צמיחה כלכלית" עדיין מכרעת, וסוגיות של הגנת הסביבה וחיסכון באנרגיה נדונים באופן סמלי).

רוסיה צברה ניסיון מסוים בתחום האנרגיה הלא מסורתית. כבר פותחו פרויקטים ומתבצעת הקמת תחנות כוח גיאותרמיות, שהספקן עד שנת 2020 יהיה 250 מגה וואט, טורבינות רוח - 200 מגה וואט. להרבה מתקנים רוסיים אין אנלוגים בתרגול העולמי. קודם כל מדובר בטורבינות רוח בעלות חיי שירות ארוכים, שימוש במראות מיוחדות וציוד מורכב לתחנות כוח גיאותרמיות.

יש לציין כי במקביל לשימוש בסוגי אנרגיה חדשים נוצרות סוג חדש של השלכות סביבתיות המשפיעות על תהליכים טבעיים. לפיכך, זיהום סביבתי הקשור להקמת תחנות כוח סולאריות הוא מסורתי למדי. היא תוצאה של פעילות כלכלית בהפקת עפרות וחומרי גלם אחרים, כמו גם עיבודם לפלדה, נחושת, זכוכית וכו'. בניית טורבינות רוח יוצרת זיהום רעש סביבתי המיוצר על ידי להבי מדחף ומפריע לתקשורת האוויר ולעבור. התפשטות גלי רדיו וטלוויזיה: במקומות בהם פועלות טורבינות רוח נחלש משמעותית עוצמת זרימות האוויר, מה שעלול להשפיע על האקלים, וכן להגביל את ה"אוורור" של אזורי תעשייה סמוכים. אנרגיה מתחדשת שכבר נמצאת בשימוש כוללת אנרגיה גיאותרמית. ההשלכות הסביבתיות השליליות של השימוש בו הן: אפשרות התעוררות של פעילות סיסמית באזורי תחנות כוח; סכנה לשקיעה מקומית של קרקעות; רעש חזק הנגרם מהתפשטות גזים על פני כדור הארץ; פליטת גזים רעילים.

סיכום

בעיות אנרגיה כיום הן אחד הנושאים הדוחקים ביותר בפוליטיקה הבינלאומית ואחד מהנושאים של פסגת ה-G8 ברוסיה ב-2006. למרות המורכבות של המשא ומתן הבינלאומי בתחום זה, הנגרמת מהסתירה האובייקטיבית בין האינטרסים של הצרכנים לספקי האנרגיה, הצורך בדיאלוג מתמיד ברור לכל הצדדים. האתגר הסביבתי, בעיקר בצורת דלדול משאבי הטבע, זיהום סביבתי מופרז ושינויי אקלים, יקבע מראש את תוצאות המשא ומתן, גם אם כרגע התמונה הכוללת של עתיד האנרגיה העולמית כמעט ואינה נראית מאחורי קבוצה צרה. ואינטרסים פוליטיים לאומיים. אנרגיה משנית בלתי מתחדשת

גם מבלי להתייחס כאן לפרטי פרטים בבעיית שינויי האקלים העולמיים, ברור שישנם גורמים רבים נוספים המתרגמים את בעיית הביטחון האנרגטי למישור של הצורך לשנות את "פרדיגמת חומרי הגלם" - התרחקות הדרגתית מה- צריכת דלקים מאובנים שאינם מתחדשים. הרגע שבו עלויות האנרגיה של מיצוי, הובלה וצריכה של דלקים מאובנים יעלו על השפעת האנרגיה מהשימוש בספקי אנרגיה אינו רחוק כל כך. גם מחיר הדלקים המאובנים לא יכול להמשיך לעלות ללא הגבלת זמן. ישנם הרבה גורמים אובייקטיביים הקשורים לפיתוח מרבצים חדשים: ריחוק, תנאי אקלים, קשיים בהפקה וכו'. בנוסף, היקף ההשלכות הסביבתיות השליליות הקשורות לפיתוח מרבצים חדשים של משאבי טבע הולך וגדל.

על רקע העלייה הבלתי נמנעת בעלויות ההפקה וההובלה של דלקים מאובנים בעולם, רוסיה עשויה להיות אחת המדינות הראשונות שבהן הרווחיות של הפקת והשימוש בדלקים מאובנים תהפוך לנמוכה באופן קריטי. לכן, רוסיה צריכה כיום לפתח מדיניות אבטחת אנרגיה משלה, שיכולה ללכת באותו כיוון כמו המדיניות של מדינות G8 אחרות.

