Джерела енергії

28.07.2015

Джерела енергії

Все, що рухається, є джерелом енергії: летить м’яч, стрибає за м’ячем воротар, обнимающиеся від радості глядачі. Але все ж основне джерело енергії на планеті — це природа: сонце, вода або вітер здатні виробити величезна кількість енергії. Питання тільки в тому, як змусити цю енергію працювати на нас. Людство успішно вирішив цю проблему: ми навчилися використовувати енергію природи, перетворюючи її в електрику і в теплову енергію.

Морська теплоенергетика: слідами капітана Немо
Звідки береться електричний струм і тепло

Порахуй, скільки розеток в твоїй квартирі — до кожної з них протягнуті дроти, по яких вдень і вночі тече електричний струм. Звідки він там береться? Його виробляють електростанції. Серцем будь-якої електростанції є машина, яка називається генератор. Вона приводиться в рух спеціальним двигуном — турбіною. Електростанції бувають декількох видів. Якщо турбіну змушує обертатися сила водного потоку, то це Гідроелектростанція (ГЕС). Якщо для роботи генератора використовують пара, що утворюється при нагріванні води, то це Теплова Електростанція. Існують ще Теплоелектроцентралі, які виробляють теплову і електричну енергію. Людство продовжує приручати природу, освоюючи нові джерела енергії — більш економічні і безпечні. Ми вже навчилися використовувати для своїх потреб енергію вітру і сонця, енергію океанських припливів і тепло земних надр. Радіаційне випромінювання сонця перетворюють електроенергію в сонячні фотоелементи. Вітер приводить у рух величезні лопаті вітряних електростанцій. Геотермальні електростанції перетворюють електроенергію в тепло підземних джерел. Найпотужніші з нині існуючих електростанцій — атомні (АЕС). Електрика на них добувається за рахунок енергії радіоактивного розпаду ядер атомів. Це дуже продуктивний, але разом з тим і таїть в собі чималу небезпеку джерело енергії.

Як працює гідроелектростанція (ГЕС)

зазвичай будують Гідроелектростанції на річках, споруджуючи греблі і водосховища. Якщо перегородити річку греблею, рівень води в річці до греблі підвищиться. А якщо відкрити в греблі кілька затворів-вікон, вода з силою спрямується в них і потужним потоком піде вниз за течією. Під високим тиском вода надходить на лопаті турбіни, які починають обертатися, виробляючи при цьому механічну енергію. Механічна енергія потім передається на гідрогенератор, який і виробляє електроенергію.

Як працює теплова електростанція (ТЕС)

Джерела енергії

У роботі ТЕС використовується енергія природного палива. Вона виділяється при спалюванні вугілля, природного газу, мазуту і т. д. В машинному залі встановлений котел з водою. При згорянні палива вода в котлі нагрівається до кількох сотень градусів і перетворюється в пар. Пара під тиском обертає лопаті обертається парової турбіни. Турбіна в свою чергу обертає генератор, що виробляє електричний струм.

Як працює теплоелектроцентраль (ТЕЦ)

На ТЕЦ одночасно виробляються і електрика, і теплова енергія (у вигляді пари і гарячої води). Принцип роботи теплоелектроцентралі схожий на роботу теплоелектростанції. Мало того, коли ТЕЦ не відпускає тепла (наприклад, влітку або відразу ж після введення в експлуатацію, коли теплові мережі ще не готові), вона працює просто як конденсаційна ТЕС. Але у них є одна важлива відмінність. Частина пари, після того, як з нього був вироблений електричний струм, використовується для нагрівання води, яка за теплопроводів направляється в котельні і теплові пункти для опалення і гарячого водопостачання квартир, лікарень, шкіл і дитячих садків і промислових підприємств.

