Kuinka saada sähköä tyhjästä. Sähkön lähteet. Saalista ilmasta

Tässä artikkelissa puhumme siitä, kuinka sähköä tuotetaan.

Tärkein ja kenties tärkein osa kaikissa sähköä tuottavissa voimalaitoksissa on tietysti sähkögeneraattori. Tämä sähkölaite pystyy muuttamaan mekaanisen työn sähköksi. Ulkoisesti se näyttää tavalliselta sähkömoottorilta, ja sisällä se ei eroa paljon.

Sähkögeneraattorin perustoimintaperiaate ja toiminta perustuvat Faradayn sähkömagneettisen induktion lakiin. EMF:n luomiseksi tarvitaan kaksi ehtoa. Ensinnäkin tämä on kuparikäämin muodossa oleva piiri ja magneettivuon läsnäolo, joka yleensä syntyy tavanomaisen magneetin tai lisäkäämin avulla.

Siten, jotta haluttu EMF ilmestyisi sähkögeneraattorin ulostuloon, on tarpeen siirtää magneettia tai käämiä suhteessa toisiinsa. Piirin läpi kulkeva magneettivuo tuottaa lopulta sähköä. Lisäksi pyörimisnopeus vaikuttaa suoraan syntyvän jännitteen määrään. Nyt kun meillä on käsitys sähkögeneraattorista, meidän on vain löydettävä sen liikkeen lähde, eli sähkön lähteet.

Vuonna 1882 suuri tiedemies Thomas Edison käynnisti maailman ensimmäisen lämpövoimalan (TPP), joka käyttää höyrykonetta. Höyrykone oli tuolloin paras laite höyryveturin ja tuotantokoneen liikkeen luomiseen.

Tietysti myös voimalaitos toimi höyryllä. Kun vettä lämmitetään kattilassa, muodostuu korkeapainehöyryä, joka syötetään turbiinin lapoihin tai männällä varustettuun sylinteriin työntäen sitä siten, mikä johtaa mekaaniseen liikkeeseen veden lämmittämisen vuoksi. Polttoaineena käytetään yleensä hiiltä, polttoöljyä, maakaasua, turvetta - sanalla sanoen mitä tahansa, mikä palaa hyvin.

Vesivoimalaitokset ovat erikoisrakenteita, jotka on rakennettu joen putoamispaikalle ja käyttävät sen energiaa sähkögeneraattorin pyörittämiseen. Ehkä tämä on vaarattomin tapa tuottaa sähköä, koska polttoainetta ei polteta eikä haitallista jätettä.

Ydinvoimalaitokset ovat periaatteessa hyvin samankaltaisia kuin lämpövoimalaitokset, ainoa ero on, että lämpövoimalaitoksissa ne käyttävät palavaa polttoainetta veden lämmittämiseen ja höyryn tuottamiseen, ja ydinvoimalaitoksissa lämmönlähteenä on ydinreaktion aikana vapautuva lämpö. . Reaktori sisältää radioaktiivista ainetta, yleensä uraania, joka hajoaessaan vapauttaa suuren määrän lämpöä ja lämmittää siten kattilan vedellä, minkä jälkeen vapautuu höyryä turbiinin ja sähkögeneraattorin pyörittämiseksi.

Ydinvoimalaitokset ovat toisaalta erittäin kannattavia, koska pienellä ainemäärällä ne voivat tuottaa paljon energiaa. Mutta kaikki ei ole niin ruusuista. Vaikka ydinvoimalat tarjoavat korkean turvallisuustason, on edelleen kohtalokkaita virheitä, kuten Tšernobylin ydinvoimala. Ydinpolttoaineen käytön jälkeenkin jätettä jää jäljelle, eikä niitä voi hävittää.

Sähkönlähteitä on myös laaja valikoima ja paljon vähemmän käytettyjä, toisin kuin tärkeimmät. Näitä ovat esimerkiksi tuulivoimalat, jotka muuttavat tavallisen tuulivoiman suoraan sähkövirraksi.

