Էներգիայի տեսակները՝ ավանդական և այլընտրանքային: Ապագայի էներգիա

2024 Հեղինակ: Howard Calhoun | [email protected]. Վերջին փոփոխված: 2023-12-17 10:30

Էներգետիկայի առկա բոլոր ոլորտները պայմանականորեն կարելի է բաժանել հասուն, զարգացող և տեսական ուսումնասիրության փուլում գտնվողների։ Որոշ տեխնոլոգիաներ հասանելի են նույնիսկ մասնավոր տնտեսության մեջ ներդրման համար, իսկ մյուսները կարող են օգտագործվել միայն արդյունաբերական աջակցության շրջանակներում: Հնարավոր է դիտարկել և գնահատել էներգիայի ժամանակակից տեսակները տարբեր դիրքերից, սակայն տնտեսական իրագործելիության և արտադրության արդյունավետության համընդհանուր չափանիշները հիմնարար նշանակություն ունեն: Շատ առումներով, էներգիայի արտադրության ավանդական և այլընտրանքային տեխնոլոգիաների կիրառման գաղափարներն այսօր տարբերվում են այս պարամետրերով:

Ավանդական էներգիա

Սա հաստատված ջերմային և էլեկտրաէներգիայի արդյունաբերության լայն շերտ է, որն ապահովում է աշխարհի էներգիայի սպառողների մոտ 95%-ը: Ռեսուրսի արտադրությունը տեղի է ունենում հատուկ կայաններում. դրանք ջերմային էլեկտրակայանների, հիդրոէլեկտրակայանների, ատոմակայանների և այլնի օբյեկտներն են: Նրանք աշխատում են պատրաստի հումքային բազայի հետ, որի վերամշակման գործընթացում թիրախային էներգիան է: ստեղծվում է. Առանձնացվում են էներգիայի արտադրության հետևյալ փուլերը՝

• Հումքի արտադրություն, պատրաստում և առաքում դեպիայս կամ այն տեսակի էներգիայի արտադրության օբյեկտ. Դրանք կարող են լինել վառելիքի արդյունահանման և հարստացման գործընթացներ, նավթամթերքների այրման և այլն:
• Հումքի փոխանցում էներգիան ուղղակիորեն փոխակերպող ագրեգատներին և հավաքույթներին:
• Էներգիայի փոխակերպման գործընթացները առաջնայինից երկրորդական. Այս ցիկլերը չկան բոլոր կայաններում, սակայն, օրինակ, էներգիայի առաքման և հետագա բաշխման հարմարության համար կարող են օգտագործվել դրա տարբեր ձևեր՝ հիմնականում ջերմություն և էլեկտրականություն։
• Պատրաստված փոխակերպված էներգիայի պահպանում, դրա փոխանցում և բաշխում:

Վերջնական փուլում ռեսուրսն ուղարկվում է վերջնական օգտագործողներին, որոնք կարող են լինել և՛ ազգային տնտեսության ոլորտները, և՛ սովորական տների սեփականատերերը:

Ջերմաէներգետիկ արդյունաբերություն

Ամենատարածված էներգետիկ արդյունաբերությունը Ռուսաստանում. ՋԷԿ-երը երկրում արտադրում են ավելի քան 1000 ՄՎտ՝ օգտագործելով ածուխը, գազը, նավթամթերքները, թերթաքարային հանքավայրերը և տորֆը որպես հումք: Առաջացած առաջնային էներգիան հետագայում վերածվում է էլեկտրաէներգիայի։ Տեխնոլոգիապես նման կայաններն ունեն բազմաթիվ առավելություններ, որոնք էլ պայմանավորում են դրանց ժողովրդականությունը։ Դրանք ներառում են աշխատանքային պայմանների նկատմամբ ոչ պահանջկոտ և աշխատանքային հոսքի տեխնիկական կազմակերպման հեշտություն:

Ջերմաէլեկտրակայանները կոնդենսացիոն կայանների և համակցված ջերմաէլեկտրակայանների տեսքով կարող են կառուցվել անմիջապես այն տարածքներում, որտեղ արդյունահանվում է սպառվող ռեսուրսը կամ որտեղ գտնվում է սպառողը: Սեզոնային տատանումները չեն ազդում կայանների կայունության վրա, ինչը դարձնում է այդպիսինէներգիայի աղբյուրները հուսալի են. Սակայն ՋԷԿ-երն ունեն նաև թերություններ, որոնք ներառում են սպառվող վառելիքի ռեսուրսների օգտագործումը, շրջակա միջավայրի աղտոտումը, մեծ քանակությամբ աշխատանքային ռեսուրսների միացման անհրաժեշտությունը և այլն:

Հիդրոէներգիա

Հիդրավլիկ կառույցները էներգետիկ ենթակայանների տեսքով նախատեսված են ջրի հոսքի էներգիան փոխակերպելու արդյունքում էլեկտրաէներգիա արտադրելու համար։ Այսինքն՝ գեներացման տեխնոլոգիական գործընթացն ապահովվում է արհեստական ու բնական երեւույթների համադրությամբ։ Աշխատանքի ընթացքում կայանը ստեղծում է ջրի բավարար ճնշում, որն այնուհետև ուղղվում է դեպի տուրբինի շեղբերները և ակտիվացնում էլեկտրական գեներատորները։ Էներգիայի հիդրոլոգիական տեսակները տարբերվում են օգտագործվող ագրեգատների տեսակից, սարքավորումների փոխազդեցության կոնֆիգուրացիան բնական ջրային հոսքերի հետ և այլն։ Ըստ կատարողականի ցուցանիշների՝ կարելի է առանձնացնել հիդրոէլեկտրակայանների հետևյալ տեսակները՝.

• Փոքր - արտադրում է մինչև 5 ՄՎտ:
• Միջին - մինչև 25 ՄՎտ.
• Հզոր - ավելի քան 25 ՄՎտ.

Կիրառվում է նաևդասակարգում՝ կախված ջրի ճնշման ուժից՝

• Ցածր ճնշման կայաններ - մինչև 25 մ.
• Միջին ճնշում - 25 մ-ից.
• Բարձր ճնշում - 60 մ-ից բարձր.

Հիդրոէլեկտրակայանների առավելությունները ներառում են շրջակա միջավայրի բարեկեցությունը, տնտեսական հասանելիությունը (անվճար էներգիա), անսպառ աշխատանքային ռեսուրսը: Միևնույն ժամանակ, հիդրոտեխնիկական կառույցները պահանջում են մեծ նախնական ծախսեր պահեստավորման ենթակառուցվածքի տեխնիկական կազմակերպման համար, ինչպես նաև սահմանափակումներ ունեն. Կայանների աշխարհագրական դիրքը. միայն այնտեղ, որտեղ գետերն ապահովում են ջրի բավարար ճնշում:

Ատոմային էներգիայի արդյունաբերություն

Ինչ-որ իմաստով սա ջերմային էներգիայի ենթատեսակ է, սակայն գործնականում ատոմակայանների կատարողականի ցուցանիշները մի կարգով ավելի բարձր են, քան ջերմային էլեկտրակայանները։ Ռուսաստանը օգտագործում է միջուկային էներգիայի արտադրության ամբողջական ցիկլեր, ինչը թույլ է տալիս արտադրել մեծ քանակությամբ էներգառեսուրսներ, սակայն կան նաև ուրանի հանքաքարի վերամշակման տեխնոլոգիաների կիրառման հսկայական ռիսկեր։ Անվտանգության հարցերի քննարկումը և այս ոլորտի խնդիրների հանրահռչակումը, մասնավորապես, իրականացնում է ANO «Միջուկային էներգիայի տեղեկատվական կենտրոնը», որը ներկայացուցչություններ ունի Ռուսաստանի 17 մարզերում։

Ռեակտորը առանցքային դեր է խաղում միջուկային էներգիայի արտադրության գործընթացների իրականացման գործում։ Սա միավոր է, որը նախատեսված է աջակցելու ատոմների տրոհման ռեակցիաներին, որոնք, իրենց հերթին, ուղեկցվում են ջերմային էներգիայի արտազատմամբ։ Կան տարբեր տեսակի ռեակտորներ, որոնք տարբերվում են օգտագործվող վառելիքի և հովացուցիչ նյութի տեսակից: Առավել հաճախ օգտագործվող կոնֆիգուրացիան թեթև ջրի ռեակտորն է, որն օգտագործում է սովորական ջուրը որպես հովացուցիչ նյութ: Ուրանի հանքաքարը միջուկային էներգիայի արդյունաբերության վերամշակման հիմնական ռեսուրսն է: Այդ պատճառով ատոմակայանները սովորաբար նախատեսված են ուրանի հանքավայրերին մոտ ռեակտորներ տեղակայելու համար: Այսօր Ռուսաստանում գործում է 37 ռեակտոր, որոնց ընդհանուր արտադրական հզորությունը կազմում է մոտ 190 մլրդ կՎտժ/տարի։։