מדיניות האנרגיה העולמית, המבוססת רק על הצהרות והסכמים מרצון, לא צפויה להפוך לגורם ממשי בהפחתת צריכת האנרגיה ברמת המפעלים והמדינות. במוקדם או במאוחר, יהיה צורך לפתח מנגנונים כלכליים הממריצים את הפחתת צריכת האנרגיה. יחד עם זאת, המניעים המניעים של המדינות – יצרנים וצרכני משאבי אנרגיה שונים. עבור מדינות מייצאות, עלויות התייעלות אנרגטית עשויות להיות פחות רווחיות, שכן תעריפי אנרגיה מקומיים נמוכים נקבעים במידה רבה על ידי אינטרסים חברתיים וכלכליים. במצב כזה, ניתן להשתמש במנגנוני השוואת עלות-תועלת בינלאומיים. הפעולות המעשיות העדיפות בפיתוח מדיניות האנרגיה העולמית ברורות למדי: זוהי עבודה על הכנסת שיטות יעילות יותר לשימוש בדלקים מאובנים ומלאי בינלאומי של הזדמנויות לפיתוח מקורות אנרגיה חלופיים. כדי לתת משקל פוליטי, כדאי יהיה להחליט על הקמת סוכנות בינלאומית לאנרגיה מתחדשת במסגרת האו"ם.

שיתוף פעולה בינלאומי מסופק על ידי מנגנון מורכב, רב רמות, של אינטראקציה בין-מדינתית, מדעית, עסקית, מידע. אחד המרכיבים החדשים והיעילים יחסית שלו הוא שותפויות ויוזמות בינלאומיות. מאורגן ברמות שונות - מפרטיות, מסחריות או מדעיות ועד בין-מדינתיות, שותפויות ויוזמות ממלאות תפקיד של גוף לעבודה עם מידע, ארגון תהליך המשא ומתן, הבטחת אינטראקציה בין מומחים ומקבלי החלטות. הם נועדו לתמוך בדיאלוג פוליטי על מנת להגיע לפתרון משותף.

בתחום האנרגיה קיים תחום רחב לארגון עבודה משותפת בדמות שותפויות, יוזמות וארגוני רשת. תחומי היישום היעילים ביותר של מאמציהם הם:

יידוע משתתפי שוק האנרגיה על ידי הפצת מידע אובייקטיבי ואמין על המצב, התחזיות והסיכויים של שוק האנרגיה העולמי. זה יאפשר לכל משתתפי השוק לפתח מדיניות נכונה יותר, להפחית את הסיכון לתנודות בלתי צפויות הנגרמות על ידי גורמים סובייקטיביים.

חשיפת מידע על בסיס הדדי (שוויוניות), מאבק בסודיות המידע המוליד ספקולציות, שחיתות ושאר תופעות בלתי ראויות.

קידום והטמעה של אנרגיה נקייה באמצעות יצירת רשתות של מומחים, מאגרי מידע, הכשרת מומחים, חילופי ניסיון ודוגמאות טובות ביותר, הדגמה של שימוש חסכוני במקורות אנרגיה מתחדשים, קידום יעילות אנרגטית.

הכנת מהפכה בתודעה, בהבנת המחיר האמיתי של משאבי האנרגיה, לרבות המרכיב הסביבתי, תוך התחשבות באינטרסים של הדורות החיים והדורות הבאים. יצירת אופנה, דרישה לאנרגיה ממקורות אנרגיה מתחדשים ונקיים.

רשימת מקורות בשימוש

1. בסקאקוב, א.פ. הנדסת חום. מהדורה 2, מתוקנת./ בקסקוב א.פ. - מוסקבה, Energoatomizdat, 2005, 209 עמ'.

2. Ageev, V.A. מקורות אנרגיה לא מסורתיים ומתחדשים./ V.A. Ageev - מוסקבה, Energoizdat, 2006, 163 עמ'.

3. סיביקין, יו.ד. טכנולוגיה לחיסכון באנרגיה./ יו.ד. Sibikin, M.Yu. Sibikin - מוסקבה, "FORUM-INFRA-M" 2006, 262p.

4. פלוטו, M.V. שימוש רציונלי באנרגיה חשמלית ותרמית. / M.V. Pyuto, R.V. קלבסוט. - מינסק, "פולימיה", 1993, 118 עמ'.

מתארח ב- Allbest.ru

...

מסמכים דומים

מקורות אנרגיה באוקיינוסים. צורות האנרגיה העיקריות של הים והאוקיינוסים. תכונות של אנרגיית גל, תנועות גאות ושפל של מים, זרמים. שימוש בשיפוע הטמפרטורה, משאבי אנרגיה תרמית של האוקיינוס. אנרגיית המלח של הימים והאוקיינוסים.

תקציר, נוסף 07/10/2011


סיבות למעבר למקורות אנרגיה מתחדשים. מקורות אנרגיה אפשריים. אנרגיית מים. אנרגיה סולארית. אנרגיית רוח. מקורות אנרגיה אחרים (ביומסה).