Viime aikoina aurinkopaneeleista on tullut erittäin suosittuja. Heidän työnsä perustuu auringosta peräisin olevien auringonsäteiden tai tarkemmin sanottuna sen fotonien muuntamiseen. Valokenno koostuu kahdesta ohuesta kerroksesta puolijohdemateriaalia; kun auringonsäteily osuu kahden puolijohteen väliseen kosketusrajaan, syntyy emf, joka voi myöhemmin tuottaa sähkövirran lähtöelektrodeihinsa.

Oletetaan, että löydät itsesi autiolta saarelta tai juuttunut maalaistaloon ei sähköä, ja puhelimen akku on vähissä. He auttavat sinua soittamaan hengenpelastuspuhelun, joka voi mahdollisesti pelastaa jonkun hengen. Seuraavat vinkit sähkön tuottamiseen.

Koskaan ei tiedä milloin saatat tarvita sähköä.

Kuinka saada sähköä:

Menetelmä 1. Sähkö puusta.

Lähes mihin tahansa yksinkertaiseen tapaan saada sähköä ilmaiseksi ilman yhteyttä olemassa olevaan sähköverkkoon tulee varmasti tarpeeseen galvaaniset kennot, nimittäin kaksi metallia, jotka muodostavat pariksi muodostuneena vastakkaisesti polarisoidun anodin ja katodin vastaavasti.

Nyt jää vain kiinnittää yksi niistä, esimerkiksi alumiinitanko tai rautanaula, lähimpään puuhun niin, että se tunkeutuu kokonaan kuoren läpi itse puunrunkoon, ja kiinnittää toinen elementti, esimerkiksi kupari. putkeen, läheiseen maahan niin, että se menee maahan 15-20 cm. En ihmettelisi, jos kupariputken ja alumiinitangon väliin syntyisi noin 1 voltin jännite. Mitä enemmän sauvoja työnnät puuhun, sitä parempi on tällä tavalla tuotetun sähkön laatu (virranvoimakkuus). Älä vain hurahdu, muista, että puu on yhtä elävä kuin sinä. Sinun tulisi käyttää tätä menetelmää vain viimeisenä keinona! Älä unohda sitten poistaa tapit puusta ja peittää ne hartsilla.

Kuinka saada sähköä:Menetelmä 2

Sähköä hedelmistä?

Appelsiinit, sitruunat, perunat ja muut hedelmät ovat kaikki ihanteellisia elektrolyyttejä sähkön tuottamiseen, varsinkin jos äärimmäinen tilanne löytää sinut lähellä päiväntasaajaa. , jolloin sähkösi jännite on jopa 2 volttia!

Kuinka saada sähköä:Menetelmä 3. Sähköä suolavedestä?

Jos sinulla on on kuparilankaa ja kalvoa, sähkön tuotantokustannukset ovat tässä tapauksessa nolla. Täytämme useita laseja suolavedellä ja yhdistämme ne kuparilangalla lasista lasiin. Jokaisen lasit yhdistävän johdon toinen pää on kierrettävä alumiinifolio.

Kuinka saada sähköä:Menetelmä 4. Sähköä perunoista?

Sinulla ei ole sitä mökilläsi sähköä mutta siellä on laukku perunat. Perunan mukuloista voit saa sähköä ilmaiseksi, Tarvitsemme vain suolaa, hammastahnaa, lankoja Ja peruna.

Leikkaa se kahtia veitsellä, vedä johdot toisen puolikkaan läpi, tee toiseen keskelle lusikan muotoinen syvennys ja täytä se sitten suolalla sekoitettulla hammastahnalla.

Yhdistä puolikkaat perunat(esimerkiksi hammastikkuja), ja johtojen tulee olla kosketuksissa hammastahna, ja on parempi puhdistaa ne itse. Kaikki! Nyt voit käyttää sähkögeneraattoriasi ihmisten kiduttamiseen sytyttämällä tuleen sähkökipinällä ja sytyttämällä improvisoituja hehkulamppuja hiiltyneillä bambukuiduilla filamenttien sijaan.