Як працює атомна електростанція (АЕС)

Принцип роботи атомної електростанції схожий на роботу теплової електростанції, але на АЕС для вироблення електрики використовується енергія радіоактивного розпаду ядер атомів урану. Реакція поділу ядра урану відбувається в основному блоці атомної електростанції, який називається ядерний реактор. Енергія, що виділяється в реакторі, надходить у парогенератор, який виробляє пар, що надходить у парову турбіну. Турбіна обертає електрогенератор, що виробляє електричну енергію. На виході з турбіни пара потрапляє в конденсатор, де охолоджується водою, що надходить з водосховища або за допомогою спеціальних приладів, званих «градирнями».

Як працює сонячна електростанція (фотоелектрична станція)

Основа сонячної електростанції — це сонячні батареї або фотоелементи. Вони відповідають за перетворення енергії сонця в електричну енергію. Найчастіше фотоелементи виготовляють з кремнію. Сонце світить не завжди, тому сонячної електростанції потрібен акумулятор, куди енергія «складуватися», щоб потім, наприклад, вночі або в похмурий непогожий день, її звідти можна було «дістати». Ще один важливий елемент сонячної електростанції — інвертор. Справа в тому, що електричні прилади в наших будинках використовують змінний струм, а сонячні батареї видають струм постійний. Інвертор перетворює постійний струм в змінний.

Як працює вітряна електростанція

Головний елемент вітряної електростанції — вітрогенератор або вітряк. Це висока щогла, на вершині якої встановлена величезна трилопатева вітротурбіна, схожа на пропелер. Великі вітряні електростанції можуть об’єднувати до 100 вітрогенераторів. Енергія повітряних мас переміщаються обертає лопаті вітряка, приводячи в рух вал електрогенератора, який в свою чергу виробляє електрику.

Як працює геотермальна електростанція (ГеоЭС)

Геотермальна електростанція виробляє електроенергію з теплової енергії гарячих підземних джерел, наприклад, гейзерів. Дістатися до цього тепла можна, пробуривши свердловину. На поверхню землі тепло підземних джерел доставляється у вигляді пари або гарячої води. Таке тепло може використовуватися як для обігріву будинків, так і для виробництва електроенергії. На геотермальної електростанції пар від гарячих підземних вод надходить у турбіну, обертаючи її лопаті. Турбіна з’єднана з електрогенератором, який виробляє електричний струм.

Як електрика потрапляє в наші квартири

Від електростанції високовольтними лініями електропередач (ЛЕП) електроенергія доходить до міст і сіл. Це відбувається при величезній напрузі 110-1150 кіловольт. Розвиток альтернативної енергетики і пошук нових джерел енергії — головна світова тенденція нового тисячоліття. Причини цього — виснажені природні ресурси і можлива перспектива енергетичної кризи, негативний вплив традиційної енергетики на навколишнє середовище і загроза екологічної катастрофи. Приручивши енергію землі, води, вітру і сонця, ми перестанемо забруднювати навколишнє середовище і заощадимо цінні копалини ресурси. Замість традиційної енергетики, застосовує в якості джерела нафту, газ чи вугілля, сьогодні вчені розробляють, а енергетики впроваджують альтернативні енергетичні установки. Людство постійно відкриває все нові джерела енергії і винаходить нові способи її вироблення. Люди навчилися добувати енергію за допомогою океанських хвиль і течій, теплих підземних джерел, сонячних променів, поривів вітру. Енергію виробляють з рисового лушпиння, курячого посліду, бананової шкірки. Можна не сумніватися, що в майбутньому наші нащадки повністю перейдуть на альтернативні джерела енергії та енергетика стане екологічно чистим і абсолютно безпечним для природи і людини. Майбутнє енергетики — це чиста енергія відновлюваних природних ресурсів.

Сонячна енергія: гаряча вода плюс електрика

В країнах з жарким кліматом сонячне тепло вже давно використовується для отримання енергії. На дахах будинків у теплих країнах часто можна побачити баки з водою, яка нагрівається від сонячних променів і забезпечує гаряче водопостачання.

Наприклад, в іспанському місті Барселоні нещодавно вийшов спеціальний указ, який вимагає, щоб 60% гарячої води для потреб городян проводилося за допомогою сонячної енергії. Всі нові будівлі в місті обладнуються фотоелементами, які повністю покривають потреби жителів в гарячій воді і частково — в електроенергії. Сонячна енергія використовується для вироблення електрики. Сонячні батареї, або фотоелементи, встановлюються на дахах і фасадів будинків, повністю забезпечуючи їх мешканців електроенергією.