תקציר, נוסף 21/12/2002


ניתוח האפשרות להשתמש באנרגיית השמש והרוח הן בשילוב עם מקור אנרגיה מסורתי והן אספקת אנרגיה אוטונומית לשימוש משותף באנרגיית השמש והרוח. השוואה של שימוש חסכוני יותר באנרגיית רוח ושמש.

עבודת בקרה, נוסף 11/03/2013


משאבי טבע, שימוש ורבייה רציונליים. רגולציה כלכלית של הגנת הסביבה. סוגי האנרגיה העיקריים המשמשים את האדם. האנרגיה של היתוך תרמו-גרעיני, שיטות ייצורו. מקורות אנרגיה חלופיים.

מבחן, נוסף 30/04/2009


מקורות אנרגיה לא מסורתיים ומתחדשים (אנרגיה סולארית, רוח וגיאותרמית, אנרגיה של גאות ושפל ים וגלים). היתרונות והחסרונות שלהם. כיצד ניתן ליישם שימוש חלופי באנרגיה סולארית בהפעלת מבנים.

תקציר, נוסף 26/12/2010


שימוש בטורבינות רוח ורוח. בניית טורבינות רוח ענקיות להפקת אנרגיה. שיטות להמרת אור שמש לזרם חשמלי. שימוש והפקה של אנרגיה של זרמי ים גאות ושפל.

תקציר, נוסף 11/09/2008


מקורות לזיהום רדיואקטיבי. בעיות אקולוגיות של הנדסת חשמל תרמית והנדסת אנרגיה הידרומית. תחנות כוח גאות ושפל והערכתן הסביבתית. היסטוריה של השימוש באנרגיית רוח. הערכה אקולוגית של השימוש באנרגיית קרינת השמש.

תקציר, נוסף 12/02/2014


הרעיון של אנרגיה גיאותרמית כאנרגיה של האזורים הפנימיים של כדור הארץ. סיכויים לשימוש במקורות אנרגיה גיאותרמית, תיאור יתרונותיהם. פיתוח ושיפור טכנולוגיות גיאותרמיות. קרנות איכות הסביבה: מטרה, סוגים.

תקציר, נוסף 15/01/2014


התרומה של הנדסת חשמל תרמית לזיהום אוויר. השימוש במתקן משאבת חום כמקור אנרגיה חלופי ידידותי לסביבה במערכות אספקת החום של מבני מגורים, ציבור ותעשייה. שימוש באנרגיה לא מסורתית.

תקציר, נוסף 26/09/2016


הבית כסמל החשוב ביותר של הקיום הארצי. היווצרות תנועת המונים להגנה על הטבע. הסוגים העיקריים של בתים אקולוגיים. פרויקטים של בתים חסכוניים באנרגיה. מקורות אנרגיה מתחדשים. ממירים פוטו-אלקטריים של אנרגיה סולארית.

תוכן המאמר

משאבים אנרגטיים.במשך אלפי שנים, סוגי האנרגיה העיקריים שבהם השתמש האדם היו האנרגיה הכימית של העץ, האנרגיה הפוטנציאלית של מים בסכרים, האנרגיה הקינטית של הרוח ואנרגיית הקרינה של אור השמש. אבל במאה ה-19 דלקים מאובנים כמו פחם, נפט וגז טבעי הפכו למקורות האנרגיה העיקריים.

בשל הגידול המהיר בצריכת האנרגיה, התעוררו בעיות רבות והתעוררה שאלת מקורות האנרגיה העתידיים. חלה התקדמות בתחום החיסכון באנרגיה. לאחרונה, היה חיפוש אחר צורות נקיות יותר של אנרגיה, כגון אנרגיית שמש, גיאותרמית, רוח והיתוך.

צריכת האנרגיה תמיד הייתה קשורה ישירות למצב המשק. העלייה בתוצר הלאומי הגולמי (GNP) לוותה בעלייה בצריכת האנרגיה. עם זאת, עוצמת האנרגיה של התל"ג (היחס בין האנרגיה המשמשת לתל"ג) במדינות המתועשות הולכת ופוחתת כל הזמן, בעוד שבמדינות מתפתחות היא עולה.

דלקים מאובנים

ישנם שלושה סוגים עיקריים של דלקים מאובנים: פחם, נפט וגז טבעי. ערכים משוערים של הערך הקלורי של דלקים אלה, כמו גם עתודות נפט שנחקרו ותעשייתיות (כלומר, המאפשרות פיתוח משתלם כלכלית ברמת טכנולוגיה זו) מוצגות בטבלה. 1 ו-2.

מאגרי נפט וגז טבעי.

