Джерела енергії енергетика

06.07.2015

Джерела енергії

Для забезпечення теплом і електричним струмом сучасне житло може розташовувати різними джерелами енергії. Деякі вихідні речовини та матеріали використовуються в побуті безпосередньо, інші попередньо перетворюються на електростанціях в електрику.

Деякі джерела енергії постійно оновлюються (регенеруються) і називаються Тому регенеративними джерелами енергії. До них належать деревина, сонячна енергія, енергія вітру і води, а також біохімічний газ. Геотермальна енергія, яка накопичується водою або парою всередині Землі, і енергія припливів, одержувана за рахунок чергування припливів і відливів, досі використовуються недостатньо широко.

Поки регенеративні джерела покривають лише невелику частину нашої потреби в енергії, проте їх значення в наступні десятиліття зросте, тому що більшість невідновлюваних джерел енергії, які застосовуються сьогодні, таких, як вугілля, нафта, природний газ, є тільки в обмеженій кількості. З початку індустріалізації споживання цього енергетичного сировини набуло такого розмаху, що родовища вугілля будуть виснажені протягом одного-двох століть, нафти — кількох десятиліть. При цьому розробка нових родовищ стає все більш трудомісткої і дорогої. Проблема загострюється з-за бурхливого зростання чисельності населення Землі і його потреб в енергії, тому набувають виняткову важливість ощадливе поводження з непоновлюваними джерелами енергії та дослідження можливостей по їх заміні. Вже сьогодні пропонується багато варіантів.

Джерела енергії, використання яких не забруднює (або майже не забруднює) навколишнє середовище, такі, як сонячна, вітрова та гідравлічна, називають також щадними джерелами енергії.

Деревина

Вже з давніх часів деревина була найважливішим джерелом енергії. Тільки в дев’ятнадцятому столітті її витіснив вугілля, а з середини двадцятого століття — нафта і природний газ.

Вирубувати можна лише стільки лісу, скільки його може зрости за той же період часу. Хижацький лісоповал швидко призвів би до порушення природної рівноваги. Таке рівновагу порушено в тропічних лісах (насамперед Африки і басейну Амазонки) з-за пожеж та вирубки дерев на експорт. Наслідки цього руйнівні: ерозія ґрунту, втрати посівних площ у сільському господарстві, повені. Екологи побоюються сильного негативного впливу цієї руйнівної діяльності на клімат Землі в цілому.

Потенціал використання лісів, наявний у розпорядженні Німеччини, ще далеко не вичерпаний. Крім того, вважають, що багато сотень тисяч домашніх господарств можуть додатково до дров обігріватися відходами садівництва, промислового виробництва і пакувальними матеріалами. Дрова потрібно спалювати тільки добре висушеними (хвойні дрова сохнуть щонайменше протягом року, листяні — протягом двох років). Чиста зола дерев дуже багата мінералами і вживається в якості добрива для садів і городів. Вологість знижує теплоту згоряння дров, що призводить до їх неповного згорання і до підвищеного виникнення шкідливих речовин (окису вуглецю).

Як правило, тільки дро

вами опалюють приміщення,

де в розпорядженні є їх

достатня кількість.

Поряд з полінами в даний час використовуються деревні брикети і тріска, зручні для регулювання опалення. Деревні брикети складаються з пресованої тирси і можуть підтримувати жар довгий час. Тріскою розміром від декількох сантиметрів може автоматично завантажуватися котел центрального опалення.

Не рекомендується спалювання деревно-стружкових плит, пов’язаних синтетичними речовинами, і шматків деревини з пластмасовим покриттям, так як при цьому виділяються шкідливі для здоров’я речовини (у деревно-стружкових плит — формальдегід).

Вугілля

В ході геологічної історії Землі відкладення залишків рослин під високим тиском і при ізоляції від повітря перетворилися на вугілля. Більш давні відклади (в основному, з-за більш високого тиску) утворили кам’яне вугілля, більш пізні відкладення — бурий. Теплотворна здатність вугілля і вміст у ньому шкідливих речовин залежать від сорту вугілля і від родовища.