Sitten voit keittää loput perunat samassa tulessa)

Mitkä metallit ovat parhaita?

Tässä on lyhyt taulukko jännitesarjoista. Mitä kauempana metallit ovat toisistaan, sitä suurempi jännite kaikissa muissa identtisissä olosuhteissa saat:

Kuinka saada sähköä:Menetelmä 5. Sähköä tyhjästä?

Ehdottomasti rakentaa tuuliturbiini, mikä ei muuten ole niin vaikeaa. Tarvitset vain kierteiset siivet, joita pyörittää tuulen voima, ja sähkögeneraattori mekaanisen energian muuttamiseksi sähköksi.

Voit myös saada ilmainen sähkö mistä tahansa moottorista!

*Kuinka tehdä akku?

Lyijy ja rikkihappo ovat jo vuosikymmeniä osoittautuneet yleiseksi sähköntuottajaksi erinomaisella teholla, jota käytetään kaikkialla, esimerkiksi autojen akuissa.

Tätä varten tarvitsemme molemmat komponentit, jotka on yhdistettävä keraamiseen astiaan (saven löytäminen äärimmäisissä olosuhteissa ja sen polttaminen ei pitäisi olla sinulle vaikeaa).

Johdanto………………………………………………………………………….2

minä . Tärkeimmät menetelmät energian saamiseksi…………………….3

1. Lämpövoimalaitokset……………..……………………3

2. Vesivoimalaitokset ………………………………… 5

3. Ydinvoimalaitokset………………………..…………6

II . Epäperinteiset energialähteet…………………………..9

1. Tuulienergia………………………………………………………9

2. Geoterminen energia……………………………………11

3. Valtameren lämpöenergia……………………………….12

4. Alamäkien ja virtausten energia………………………………………………………………………………………………………

5. Merivirtojen energia………………………………13

6. Aurinkoenergia………………………………………………………14

7. Vetyenergia……………………………………17

Johtopäätös……………………………………………………19

Kirjallisuus……………………………………………………….21

Johdanto.

Tieteellinen ja teknologinen kehitys on mahdotonta ilman energian ja sähköistyksen kehitystä. Työn tuottavuuden lisäämiseksi tuotantoprosessien mekanisointi ja automatisointi sekä ihmistyövoiman korvaaminen konetyöllä ovat ensiarvoisen tärkeitä. Mutta suurin osa teknisistä mekanisoinnin ja automaation keinoista (laitteet, instrumentit, tietokoneet) on sähköinen. Sähköenergiaa käytetään erityisen laajalti sähkömoottoreiden käyttämiseen. Sähkökoneiden teho (käyttötarkoituksesta riippuen) vaihtelee watin murto-osista (mikromoottorit, joita käytetään monilla tekniikan aloilla ja kotitaloustuotteissa) valtaviin, miljoona kilowattia ylittäviin arvoihin (voimalaitosgeneraattorit).

Ihmiskunta tarvitsee sähköä, ja sen tarve kasvaa vuosi vuodelta. Samaan aikaan perinteisten luonnonpolttoaineiden (öljy, kivihiili, kaasu jne.) varat ovat rajalliset. Siellä on myös rajalliset ydinpolttoainevarat - uraani ja torium, joista plutoniumia voidaan tuottaa jalostusreaktoreissa. Siksi on tänään tärkeää löytää kannattavia sähkönlähteitä, jotka ovat kannattavia paitsi halvan polttoaineen, myös suunnittelun, toiminnan yksinkertaisuuden, aseman rakentamiseen tarvittavien materiaalien alhaisten kustannusten kannalta, ja asemien kestävyys.