קשה לחשב בדיוק כמה שנים עתודות הנפט יחזיקו מעמד. אם המגמות הקיימות יימשכו, אזי הצריכה השנתית של נפט בעולם עד שנת 2018 תגיע ל-3 מיליארד טון. גם בהנחה שמאגרי התעשייה יגדלו באופן משמעותי, הגיאולוגים מגיעים למסקנה שעד 2030 80% ממאגרי הנפט המוכחים בעולם יהיו תָשׁוּשׁ.

עתודות פחם.

קל יותר להעריך את עתודות הפחם ( ס"מ. לשונית. 3). שלושה רבעים מהעתודות בעולם, מוערכות ב-10 טריליון. טונות, נופלים על מדינות ברית המועצות לשעבר, ארה"ב וסין.

טבלה 3. רזרבות עולמיות של פחם קשה

טבלה 3. רזרבות פחם קשיח בעולם (נתונים משוערים)
אזור	מיליארד ט
מדינות חבר העמים
ארה"ב
חרסינה
מערב אירופה
אוקיאניה
אַפְרִיקָה
אסיה (לא כולל מדינות חבר העמים וסין)
קנדה
אמריקה הלטינית
סה"כ:

למרות שיש הרבה יותר פחם על פני כדור הארץ מנפט וגז טבעי, הרזרבות שלו אינן בלתי מוגבלות. בשנות ה-90, צריכת הפחם העולמית הייתה למעלה מ-2.3 מיליארד טון בשנה. בניגוד לצריכת הנפט, צריכת הפחם עלתה משמעותית לא רק במדינות מתפתחות אלא גם במדינות מתועשות. לפי התחזיות הקיימות, עתודות הפחם אמורות להספיק ל-420 שנים נוספות. אבל אם הצריכה תמשיך לגדול בקצב הנוכחי, אז הרזרבות שלה לא יספיקו ל-200 שנה.

כוח גרעיני

מאגרי אורניום.

בשנת 1995 נאמדו מאגרי אורניום עולמיים אמינים יותר או פחות ב-1.5 מיליון טון. משאבים נוספים נאמדו ב-0.9 מיליון טון. המקורות הידועים הגדולים ביותר של אורניום הם בצפון אמריקה, אוסטרליה, ברזיל ודרום אפריקה. מאמינים כי במדינות ברית המועצות לשעבר יש כמויות גדולות של אורניום.

בשנת 1995 הגיע מספר הכורים הגרעיניים הפועלים ברחבי העולם ל-400 (ב-1970 - 66 בלבד) והקיבולת הכוללת שלהם הייתה כ-300,000 מגה וואט. בארצות הברית מתוכננות ובבנייה רק ​​55 תחנות כוח גרעיניות חדשות, בעוד הפרויקטים של 113 אחרים בוטלו.

כור גידול.

לכור גידול גרעיני יש את היכולת המופלאה לייצר אנרגיה תוך הפקת דלק גרעיני חדש. בנוסף, הוא עובד על איזוטופ האורניום הנפוץ יותר 238 U (המרה אותו לחומר בקיע פלוטוניום). מאמינים שעם השימוש בכורי גידול, עתודות האורניום יחזיקו מעמד לפחות 6,000 שנה. ככל הנראה, זוהי אלטרנטיבה בעלת ערך לכורים גרעיניים מהדור הנוכחי.

בטיחות של כורים גרעיניים.

אפילו המבקרים הקשים ביותר של כוח גרעיני אינם יכולים שלא להודות שפיצוץ גרעיני הוא בלתי אפשרי בכורים גרעיניים של מים קלים. עם זאת, קיימות ארבע בעיות נוספות: אפשרות של הרס (נפץ או דליפה) של הכולאת הכור, שחרורים רדיואקטיביים (רמות נמוכות) לאטמוספירה, הובלת חומרים רדיואקטיביים ואחסון לטווח ארוך של פסולת רדיואקטיבית. אם ליבת הכור נשארת ללא מי קירור, היא תימס במהירות. זה יכול להוביל לפיצוץ קיטור ולשחרור "שברי" רדיואקטיביים של ביקוע גרעיני לאטמוספירה. נכון, פותחה מערכת קירור חירום לליבת הכור, המונעת התכה באמצעות הצפה של הליבה במים במקרה של תאונה במעגל הראשוני של הכור.

עם זאת, פעולתה של מערכת כזו נחקרה בעיקר על ידי הדמיית מחשב. חלק מתוצאות הסימולציה נבדקו בהרחבה על כורי פיילוט קטנים ביפן, גרמניה וארה"ב. נראה כי הנקודה החלשה ביותר בתוכנות המחשב שבהן נעשה שימוש היא ההנחה שלא יותר מצומת אחד יכול להיכשל בו-זמנית ושהמצב לא יסבך בגלל שגיאת מפעיל. שתי ההנחות הללו התבררו כשגויות בתאונה הגרעינית החמורה ביותר בארצות הברית.