При згорянні вугілля виділяє велику кількість шкідливих речовин у вигляді двоокису сірки та окису вуглецю, тому електростанції, що працюють на вугіллі без установок з очищення від сірчистих сполук, стають джерелами забруднення повітря та випадання кислотних дощів. У промислових регіонах вони виявляються основною причиною загибелі лісів.

Власних запасів Німеччини вистачить, у разі збереження обсягів споживання постійними, на 200-^-300 років. У продаж вугілля надходить головним чином у вигляді коксу та брикетів. Брикети можуть довго тримати жар і тому знижують витрати на опалення. Вони придатні для спалювання в комбінації з дровами.

Рідке паливо

Це, в першу чергу, що застосовується в побутових умовах мазут ЕЛ (екстра, легкотекучий), отриманий з нафти шляхом перегонки. Нафта виникла з відкладів морських рослин і тварин, які утворили в геологічно активну епоху під впливом сильного нагрівання і тиску велика кількість вуглеводневих сполук. При перегонці шляхом нагрівання нафту розділяється (улетучиванием) на окремі фракції. При цьому поряд зі зрідженими газами, такими, як пропан і бутан, утворюються також бензин, дизельне паливо, мазут ЕЛ (для домашнього спалювання), мазут Т (важкий, для промислових установок) і бітум (4). Споживання рідкого палива в Німеччині знизилася після надмірного підвищення цін на нього з початку 1970-х рр. Імпорт нафти з Близького Сходу значною мірою замінений імпортом з родовищ Північного моря. Вітчизняні родовища Німеччині дуже малі.

Тільки підвищення цін на рідке паливо призвело споживачів до усвідомлення того, що запаси нафти не безмежні. При збереженні існуючих обсягів видобутку їх вистачить ще приблизно на 50 років.

Для спалювання в домашніх умовах придатна нафту з низьким вмістом сірки.

Газ

Гази розрізняються за походженням, способом одержання і складу і мають дуже різну теплотворну здатність. При згорянні вони утворюють вуглекислий газ і воду і тому являють собою нешкідливі для навколишнього середовища горючі речовини.:

Природний газ є неотруйним горючим газом, складається приблизно на 90% з метану. Як і нафта, він виник з органічних матеріалів під високим тиском гірських порід і тому видобувається в геологічно подібних родовищах. Споживання природного газу в останні роки різко збільшилася, насамперед після підвищення цін на рідке паливо в 1970-е рр. Німеччина володіє незначними власними запасами і уклала довгострокові договори на поставку з іншими країнами.

Природний газ майже на 90% покриває потребу Німеччини в газі; його застосовують для одержання гарячої води та опалення з високим коефіцієнтом корисної дії. Світових запасів газу повинно вистачити, щонайменше, ще на 60 років при збереженні існуючих обсягів споживання.

Легко спалюються гази (пропан, бутан) утворюються при переробці нафти. Так як ці гази зріджується при відносно низькому тиску, їх розливають в балони, а при великому споживанні — цистерни. Рідкий газ важче повітря, його зберігання та застосування вимагають дотримання особливих заходів безпеки (докладніше про це в гол. 20). Зріджені гази мають високу теплотворну здатність і використовуються як при незначному, так і при великому споживанні в місцевостях, де немає можливості підключитися до мережі природного газу. Газ, використовуваний у багатьох містах Німеччини, являє собою суміш газів, одержуваних в якості побічного продукту при коксуванні кам’яного вугілля та різних хіміко-технологічних процесах. Так як подібний «міський» газ може містити у своєму складі отруйний чадний газ, до нього слід домішувати речовини з запахом. Чадний газ є отрутою, що надають на організм сильну дію, що виражається в припиненні надходження в кров кисню. Таким чином, навіть короткочасне перебування в атмосфері чадного газу може мати фатальні наслідки.

Сонячна енергія

найпотужнішим і, за людськими мірками, невичерпним джерелом енергії є Сонце. Воно передає на поверхню Землі приблизно в 1300 разів більше енергії, ніж людство споживає. Частково ця енергія йде на випаровування води, перетворюється в енергію вітру, акумулюється рослинами.