Tämä tiivistelmä on lyhyt katsaus ihmisen energiavarojen nykytilasta. Työssä tarkastellaan perinteisiä sähköenergian lähteitä. Työn tarkoituksena on ennen kaikkea tutustua tämän epätavallisen laajan aiheen tämänhetkiseen tilanteeseen.

Perinteisiä lähteitä ovat pääasiassa lämpö-, ydin- ja vesivirtausenergia.

Venäjän energia koostuu nykyään 600 lämpö-, 100 hydrauli- ja 9 ydinvoimalasta. Aurinko-, tuuli-, hydroterminen- ja vuorovesienergiaa ensisijaisena lähteenä käyttäviä voimalaitoksia on tietysti useita, mutta niiden tuottaman energian osuus on hyvin pieni verrattuna lämpö-, ydin- ja vesivoimaloihin.

minä . Tärkeimmät tavat saada energiaa.

1. Lämpövoimalaitokset.

Lämpövoimalaitos (TPP), voimalaitos, joka tuottaa sähköä fossiilisten polttoaineiden palamisen yhteydessä vapautuvan lämpöenergian muuntamisen tuloksena. Ensimmäiset lämpövoimalat ilmestyivät lopussa. 1800-luvulla ja yleistyi pääasiassa. Kaikki R. 70-luku 20. vuosisata Lämpövoimalaitokset ovat voimalaitosten päätyyppi. Niiden tuottaman sähkön osuus oli: Venäjällä ja USA:ssa St. 80 % (1975), maailmanlaajuisesti noin 76 % (1973).

Noin 75 % kaikesta Venäjän sähköstä tuotetaan lämpövoimalaitoksissa. Suurin osa Venäjän kaupungeista saa energiansa lämpövoimaloista. CHP-laitoksia käytetään usein kaupungeissa - sähkön ja lämmön yhteistuotantolaitoksia, jotka tuottavat paitsi sähköä myös lämpöä kuuman veden muodossa. Tällainen järjestelmä on melko epäkäytännöllinen, koska Toisin kuin sähkökaapeleissa, lämmitysverkkojen luotettavuus on erittäin alhainen pitkillä etäisyyksillä, keskitetyn lämmönsyötön hyötysuhde heikkenee huomattavasti jäähdytysnesteen lämpötilan laskun vuoksi. On arvioitu, että kun lämpöjohdot ovat yli 20 km pitkiä (tyypillinen tilanne useimmille kaupungeille), sähkökattilan asentaminen omakotitaloon on taloudellisesti kannattavaa.

Lämpövoimalaitoksissa polttoaineen kemiallinen energia muunnetaan ensin mekaaniseksi ja sitten sähköenergiaksi.

Tällaisen voimalaitoksen polttoaineena voi olla hiili, turve, kaasu, öljyliuske ja polttoöljy. Lämpövoimalaitokset jaetaan lauhdevoimalaitoksiin (CHP), jotka on suunniteltu tuottamaan vain sähköenergiaa, sekä lämmön ja sähkön yhteistuotantolaitoksiin (CHP), jotka tuottavat sähkön lisäksi lämpöenergiaa kuuman veden ja höyryn muodossa. Alueellisesti merkittäviä suuria CPP:itä kutsutaan osavaltion piirivoimalaitoksiksi (SDPP).

Yksinkertaisin kaavio hiilikäyttöisestä CES:stä on esitetty kuvassa. Kivihiili syötetään polttoainebunkkeriin 1 ja siitä murskausyksikköön 2, jossa se muuttuu pölyksi. Hiilipöly tulee höyrygeneraattorin (höyrykattilan) 3 uuniin, jossa on putkijärjestelmä, jossa kiertää kemiallisesti puhdistettua vettä, jota kutsutaan syöttövedeksi. Kattilassa vesi kuumennetaan, haihdutetaan ja tuloksena oleva kylläinen höyry saatetaan 400-650°C:n lämpötilaan ja tulee 3-24 MPa:n paineessa höyrylinjaa pitkin höyryturbiiniin 4. Höyryparametrit riippuvat yksiköiden tehosta.

