Tipi di energia: tradizionale e alternativa. Energia del futuro

2024 Autore: Howard Calhoun | [email protected]. Ultima modifica: 2023-12-17 10:31

Tutte le aree di energia esistenti possono essere suddivise condizionatamente in mature, in via di sviluppo e in fase di studio teorico. Alcune tecnologie sono disponibili per l'implementazione anche in un'economia privata, mentre altre possono essere utilizzate solo nell'ambito del sostegno industriale. È possibile considerare e valutare le moderne tipologie di energia da diverse posizioni, ma sono di fondamentale importanza criteri universali di fattibilità economica ed efficienza produttiva. Per molti aspetti, i concetti di utilizzo delle tecnologie di generazione di energia tradizionali e alternative divergono oggi in questi parametri.

Energia tradizionale

Questo è un ampio strato di industrie consolidate di energia e calore, che forniscono circa il 95% dei consumatori di energia del mondo. La generazione della risorsa avviene in stazioni speciali: questi sono gli oggetti di centrali termiche, centrali idroelettriche, centrali nucleari, ecc. Funzionano con una base di materia prima pronta, nel processo di elaborazione che l'energia target è generato. Si distinguono le seguenti fasi di produzione di energia:

• Produzione, preparazione e consegna delle materie prime aoggetto di produzione dell'uno o dell' altro tipo di energia. Questi possono essere processi di estrazione e arricchimento di carburante, combustione di prodotti petroliferi, ecc.
• Trasferimento di materie prime a unità e assiemi che convertono direttamente energia.
• Processi di conversione dell'energia da primaria a secondaria. Questi cicli non sono presenti in tutte le stazioni, ma, ad esempio, per comodità di erogazione e successiva distribuzione dell'energia, se ne possono utilizzare varie forme, principalmente calore ed elettricità.
• Mantenimento dell'energia convertita finita, sua trasmissione e distribuzione.

Nella fase finale, la risorsa viene inviata agli utenti finali, che possono essere sia i settori dell'economia nazionale che i normali proprietari di case.

Industria dell'energia termica

L'industria energetica più comune in Russia. Le centrali termoelettriche del paese producono più di 1.000 MW utilizzando carbone, gas, prodotti petroliferi, depositi di scisto e torba come materia prima. L'energia primaria generata viene ulteriormente convertita in elettricità. Tecnologicamente, tali stazioni hanno molti vantaggi, che ne determinano la popolarità. Questi includono condizioni operative poco impegnative e facilità di organizzazione tecnica del flusso di lavoro.

Gli impianti termoelettrici sotto forma di impianti di condensazione e centrali termoelettriche combinate possono essere costruiti direttamente nelle aree in cui viene estratta la risorsa consumabile o in cui si trova il consumatore. Le fluttuazioni stagionali non influiscono sulla stabilità delle stazioni, il che la rende talele fonti di energia sono affidabili. Ma i TPP presentano anche degli svantaggi, che includono l'uso di risorse combustibili esauribili, l'inquinamento ambientale, la necessità di collegare grandi quantità di risorse di lavoro, ecc.

Idroelettrico

Le strutture idrauliche sotto forma di sottostazioni energetiche sono progettate per generare elettricità come risultato della conversione dell'energia del flusso d'acqua. Cioè, il processo tecnologico di generazione è fornito da una combinazione di fenomeni artificiali e naturali. Durante il funzionamento, la stazione crea una pressione sufficiente dell'acqua, che viene quindi diretta alle pale della turbina e aziona i generatori elettrici. I tipi di energia idrologica differiscono per il tipo di unità utilizzate, la configurazione dell'interazione delle apparecchiature con i flussi d'acqua naturali, ecc. Secondo gli indicatori di prestazione, si possono distinguere le seguenti tipologie di centrali idroelettriche:

• Piccolo: genera fino a 5 MW.
• Medio - fino a 25 MW.
• Potente - più di 25 MW.

Si applica anche una classificazione in base alla forza della pressione dell'acqua:

• Centrali a bassa pressione - fino a 25 m.
• Media pressione - da 25 m.
• Alta pressione - sopra i 60 m.