Інтенсивність випромінювання на поверхні землі різна. У південних країнах воно використовується сонячними електростанціями і сонячними печами; у помірних широтах застосовуються численні способи перетворення сонячної енергії там, де недостатньо інших джерел енергії і де особливо важлива екологічна чистота сонячного тепла.

Сонячне випромінювання

може бути використано для обігріву приміщень безпосередньо і без витрат за рахунок отримання тепла, через вікна, які пропускають промені прямо в будинок, і від фасадів, які його абсорбують і акумулюють. Сонячним випромінюванням можна обігрівати будинки і підігрівати воду, використовуючи сонячні колектори та теплові насоси, а також напівпровідникові сонячні батареї, що генерують електричний струм.

Гідравлічна енергія

Використання енергії поточної води відомо людсько-

ству вже тисячоліття. Сьогодні

її енергію використовують переваги

реважно для вироблення струму.

Економічно корисний

потенціал гідравлічної ене

ргии в Німеччині практично

вичерпаний. Гидроэлектростан

ції забезпечують приблизно

були водяні млини. Ене

ргия води використовується для

забезпечення людей електрич

ческим струмом і теплом. Важлива

энергохозяйственная проблема

полягає в тому, щоб зменшити

частку малоефективних

підприємств енергопостачання.

Енергія вітру

Вітер виникає через відмінності (головним чином внаслідок хмарності) одержуваного різними ділянками поверхні Землі сонячного випромінювання і пов’язаного з ним нерівномірного прогріву Землі. Потоки вітру вирівнюють виникає внаслідок цього різниця тисків в атмосфері (області високого та низького тиску).

Людство здавна використовує енергію вітру. Вже приблизно 3000 років експлуатують вітряні млини для систем зрошення і помелу зерна. З винаходом парової машини енергію вітру стали ще ширше використовувати у промислових країнах.

З’єднанням вітрових

крил з генератором можна

i олучить електричний струм;

робота такої системи ефек

тивна, як правило, тільки при

середньої швидкості вітру, перевищення

перевищує 18 км/ч. Теоретично

вітрові електростанції

могли б покрити суттєво

ву частину потреби Герма

нді в струмі. Однак широке

будівництво установок,

що використовують енергію вітру, в значній мірі залежить від основоположних політичних рішень, таких, як надання коштів на проведення досліджень, економічне стимулювання будівництва та експлуатації вітрових електростанцій та ін. Сусідня Данія поставила мету: до 2000 року покрити до -10% потреби в струмі і до. -5% потреби в опаленні за рахунок енергії вітру. При розташуванні в сприятливих місцях вітрові генератори можуть взяти на себе переважну частину постачання енергією дрібних споживачів, іншими словами, задоволення потреб у струмі і теплі сімейних будинків, ремісничих і сільськогосподарських виробництв.

Біогаз

Біогаз (біохімічний газ) утворюється при бродінні рослинних і тваринних відходів без доступу кисню. Він виникає природним способом у донному мулі водойм і в невеликих кількостях в кишковому тракті тварин. Біогаз являє собою суміш метану і вуглекислого газу. Цим він родинний природному газу.

Біохімічний газ можна проводити цілеспрямовано шляхом бродіння біомаси (тобто з гною, посліду, соломи або інших рослинних відходів). Тому він знаходить застосування насамперед в сільськогосподарському виробництві. Біогаз може бути отриманий у великих кількостях при очищенні міської відпрацьованої води. Він згорає без запаху і без забруднення навколишнього середовища. Виробництво біохімічного газу в останні роки постійно зростає.

Ядерна енергія

При розщепленні ядра атома звільняється енергія, яку останнім часом все ширше використовують для виробництва електрики. Атомні електростанції вважаються екологічно чистими, так як вони викидають в навколишнє середовище лише незначна кількість шкідливих речовин.