ב-28 במאי 1979, באי Three Mile ליד האריסבורג, פנסילבניה, כשל בציוד ושגיאת מפעיל הובילו לכשל של הכור עם התכה חלקית של הליבה שלו. כמות קטנה של חומר רדיואקטיבי שוחררה לאטמוספירה. שבע שנים לאחר התאונה, משרד האנרגיה האמריקאי הצליח לאחזר את מכלול הליבה שהתמוטט לבדיקה. הנזק לחיי אדם ולרכוש מחוץ לתחנת הכוח הגרעינית היה קל, אך התאונה יצרה דעת קהל לא חיובית לגבי בטיחות הכור.

באפריל 1986 התרחשה תאונה חמורה הרבה יותר בתחנת הכוח הגרעינית בצ'רנוביל בברית המועצות. במהלך השבתה מתוכננת של אחד מארבעת כורי מים רותחים גרפיט, תפוקת הכוח גדלה לפתע באופן דרמטי ונוצר גז מימן בכור. פיצוץ המימן הרס את בניין הכור. הליבה נמסה חלקית, מנחה הגרפיט עלה באש, וכמויות אדירות של חומרים רדיואקטיביים שוחררו לאטמוספירה. שני עובדים מתו בפיצוץ, לפחות 30 אחרים מתו תוך זמן קצר ממחלת קרינה. עד 1,000 איש אושפזו עקב חשיפה. כ-100,000 בני אדם באזורי קייב, גומל וצ'רניהיב קיבלו מנות קרינה גדולות. האדמה והמים באזור, כולל מאגר קייב הענק, התבררו כמזוהמים מאוד. לאחר כיבוי השריפה כוסה הכור הפגוע ב"סרקופג" עשוי בטון, עופרת וחול. הרדיואקטיביות הקשורה לתאונה זו אף דווחה בקנדה וביפן. נאמר כי רמת הרדיואקטיביות שנמדדה בפריז הייתה דומה לרקע הרדיואקטיבי ב-1963, לפני חתימת ארצות הברית וברית המועצות על אמנה המסתיימת בניסויים האטמוספריים בנשק גרעיני.

ביקוע גרעיני אינו פתרון מושלם לבעיית האנרגיה. מבטיחה יותר במונחים אקולוגיים היא האנרגיה של היתוך תרמו-גרעיני.

האנרגיה של היתוך תרמו-גרעיני.

אנרגיה כזו יכולה להתקבל עקב היווצרות של גרעינים כבדים מאלה קלים יותר. תהליך זה נקרא תגובת היתוך גרעיני. כמו בביקוע גרעיני, חלק קטן מהמסה הופך לכמות גדולה של אנרגיה. האנרגיה הנפלטת מהשמש נובעת מהיווצרות גרעיני הליום ממיזוג גרעיני מימן. על פני כדור הארץ, מדענים מחפשים דרך להשיג היתוך גרעיני מבוקר באמצעות מסות קטנות וניתנות לשליטה של ​​חומר גרעיני.

דאוטריום D וטריטיום T הם האיזוטופים הכבדים של מימן 2 H ו-3 H. יש לחמם את אטומי הדאוטריום והטריטיום לטמפרטורה שבה הם יתפרקו לחלוטין לאלקטרונים ולגרעינים "חשופים". תערובת זו של אלקטרונים וגרעינים לא קשורים נקראת פלזמה. על מנת ליצור כור היתוך, יש לעמוד בשלושה תנאים. ראשית, יש לחמם את הפלזמה במידה מספקת כדי לאפשר לגרעינים להתקרב למרחק הדרוש לאינטראקציה. היתוך דאוטריום-טריטיום דורש טמפרטורות גבוהות מאוד. שנית, הפלזמה חייבת להיות צפופה מספיק כדי שיתרחשו תגובות רבות בשנייה אחת. ושלישית, יש למנוע מהפלזמה להתרחק מספיק זמן כדי שתשתחרר כמות משמעותית של אנרגיה.

המחקר בתחום היתוך תרמו-גרעיני מבוקר מתבצע בשני כיוונים עיקריים. אחד מהם הוא כליאת הפלזמה בשדה מגנטי, כאילו בבקבוק מגנטי. השני (שיטה של ​​כליאת פלזמה אינרציאלית) הוא חימום מהיר מאוד על ידי קרן לייזר חזקה ( ס"מ. LASER) גרגרי דאוטריום-טריטיום (טבליות), הגורמים לתגובת היתוך תרמו-גרעיני בצורה של פיצוץ מבוקר.

האנרגיה של גרעיני דאוטריום הכלולים ב-1 מ"ק מים היא בערך 3x 10 12 J. במילים אחרות, 1 מ"ק של מי ים, באופן עקרוני, יכול לספק אנרגיה רבה כמו 200 טונות של נפט גולמי. לפיכך, האוקיינוס ​​העולמי הוא מקור אנרגיה בלתי מוגבל כמעט.