Այլընտրանքային էներգիայի բնութագրերը

Այլընտրանքային էներգիայի գրեթե բոլոր աղբյուրները բարենպաստ համեմատություն ունենֆինանսական մատչելիություն և շրջակա միջավայրի բարեկեցություն: Փաստորեն, այս դեպքում վերամշակված ռեսուրսը (նավթ, գազ, ածուխ և այլն) փոխարինվում է բնական էներգիայով։ Սա կարող է լինել արևի լույսը, քամու հոսանքները, երկրի ջերմությունը և էներգիայի այլ բնական աղբյուրները, բացառությամբ հիդրոլոգիական ռեսուրսների, որոնք այժմ համարվում են ավանդական: Այլընտրանքային էներգիայի հայեցակարգերը գոյություն ունեն վաղուց, բայց մինչ օրս դրանք փոքր մասնաբաժին են զբաղեցնում ընդհանուր համաշխարհային էներգիայի մատակարարման մեջ։ Այս ճյուղերի զարգացման ձգձգումները կապված են էլեկտրաէներգիայի արտադրության գործընթացների տեխնոլոգիական կազմակերպման խնդիրների հետ։

Բայց ինչո՞վ է պայմանավորված այսօր այլընտրանքային էներգիայի ակտիվ զարգացումը։ Մեծ չափով շրջակա միջավայրի աղտոտվածության մակարդակը նվազեցնելու անհրաժեշտությունը և ընդհանրապես բնապահպանական խնդիրները։ Նաև, մոտ ապագայում մարդկությանը կարող է սպառվել էներգիայի արտադրության մեջ օգտագործվող ավանդական ռեսուրսները: Ուստի, չնայած կազմակերպչական և տնտեսական խոչընդոտներին, ավելի ու ավելի մեծ ուշադրություն է դարձվում էներգիայի այլընտրանքային ձևերի զարգացման նախագծերին։

Երկրաջերմային էներգիա

Տանը էներգիա ստանալու ամենատարածված միջոցներից մեկը: Երկրաջերմային էներգիան առաջանում է Երկրի ներքին ջերմության կուտակման, փոխանցման և փոխակերպման գործընթացում։ Արդյունաբերական մասշտաբով ստորգետնյա ապարները սպասարկվում են մինչև 2-3 կմ խորության վրա, որտեղ ջերմաստիճանը կարող է գերազանցել 100°C։ Ինչ վերաբերում է երկրաջերմային համակարգերի անհատական օգտագործմանը, ապա ավելի հաճախ օգտագործվում են մակերևութային կուտակիչներ, որոնք տեղակայված են ոչ թե խորության հորերում, այլ.հորիզոնական: Ի տարբերություն այլընտրանքային էներգիայի արտադրության այլ մոտեցումների, արտադրության ցիկլի գրեթե բոլոր երկրաջերմային էներգիայի աղբյուրները գործում են առանց փոխակերպման քայլի: Այսինքն՝ առաջնային ջերմային էներգիան նույն ձևով մատակարարվում է վերջնական սպառողին։ Հետևաբար, օգտագործվում է այնպիսի հասկացություն, ինչպիսին է երկրաջերմային ջեռուցման համակարգերը:

Արևային էներգիա

Այլընտրանքային էներգիայի հնագույն գաղափարներից մեկը, որն օգտագործում է ֆոտոգալվանային և ջերմադինամիկական համակարգերը որպես պահեստավորման սարքավորում: Ֆոտոէլեկտրական գեներացման մեթոդի իրականացման համար օգտագործվում են լույսի ֆոտոնների (քվանտաների) էներգիան էլեկտրականության փոխարկիչներ։ Թերմոդինամիկական կայանքները ավելի ֆունկցիոնալ են և արևային հոսքերի շնորհիվ կարող են ջերմություն առաջացնել էլեկտրաէներգիայի և մեխանիկական էներգիայի միջոցով՝ շարժիչ ուժ ստեղծելու համար:

Սխեմաները բավականին պարզ են, սակայն նման սարքավորումների շահագործման մեջ շատ խնդիրներ կան: Դա պայմանավորված է նրանով, որ արևային էներգիան, սկզբունքորեն, բնութագրվում է մի շարք առանձնահատկություններով՝ անկայունություն՝ ամենօրյա և սեզոնային տատանումներով, կախվածություն եղանակից, լույսի հոսքերի ցածր խտություն։ Ուստի արևային մարտկոցների և մարտկոցների նախագծման փուլում մեծ ուշադրություն է դարձվում օդերևութաբանական գործոնների ուսումնասիրությանը։