Між іншим, у Європі фотоелементи стають частиною архітектурного дизайну будинку — вони виглядають дуже сучасно. А в Німеччині є справжній сонячний місто — Фрайбург, де цілі райони існують виключно за рахунок альтернативної енергії сонця. І таких прикладів в наші дні стає все більше. До речі, фотоелементи сьогодні встановлюють не тільки на житлові будівлі. Мініатюрними обладнають сонячними батареями вуличні світильники, які накопичують енергію вдень і світять вночі, і навіть автомобілі. Сьогодні автомобіль, який буде пересуватися за рахунок енергії, одержуваної від сонячної панелі, розробляють компанії «Тойота».

Як працює сонячна батарея або фотоелемент

Сонячне світло, як і будь-який інший світ, несе заряд енергії. Коли промінь світла потрапляє на який-небудь предмет, ця енергія трансформується в тепло. Таке ж тепло, як те, яке ми відчуваємо, сидячи на сонці. Це означає, що наше тіло не перетворює промені сонця в електрику. А ось деякі матеріали, що мають властивості трансформації світла в електрику. До них відноситься кристалічний полікремній (силікон), напівпровідник, що використовується у виробництві сонячних батарей. Для оснащення сонячних батарей спеціально вирощують великі кристали полікремнію. В цих кристалах «підігріті» сонцем електрони звільняються з зв’язків кристалічної решітки і починають рухатися в певному напрямку. Звільнені електрони з від’ємним зарядом і «україна» (квазічастинки, утворені в місці вибивання електронів), з позитивним зарядом і є електрика. А весь процес називається фотоелектричного перетворення.

Енергія вітру
Енергія підземних надр

Ви чули про те, що для опалення будинків можна використовувати тепло землі? Виявляється, це не така вже рідкість. Причому не в Долині гейзерів на Камчатці, а в Європі. Виявляється, на глибині 4-6 кілометрів під землею залягають розпечені до 100-200°З масиви. Пробуривши свердловину, можна отримати фонтан пари і гарячої води і пустити цей дар природи на обігрів будівель або на турбіни електростанцій. Для обігріву будинків за допомогою тепла землі застосовують спеціальне устаткування — теплові насоси. Технічно тепловий насос схожий на холодильник, який працює у зворотному режимі. Він забирає енергію у навколишнього середовища й концентрує її в теплоносії. У холодну пору року включається режим опалення, а в жарку — режим кондиціонування. У Швеції сьогодні працює понад півмільйона таких теплових насосів, а в Японії — більше 3 мільйонів.

Електростанція в космосі? Чому б і немає!

Де шукати нові джерела енергії? Та хоча б в космосі! Вироблення електроенергії на геостаціонарній орбіті, розташованій на висоті 35 700 кілометрів, на думку вчених, може забезпечити людство екологічно чистої та дешевої енергії. Сама по собі ця ідея не нова. У 1970-х роках агентство NASA і компанія Boeing почали розробку гігантського супутника Solar Power Satellite для видобутку космічної енергії. Технологічне оснащення того часу не дозволив втілити ідею видобутку електроенергії в космосі. Клеймо «економічно недоцільний», змусило забути цю ідею на довгі роки. Але як заманливо виглядають дані досліджень учених! Смужка довжиною всього в один кілометр на висоті геостаціонарної орбіти здатна отримати в рік близько 212 терават енергії. Для порівняння, сумарна енергетична цінність всіх розвіданих запасів нафти на Землі становить близько 250 терават. Радує, що нинішній технічний прогрес дозволяє вченим розробляти реальні проекти космічних електростанцій. Наприклад, Японія планує відкрити орбітальну сонячну електростанцію до 2040 року.

Морська теплоенергетика: слідами капітана Немо

Короткий опис статті: нові джерела енергії

Джерело: Джерела енергії

Також ви можете прочитати