נכון להיום, לא השיטה המגנטית ולא השיטה של ​​כליאה אינרציאלית של פלזמה עדיין הצליחה ליצור את התנאים הדרושים להיתוך תרמו-גרעיני. למרות שהמדע נע בהתמדה בנתיב של הבנה עמוקה יותר ויותר של העקרונות הבסיסיים של יישום שתי השיטות, אין סיבה להאמין שהיתוך תרמו-גרעיני יתחיל לתרום תרומה אמיתית לאנרגיה לפני 2010.

מקורות אנרגיה חלופיים

לאחרונה נחקרו מספר מקורות אנרגיה חלופיים. המבטיח שבהם הוא אנרגיה סולארית.

אנרגיה סולארית.

לאנרגיה סולארית שני יתרונות עיקריים. ראשית, יש הרבה ממנו והוא שייך למשאבי אנרגיה מתחדשים: משך קיומה של השמש מוערך בכ-5 מיליארד שנים. שנית, השימוש בו אינו כרוך בהשלכות סביבתיות בלתי רצויות.

עם זאת, השימוש באנרגיה סולארית מקשה על ידי מספר קשיים. למרות שהכמות הכוללת של אנרגיה זו היא עצומה, היא מתפזרת ללא שליטה. כדי לקבל כמויות גדולות של אנרגיה, נדרשים משטחי אספן גדולים. בנוסף, ישנה בעיה של חוסר יציבות באספקת האנרגיה: השמש לא תמיד זורחת. אפילו במדבריות שבהם שורר מזג אוויר נטול עננים, היום מפנה את מקומו ללילה. לכן, יש צורך במכשירי אחסון אנרגיה סולארית. לבסוף, יישומים רבים של אנרגיה סולארית עדיין לא נבדקו היטב והוכחו כמשתלמים כלכלית.

ניתן לזהות שלושה שימושים עיקריים באנרגיה סולארית: לחימום (כולל מים חמים) ומיזוג אוויר, להמרה ישירה לחשמל באמצעות ממירים פוטו-וולטאיים סולאריים ולייצור חשמל בקנה מידה גדול המבוסס על מחזור תרמי.

אנרגיה גיאותרמית.

אנרגיה גיאותרמית, כלומר. החום של פנים כדור הארץ כבר נמצא בשימוש במספר מדינות, כמו איסלנד, רוסיה, איטליה וניו זילנד. קרום כדור הארץ, בעובי 32–35 ק"מ, דק בהרבה מהשכבה הבסיסית, המעטפת, הנמשכת כ-2900 ק"מ לכיוון הליבה הנוזלית החמה. המעטפת היא מקור לסלעים (מאגמה) עתירי גז, אשר מתפרצים על ידי הרי געש פעילים. חום משתחרר בעיקר עקב התפרקות רדיואקטיבית של חומרים בליבת כדור הארץ. הטמפרטורה והכמות של החום הזה כה גדולות עד שהוא גורם להמסת סלעי המעטפת. סלעים חמים עלולים ליצור מתחת לפני השטח "שקיות" תרמיות, שבמגע איתן מתחממים מים ואף הופכים לאדים. מכיוון ש"שקיות" אלו בדרך כלל אטומות, מים חמים וקיטור נמצאים לרוב בלחץ גבוה, והטמפרטורה של סביבות אלו עולה על נקודת הרתיחה של המים על פני כדור הארץ. המשאבים הגיאותרמיים הגדולים ביותר מרוכזים באזורים געשיים לאורך גבולות לוחות הקרום.

החיסרון העיקרי של אנרגיה גיאותרמית הוא שהמשאבים שלה הם מקומיים ומוגבלים, אלא אם כן סקרים מראים נוכחות של משקעים משמעותיים של סלע חם או אפשרות לקדוח בארות לתוך המעטפת. ניתן לצפות לתרומה משמעותית של משאב זה למגזר האנרגיה רק ​​באזורים גיאוגרפיים מקומיים.

כוח הידראולי.

כוח המים מספק כמעט שליש מהחשמל המשמש ברחבי העולם. נורבגיה, שיש לה יותר חשמל לנפש מאשר בכל מקום אחר, חיה כמעט אך ורק מכוח מים.

תחנות כוח הידרואלקטריות (HPPs) ותחנות כוח אחסון שאובות (PSPPs) משתמשות באנרגיה הפוטנציאלית של מים המאוחסנים בסכרים. בבסיס הסכר קיימות טורבינות הידראוליות המונעות על ידי מים (המסופקים להן בלחץ רגיל) ומסובבות את הרוטורים של מחוללי זרם חשמלי.