Ալիքի էներգիա

Ալիքներից էլեկտրաէներգիա առաջացնելու գործընթացը տեղի է ունենում մակընթացության էներգիայի փոխակերպման արդյունքում։ Այս տեսակի էլեկտրակայանների մեծ մասի հիմքում լողավազան է,որը կազմակերպվում է կա՛մ գետաբերանի անջատման ժամանակ, կա՛մ ծովածոցը պատնեշով փակելու ժամանակ։ Ձևավորված արգելապատնեշում դասավորված են հիդրավլիկ տուրբիններով հեղեղատարներ։ Երբ ջրի մակարդակը փոխվում է բարձր մակընթացությունների ժամանակ, տուրբինի շեղբերները պտտվում են, ինչը նպաստում է էլեկտրաէներգիայի արտադրությանը: Էներգիայի այս տեսակը մասամբ նման է հիդրոէլեկտրակայանների շահագործման սկզբունքներին, սակայն բուն ջրային ռեսուրսի հետ փոխազդեցության մեխանիզմը զգալի տարբերություններ ունի: Ալիքային կայանները կարող են օգտագործվել ծովերի և օվկիանոսների ափերին, որտեղ ջրի մակարդակը բարձրանում է մինչև 4 մ, ինչը հնարավորություն է տալիս արտադրել մինչև 80 կՎտ/մ հզորություն։ Նման կառույցների բացակայությունը պայմանավորված է նրանով, որ ջրհեղեղները խաթարում են քաղցրահամ և ծովային ջրի փոխանակումը, և դա բացասաբար է անդրադառնում ծովային օրգանիզմների կյանքի վրա։

Քամու էներգիա

Էլեկտրաէներգիայի արտադրության ևս մեկ մեթոդ, որը հասանելի է մասնավոր տնային տնտեսություններում օգտագործելու համար, որը բնութագրվում է տեխնոլոգիական պարզությամբ և տնտեսական մատչելիությամբ: Օդի զանգվածների կինետիկ էներգիան գործում է որպես վերամշակված ռեսուրս, իսկ պտտվող շեղբերով շարժիչը՝ որպես մարտկոց։ Սովորաբար, քամու էներգիան օգտագործում է էլեկտրական հոսանքի գեներատորներ, որոնք ակտիվանում են պտուտակներով ուղղահայաց կամ հորիզոնական ռոտորների պտտման արդյունքում: Այս տիպի միջին կենցաղային կայանը կարող է արտադրել 2-3 կՎտ:

Ապագայի էներգետիկ տեխնոլոգիաներ

Փորձագետների կարծիքով՝ մինչև 2100 թվականը ածխի և նավթի ընդհանուր բաժինը համաշխարհային հաշվեկշռում կկազմի մոտ 3%, ինչը պետք է հետ մղի ջերմամիջուկային էներգիան։որպես էներգիայի պաշարների երկրորդական աղբյուր։ Առաջին տեղը պետք է զբաղեցնեն արևային կայանները, ինչպես նաև անլար հաղորդման ալիքների հիման վրա տիեզերական էներգիայի փոխակերպման նոր հայեցակարգերը։ Ապագայի էներգիան դառնալու գործընթացները պետք է սկսվեն արդեն 2030 թվականին, երբ կգա ածխաջրածնային վառելիքի աղբյուրներից հրաժարվելու և «մաքուր» և վերականգնվող աղբյուրներին անցնելու շրջանը։։

Ռուսաստանի էներգետիկ հեռանկար

Ներքին էներգիայի ապագան հիմնականում կապված է բնական ռեսուրսների վերափոխման ավանդական ուղիների մշակման հետ։ Արդյունաբերության առանցքային տեղը պետք է զբաղեցնի միջուկային էներգիան, բայց համակցված տարբերակով։ Ատոմակայանների ենթակառուցվածքը պետք է համալրվի հիդրոտեխնիկայի տարրերով և էկոլոգիապես մաքուր կենսավառելիքի վերամշակման միջոցներով։ Զարգացման հնարավոր հեռանկարներում վերջին տեղը չէ արևային մարտկոցներին։ Ռուսաստանում, նույնիսկ այսօր, այս հատվածը շատ գրավիչ գաղափարներ է առաջարկում, մասնավորապես, վահանակներ, որոնք կարող են աշխատել նույնիսկ ձմռանը: Մարտկոցները փոխակերպում են լույսի էներգիան որպես այդպիսին՝ նույնիսկ առանց ջերմային բեռի։

Եզրակացություն

Էներգամատակարարման ժամանակակից խնդիրները ամենամեծ պետություններին դնում են ընտրության առաջ՝ էներգիայի և շրջակա միջավայրի մաքրության՝ ջերմության և էլեկտրաէներգիայի արտադրության միջև: Զարգացած այլընտրանքային էներգիայի աղբյուրների մեծ մասը, իր բոլոր առավելություններով հանդերձ, ի վիճակի չէ լիովին փոխարինել ավանդական ռեսուրսներին, որոնք, իրենց հերթին, կարող են օգտագործվել ևս մի քանի տասնամյակ։ Հետեւաբար, ապագայի էներգիան շատ էփորձագետները դա ներկայացնում են որպես էներգիայի արտադրության տարբեր հասկացությունների մի տեսակ սիմբիոզ: Ընդ որում, նոր տեխնոլոգիաներ են սպասվում ոչ միայն արդյունաբերական մակարդակում, այլեւ տնային տնտեսություններում։ Այս առումով կարելի է նշել էներգիայի արտադրության գրադիենտ-ջերմաստիճան և կենսազանգվածի սկզբունքները։