Lauhdevoimaloiden hyötysuhde on alhainen (30-40 %), koska suurin osa energiasta menetetään savukaasujen ja lauhduttimen jäähdytysveden mukana.

CPP:t on edullista rakentaa polttoaineen tuotantolaitosten läheisyyteen. Tällöin sähkönkuluttajat voivat sijaita huomattavan etäisyyden päässä asemasta.

Sähkön ja lämmön yhteislaitos eroaa lauhdutusasemasta sillä, että siihen on asennettu erityinen lämpöturbiini höyrynpoistolla. Lämpövoimalaitoksessa yksi osa höyrystä käytetään kokonaan turbiinissa sähkön tuottamiseen generaattorissa 5 ja menee sitten lauhduttimeen 6, ja toinen osa, jonka lämpötila ja paine on korkeampi (kuvassa katkoviiva), otetaan turbiinin välivaiheesta ja käytetään lämmön syöttöön. Lauhde syötetään pumpulla 7 ilmanpoiston 8 kautta ja sitten syöttöpumpulla 9 höyrystimeen. Otettavan höyryn määrä riippuu yritysten lämpöenergiatarpeesta.

Lämpövoimalaitosten hyötysuhde on 60-70 %.

Tällaiset asemat rakennetaan yleensä lähelle kuluttajia - teollisuusyrityksiä tai asuinalueita. Useimmiten ne toimivat tuontipolttoaineella.

Tarkasteltavat lämpövoimalaitokset luokitellaan höyryturbiiniasemiksi päälämpöyksikön - höyryturbiinin - tyypin perusteella. Lämpöasemat kaasuturbiinilla (GTU), yhdistelmäkaasuturbiinilla (CCGT) ja dieselyksiköillä ovat vähentyneet merkittävästi.

Taloudellisimmat ovat suuret lämpöhöyryturbiinivoimalaitokset (lyhennetty TPP). Useimmat maamme lämpövoimalaitokset käyttävät polttoaineena hiilipölyä. Yhden kWh:n sähkön tuottamiseen kuluu useita satoja grammoja hiiltä. Höyrykattilassa yli 90 % polttoaineen vapauttamasta energiasta siirtyy höyryksi. Turbiinissa höyrysuihkujen liike-energia siirtyy roottoriin. Turbiinin akseli on liitetty jäykästi generaattorin akseliin.

Nykyaikaiset lämpövoimalaitosten höyryturbiinit ovat erittäin kehittyneitä, nopeita, erittäin taloudellisia koneita, joilla on pitkä käyttöikä. Niiden teho yksiakselisessa versiossa saavuttaa 1 miljoona 200 tuhatta kW, eikä tämä ole raja. Tällaiset koneet ovat aina monivaiheisia, eli niissä on yleensä useita kymmeniä levyjä, joissa on työterät ja samat

kunkin kiekon edessä olevien suutinryhmien lukumäärä, joiden läpi höyry virtaa. Höyryn paine ja lämpötila laskevat vähitellen.

Fysiikan kurssista tiedetään, että lämpökoneiden hyötysuhde kasvaa käyttönesteen alkulämpötilan noustessa. Siksi turbiiniin tuleva höyry saatetaan korkeisiin parametreihin: lämpötila - melkein 550 ° C ja paine - jopa 25 MPa. Lämpövoimalaitosten hyötysuhde on 40 %. Suurin osa energiasta menetetään kuuman poistohöyryn mukana.

Tiedemiesten mukaan lähitulevaisuuden energiasektori perustuu jatkossakin uusiutumattomiin luonnonvaroihin perustuvaan lämpövoiman tuotantoon. Mutta sen rakenne tulee muuttumaan. Öljyn käyttöä on vähennettävä. Ydinvoimalaitosten sähköntuotanto lisääntyy merkittävästi. Vielä koskemattomien jättimäisten halvan kivihiilivarantojen käyttö aloitetaan esimerkiksi Kuznetskin, Kansk-Achinskin ja Ekibastuzin altaissa. Maakaasua, jonka varannot maassamme ovat huomattavasti muiden maiden varannot suuremmat, tullaan käyttämään laajasti.