יש תחנות כוח הידרואלקטריות גדולות מאוד. שני HPPs גדולים ברוסיה ידועים ברבים: Krasnoyarskaya (6000 MW) ו-Bratskaya (4100 MW). תחנת הכוח ההידרואלקטרית הגדולה ביותר בארצות הברית היא Grand Coulee עם הספק כולל של 6480 MW. ב-1995, אנרגיה הידרומית היווה כ-7% מהחשמל שנוצר בעולם.

אנרגיית מים היא אחד ממקורות האנרגיה הזולים והנקיים ביותר. הוא מתחדש במובן שמאגרים מתמלאים במי נהר ומי גשמים זורמים. כדאיות בניית תחנות כוח הידרואלקטריות במישורים נותרה מוטלת בספק.

אנרגיית גאות ושפל.

ישנן תחנות כוח גאות ושפל שמשתמשות בהבדל במפלסי המים הנוצרים בזמן גאות ושפל. לשם כך, אגן החוף מופרד על ידי סכר נמוך, השומר על מי גאות בשפל. ואז המים משתחררים והם מסובבים את טורבינות ההידרו.

תחנות כוח גאות ושפל יכולות להיות משאב אנרגיה מקומי רב ערך, אבל אין מספיק מקומות על פני כדור הארץ כדי לבנות אותם כדי לעשות את ההבדל בנוף האנרגיה הכולל.

אנרגיית רוח.

מחקרים שנערכו על ידי ארגון המדע הלאומי בארה"ב ונאס"א הראו שניתן להשיג כמויות משמעותיות של כוח רוח בארה"ב באזור האגמים הגדולים, בחוף המזרחי, ובמיוחד בשרשרת האיים האלאוטיים. קיבולת התכנון המקסימלית של חוות רוח באזורים אלה עשויה לספק 12% מהביקוש לחשמל בארה"ב בשנת 2000. חוות הרוח הגדולות בארה"ב ממוקמות ליד Goldendale במדינת וושינגטון, שם כל אחד משלושת הגנרטורים (מורכבים על מגדלים בגובה 60 מ', עם קוטר גלגל הרוח של 90 מ') מספק חשמל של 2.5 מגה וואט. מערכות עבור 4.0 MW מתוכננות.

פסולת מוצקה וביומסה.

כמחצית מהפסולת המוצקה היא מים. קל לאסוף רק 15% מהאשפה. הפסולת המוצקה ביותר יכולה לספק היא אנרגיה שווה ערך לכ-3% מהנפט ו-6% מהגז הטבעי הנצרך. לכן, ללא שיפורים קיצוניים בניהול פסולת מוצקה, לא סביר שהם יתרמו הרבה לייצור חשמל.

ביומסה – עץ ופסולת אורגנית – מהווה כ-14% מכלל צריכת האנרגיה בעולם. ביומסה היא דלק ביתי נפוץ במדינות מתפתחות רבות.

היו הצעות לגדל צמחים (כולל יערות) כמקור אנרגיה. צמחי מים הגדלים במהירות מסוגלים להפיק עד 190 טון מוצר יבש לדונם בשנה. ניתן לשרוף מוצרים כאלה כדלק או לזקק אותם כדי לייצר פחמימנים נוזליים או גזים. בברזיל, קנה סוכר שימש לייצור דלקים מבוססי אלכוהול כדי להחליף בנזין. העלות שלהם אינה גבוהה בהרבה מהעלות של דלקים מאובנים קונבנציונליים. עם ניהול נכון של המשק, ניתן לחדש משאב אנרגיה כזה. יש צורך במחקר נוסף, במיוחד על גידולים מהירים ויעילותם מבחינת עלויות איסוף, הובלה וריסוק.

אלמנטים של דלק.

תאי דלק כממירים של האנרגיה הכימית של דלק לחשמל מאופיינים ביעילות גבוהה יותר ממכשירי כוח תרמי המבוססים על בעירה. אם היעילות של תחנת כוח טיפוסית השורפת דלק אינה עולה על כ-40%, אזי היעילות של תא דלק יכולה להגיע ל-85%. נכון, עד כה תאי דלק הם מקורות חשמל יקרים.

שימוש בר קיימא באנרגיה

למרות שהעולם עדיין לא חווה מחסור במשאבי אנרגיה, שניים עד שלושה עשורים הבאים עשויים להיות קשים מאוד אם מקורות אנרגיה חלופיים אינם זמינים או הגידול בצריכת האנרגיה מוגבל. יש צורך ברור בשימוש רציונלי יותר באנרגיה. קיימות מספר הצעות לשיפור יעילות האגירה והשינוע של אנרגיה וכן לשימוש יעיל יותר בתעשיות שונות, בתחבורה ובחיי היומיום.

אחסון אנרגיה.