Виділення радіоактивних речовин на атомних електростанціях можна зменшити, але не можна виключити повністю. Крім того, великі кількості радіоактивних матеріалів, що використовуються в якості палива АЕС, необхідно добувати, переробляти, транспортувати і зберігати. Наслідком серйозних недоліків технології може бути підвищена загибель лісу поблизу відвалів родовищ і атомних станцій.

Нещасні випадки на атом

вих електростанціях можуть

мати катастрофічні

наслідки. Плутоній, що утворюється як побічний продукт при переробці сировини, відноситься до найбільш отруйних з відомих речовин і є найважливішою складовою частиною атомної бомби. Щоб не допустити потрапляння в руки приватних осіб або деяких держав навіть кількох кілограмів цього матеріалу, потрібно ретельно організувати нагляд за всім циклом виробництва та використання ядерного палива. Відходи виробництва і експлуатації також повинні надійно зберігатися.

Так як період напіврозпаду (так називається час, протягом якого розпадається половина радіоактивного матеріалу) у деяких речовин дуже тривалий, наші нащадки будуть наражатися на небезпеку радіоактивного опромінення ще протягом тисячоліть.

Електрику

Електрика — це найбільш універсальний вид енергії. Електроенергія може безпосередньо здійснювати роботу, забезпечувати охолодження, освітлення, виробництво тепла.

У Німеччині майже половину електричної енергії отримують, використовуючи в якості палива кам’яне і буре вугілля; більше третини виробляють атомні електростанції; інше дає використання природного газу, мазуту, відходів, енергії, води.

При виробленні струму тепло

вимі електростанціями (іншими

словами, електростанціями,

працюючими на вугіллі, нафті,

газі або ядерному паливі)

велика частина виробленої

енергії губиться у вигляді відходів

входять газів, теплових втрат,

втрат у високовольтних

лініях електропередачі.

Тільки близько однієї третини

виробленої енергії

дістається споживачеві (5). Тому, з точки зору економії енергії, електричний струм слід застосовувати тільки там, де це безумовно необхідно.

Потужність мережі електростанцій планують так, щоб можна було покрити зимові піки навантаження в денні та вечірні години. Так як електростанції зазвичай не можна часто вмикати і вимикати, з’являється в певний час (головним чином уночі) надлишок потужності, який повинен розбиратися за рахунок здешевлення тарифів на електроенергію. Заходи по економії

енергії повинні бути спрямований

лени на запобігання зростання

пікових навантажень і надлишку

встановленої потужності.

Тому всі побутові прилади, які споживають струм, небажано використовувати під час пікових навантажень.

Забруднення навколишнього середовища

Вважається, що скорочення енергоспоживання може значно зменшити забруднення навколишнього середовища. Втім, стан навколишнього середовища істотно залежить від використовуваних джерел енергії. А вони різні для різних систем опалення та гарячого водопостачання. Системи, що використовують енергію вітру, води або сонця, не виробляють побічних шкідливих речовин. Якщо для генерування і використання сонячної енергії необхідна допоміжна енергія, то стан навколишнього середовища залежить від використання цієї додаткової енергії.

В домашніх умовах вугілля при спалюванні виділяє в навколишнє середовище значно більше шкідливих речовин, ніж рідке паливо або газ. (див. таблицю). Газове опалення є сприятливим для навколишнього середовища системою обігріву. Електричний струм дає найбільш чисту енергію. Однак це справедливо лише для систем використання струму. Так як велика частина електроенергії виробляється при спалюванні вугілля і тільки його третя частина перетворюється в струм, баланс шкідливих речовин у цьому випадку виявляється істотно менш сприятливим, ніж при конвективному обігріві нафтою (6). Це відноситься, зокрема, до електричних водоподогревателям і электротепловым насосів. Хоча в тепловому насосі енергія використовується краще, ніж при опаленні рідким паливом, проте виділення шкідливих речовин тут також істотно вище. Виробництво струму на атомних електростанціях теж призведе до підвищеного забруднення навколишнього середовища.

Короткий опис статті: джерела енергії

Джерело: Джерела енергії енергетика

Також ви можете прочитати