I vantaggi delle centrali idroelettriche includono il rispetto dell'ambiente, la disponibilità economica (energia gratuita), una risorsa lavorativa inesauribile. Allo stesso tempo, le strutture idrauliche richiedono ingenti costi iniziali per l'organizzazione tecnica dell'infrastruttura di stoccaggio e hanno anche limitazioniposizione geografica delle stazioni - solo dove i fiumi forniscono una pressione idrica sufficiente.

Industria nucleare

In un certo senso, si tratta di una sottospecie di energia termica, ma in pratica gli indicatori di prestazione delle centrali nucleari sono di un ordine di grandezza superiori a quelli delle centrali termiche. La Russia utilizza cicli completi di generazione di energia nucleare, che consente di generare grandi quantità di risorse energetiche, ma ci sono anche enormi rischi nell'utilizzo delle tecnologie di lavorazione del minerale di uranio. La discussione sulle questioni di sicurezza e la divulgazione dei compiti di questo settore, in particolare, è svolta da ANO "Centro informativo per l'energia nucleare", che ha uffici di rappresentanza in 17 regioni della Russia.

Il reattore gioca un ruolo chiave nell'esecuzione dei processi di generazione di energia nucleare. Si tratta di un'unità progettata per supportare le reazioni di fissione degli atomi, che, a loro volta, sono accompagnate dal rilascio di energia termica. Esistono diversi tipi di reattori, che differiscono per il tipo di combustibile e liquido di raffreddamento utilizzati. La configurazione più comunemente utilizzata è con un reattore ad acqua leggera che utilizza acqua normale come refrigerante. Il minerale di uranio è la principale risorsa di lavorazione nell'industria dell'energia nucleare. Per questo motivo, le centrali nucleari sono solitamente progettate per posizionare i reattori vicino ai depositi di uranio. Oggi ci sono 37 reattori in funzione in Russia, la cui capacità di generazione totale è di circa 190 miliardi di kWh/anno.

Caratteristiche dell'energia alternativa

Quasi tutte le fonti di energia alternativa si confrontano favorevolmenteaccessibilità finanziaria e rispetto dell'ambiente. Infatti, in questo caso, la risorsa trasformata (petrolio, gas, carbone, ecc.) viene sostituita con energia naturale. Può trattarsi della luce solare, delle correnti del vento, del calore della terra e di altre fonti naturali di energia, ad eccezione delle risorse idrologiche, che ora sono considerate tradizionali. I concetti di energia alternativa esistono da molto tempo, ma fino ad oggi occupano una piccola quota dell'approvvigionamento energetico mondiale totale. I ritardi nello sviluppo di queste industrie sono associati a problemi nell'organizzazione tecnologica dei processi di generazione dell'elettricità.

Ma qual è la ragione dello sviluppo attivo delle energie alternative oggi? In larga misura, la necessità di ridurre il tasso di inquinamento ambientale e problemi ambientali in generale. Inoltre, nel prossimo futuro, l'umanità potrebbe affrontare l'esaurimento delle risorse tradizionali utilizzate nella produzione di energia. Pertanto, nonostante gli ostacoli organizzativi ed economici, sempre più attenzione è rivolta ai progetti per lo sviluppo di forme di energia alternative.

Energia geotermica

Uno dei modi più comuni per ottenere energia a casa. L'energia geotermica si genera nel processo di accumulo, trasferimento e trasformazione del calore interno della Terra. Su scala industriale, le rocce sotterranee sono servite a profondità fino a 2-3 km, dove la temperatura può superare i 100°C. Per quanto riguarda l'uso individuale dei sistemi geotermici, vengono utilizzati più spesso accumulatori di superficie, situati non in pozzi in profondità, maorizzontalmente. A differenza di altri approcci alla generazione di energia alternativa, quasi tutte le fonti di energia geotermica nel ciclo produttivo non prevedono una fase di conversione. Cioè, l'energia termica primaria nella stessa forma viene fornita al consumatore finale. Pertanto, viene utilizzato un concetto come i sistemi di riscaldamento geotermico.

Energia solare

Uno dei più antichi concetti di energia alternativa, che utilizza sistemi fotovoltaici e termodinamici come apparecchiature di accumulo. Per implementare il metodo di generazione fotoelettrica, vengono utilizzati convertitori dell'energia dei fotoni luminosi (quanta) in elettricità. Gli impianti termodinamici sono più funzionali e, grazie ai flussi solari, possono generare sia calore con energia elettrica che meccanica per creare una forza motrice.