עומס תחנות הכוח משתנה לאורך היום; יש גם שינויים עונתיים. ניתן לשפר את היעילות של תחנות כוח על ידי שימוש בכוח עודף לשאיבת מים למאגר גדול בתקופות של טבילה בלוחות הזמנים של עומס האנרגיה. לאחר מכן ניתן לשחרר את המים בתקופות שיא, מה שיאלץ אותם לייצר חשמל נוסף בתחנת הכוח השאובה.

יישום רחב יותר יכול להיות שימוש בכוח מצב הבסיס של תחנת כוח כדי לשאוב אוויר דחוס לתוך חללים תת קרקעיים. טורבינות אוויר דחוס יחסכו משאבי אנרגיה ראשוניים בתקופות של עומס מוגבר.

העברת חשמל.

הפסדי אנרגיה גדולים קשורים להעברת חשמל. כדי לצמצם אותם, מתרחב השימוש בקווי הולכה ורשתות הפצה ברמת מתח מוגברת. כיוון חלופי הוא קווי חשמל מוליכים. ההתנגדות החשמלית של מתכות מסוימות יורדת לאפס כשהן מתקררות לטמפרטורות קרובות לאפס המוחלט. ניתן היה להעביר הספקים של עד 10,000 מגוואט באמצעות כבלים מוליכים, כך שכבל בודד בקוטר של 60 ס"מ יספיק לספק חשמל לטכנולוגיית ניו יורק כולה. התגלית המדהימה הזו עשויה להוביל לחידושים חשובים לא רק בתחום העברת הכוח, אלא גם בתחום התחבורה היבשתית, טכנולוגיית המחשוב וטכנולוגיית הכור הגרעיני.

מימן בתור נוזל קירור.

מימן הוא גז קל, אבל הוא הופך לנוזל ב-253 מעלות צלזיוס הערך הקלורי של מימן נוזלי הוא פי 2.75 מזה של גז טבעי. למימן יש גם יתרון סביבתי על פני גז טבעי: כשהוא נשרף באוויר, הוא מייצר בעיקר אדי מים.

ניתן היה להעביר מימן ללא קושי רב דרך צינורות גז טבעי. אתה יכול גם לאחסן אותו בצורה נוזלית במיכלים קריוגניים. מימן מתפזר בקלות למתכות מסוימות, כגון טיטניום. זה יכול להצטבר במתכות כאלה ולאחר מכן להשתחרר על ידי חימום המתכת.

מגנטו הידרודינמיקה (MHD).

זוהי שיטה להשתמש בדלק מאובנים בצורה יעילה יותר. הרעיון הוא להחליף את פיתולי זרם הנחושת של מחולל כוח מכונה קונבנציונלי בזרם של גז מיונן (מוליך). גנרטורים MHD יכולים כנראה לייצר את ההשפעה הכלכלית הגדולה ביותר בעת שריפת פחם. מכיוון שאין להם חלקים מכניים נעים, הם יכולים לפעול בטמפרטורות גבוהות מאוד, וזה מבטיח יעילות גבוהה. תיאורטית, היעילות של גנרטורים כאלה יכולה להגיע ל-50-60%, מה שאומר חיסכון של עד 20% בהשוואה לתחנות כוח מודרניות של דלק מאובנים. בנוסף, גנרטורים MHD מייצרים פחות פסולת חום.

היתרון הנוסף שלהם הוא שהם מזהמים את האטמוספירה במידה פחותה בפליטות של תחמוצות חנקן גזיות ותרכובות גופרית. לכן, תחנות כוח MHD יכלו, מבלי לזהם את הסביבה, לפעול על פחמים בעלי תכולת גופרית גבוהה.

מחקר רציני בתחום ממירי MHD מתבצע ביפן, גרמניה ובעיקר ברוסיה. כך למשל הושק ברוסיה מפעל MHD קטן בהספק של 70 MW הפועל על גז טבעי, ששימש גם כמפעל פיילוט ליצירת תחנת כוח של 500 MW. בארה"ב, ההתפתחויות הן בקנה מידה קטן יותר ובעיקר לכיוון מערכות פחמיות. גנרטור MHD בהספק של 200 MW, שנבנה על ידי אבקו אוורט, עבד ברציפות במשך 500 שעות.

מגבלות של צריכת אנרגיה.

הגידול המתמשך של צריכת האנרגיה לא רק מוביל לדלדול משאבי האנרגיה ולזיהום הסביבה, אלא בסופו של דבר עלול לגרום לשינויים משמעותיים בטמפרטורה ובאקלים על פני כדור הארץ.

סִפְרוּת:

משאבי האנרגיה של ברית המועצות, tt. 1–2. מ', 1968
Antropov P.Ya. פוטנציאל הדלק והאנרגיה של כדור הארץ. מ', 1974
אודום ג., אודום ע. בסיס אנרגטי של האדם והטבע. מ', 1978