Gli schemi sono abbastanza semplici, ma ci sono molti problemi nel funzionamento di tali apparecchiature. Ciò è dovuto al fatto che l'energia solare, in linea di principio, è caratterizzata da una serie di caratteristiche: instabilità dovuta alle fluttuazioni giornaliere e stagionali, dipendenza dalle condizioni meteorologiche, bassa densità dei flussi luminosi. Pertanto, in fase di progettazione di pannelli solari e batterie, viene prestata molta attenzione allo studio dei fattori meteorologici.

Energia delle onde

Il processo di generazione dell'elettricità dalle onde avviene come risultato della trasformazione dell'energia della marea. Al centro della maggior parte delle centrali di questo tipo c'è una piscina,che si organizza o durante la separazione della foce del fiume, o bloccando la baia con una diga. Nella barriera formata sono disposti canali sotterranei con turbine idrauliche. Quando il livello dell'acqua cambia durante l' alta marea, le pale della turbina ruotano, il che contribuisce alla generazione di elettricità. In parte, questo tipo di energia è simile ai principi di funzionamento delle centrali idroelettriche, ma la meccanica di interazione con la risorsa idrica stessa presenta differenze significative. Le stazioni a onde possono essere utilizzate sulle coste dei mari e degli oceani, dove il livello dell'acqua sale a 4 m, consentendo di generare potenza fino a 80 kW/m. La mancanza di tali strutture è dovuta al fatto che i canali sotterranei interrompono lo scambio di acqua dolce e di mare, e questo influisce negativamente sulla vita degli organismi marini.

Energia eolica

Un altro metodo di generazione di energia elettrica disponibile per l'uso nelle abitazioni private, caratterizzato da semplicità tecnologica e convenienza economica. L'energia cinetica delle masse d'aria funge da risorsa elaborata e un motore con pale rotanti funge da batteria. Tipicamente, l'energia eolica utilizza generatori di corrente elettrica, che vengono attivati a seguito della rotazione di rotori verticali o orizzontali con eliche. Una stazione domestica media di questo tipo è in grado di generare 2-3 kW.

Tecnologie energetiche del futuro

Secondo gli esperti, entro il 2100 la quota combinata di carbone e petrolio nell'equilibrio globale sarà di circa il 3%, il che dovrebbe respingere l'energia termonuclearecome fonte secondaria di risorse energetiche. Le stazioni solari dovrebbero prendere il primo posto, così come i nuovi concetti per la conversione dell'energia spaziale sulla base di canali di trasmissione wireless. I processi per diventare l'energia del futuro dovrebbero iniziare già nel 2030, quando arriverà il periodo di abbandono delle fonti di idrocarburi e il passaggio a risorse "pulite" e rinnovabili.

Prospettive energetiche russe

Il futuro dell'energia domestica è principalmente associato allo sviluppo di metodi tradizionali di trasformazione delle risorse naturali. Il posto chiave nell'industria dovrà essere occupato dal nucleare, ma in una versione combinata. L'infrastruttura delle centrali nucleari dovrà essere integrata da elementi di ingegneria idraulica e mezzi per la lavorazione di biocarburanti rispettosi dell'ambiente. Non l'ultimo posto nelle possibili prospettive di sviluppo è dato alle batterie solari. In Russia, ancora oggi, questo segmento offre molte idee interessanti, in particolare pannelli che possono funzionare anche in inverno. Le batterie convertono l'energia della luce in quanto tale, anche senza carico termico.

Conclusione

I moderni problemi di approvvigionamento energetico mettono gli stati più grandi davanti a una scelta tra energia e pulizia ambientale della produzione di calore e elettricità. La maggior parte delle fonti energetiche alternative sviluppate, con tutti i loro vantaggi, non sono in grado di sostituire completamente le risorse tradizionali, che, a loro volta, possono essere utilizzate per diversi decenni. Pertanto, l'energia del futuro è moltegli esperti lo presentano come una sorta di simbiosi di vari concetti di generazione di energia. Inoltre, le nuove tecnologie sono attese non solo a livello industriale, ma anche nelle famiglie. A questo proposito, si possono notare i principi del gradiente termico e della biomassa della generazione di energia.