Valitettavasti öljy-, kaasu- ja hiilivarat eivät ole loputtomat. Luonnolta kesti miljoonia vuosia luoda nämä varat, ja ne käytetään loppuun satojen vuosien aikana. Nykyään maailma on alkanut vakavasti miettiä, kuinka estää maallisen vaurauden saalistusryöstö. Loppujen lopuksi vain näissä olosuhteissa polttoainevarat voivat kestää vuosisatoja.

2. Vesivoimalaitokset.

Vesivoimala, vesivoimalaitos (HES), rakennusten ja laitteiden kokonaisuus, jonka läpi veden virtauksen energia muunnetaan sähköenergiaksi. Vesivoimalaitos koostuu peräkkäisestä ketjusta hydraulisia rakenteita, jotka tarjoavat tarvittavan vesivirtauksen keskittymisen sekä paineen ja energian luomisen. laitteisto, joka muuttaa paineen alaisena liikkuvan veden energian mekaaniseksi pyörimisenergiaksi, joka puolestaan muunnetaan sähköenergiaksi.

Vesivoiman käyttö- ja painekeskittymiskaavion mukaan vesivoimalaitokset jaetaan yleensä joki-, pato-, paine- ja vapaavirtausohjattuihin, seka-, pumppu- ja vuorovesivarastoihin. Joki- ja patopohjaisissa vesivoimalaitoksissa vedenpaine syntyy padolla, joka tukkii joen ja nostaa veden pintaa yläaltaassa. Samaan aikaan jotkut tulvat jokilaaksossa ovat väistämättömiä. Jos samalle joenosalle rakennetaan kaksi patoa, tulva-alue pienenee. Alankoisilla joilla korkein taloudellisesti sallittu Tulva-alue rajoittaa padon korkeutta. Run-of-joki ja lähellä patoa vesivoimaloita rakennetaan sekä alankomaiden korkeavetisille joille että vuoristojoille, kapeisiin puristettuihin laaksoihin.

Juoksevan vesivoimalaitoksen rakenteita ovat padon lisäksi vesivoimalaitoksen rakennus ja ylivirtausrakenteet (kuva 4). Hydraulisten rakenteiden koostumus riippuu pään korkeudesta ja asennetusta tehosta. Juoksevalla vesivoimalaitoksella rakennus hydrauliikkayksiköineen toimii padon jatkona ja muodostaa yhdessä sen kanssa painerintaman. Samanaikaisesti ylempi allas on toiselta puolelta vesivoimalaitosrakennuksen vieressä ja alaallas toiselta puolelta sen vieressä. Hydrauliturbiinien syöttöspiraalikammiot tuloosineen on asetettu ylävirran tason alle, kun taas imuputkien poisto-osat upotetaan alavirran tason alle.

Vesilaitoksen käyttötarkoituksen mukaan se voi sisältää laivaussulut tai laivahissin, kalankulkurakenteita, kastelun ja vesihuollon vedenottorakenteita. Run-of-the-joen vesivoimalaitoksissa joskus ainoa rakenne, joka päästää vettä läpi, on vesivoimalaitosrakennus. Näissä tapauksissa hyödyllinen vesi kulkee peräkkäin tuloosan läpi jätettä pidättävien ritilöiden, spiraalikammion, hydrauliturbiinin ja imuputken avulla, ja joen tulvavirtaukset poistetaan vierekkäisten turbiinikammioiden välisten erityisten kanavien kautta. Jokivesivoimalaitoksille on ominaista jopa 30-40 metrin paineet, yksinkertaisimpia jokivesivoimaloita ovat myös aiemmin rakennetut pienitehoiset maaseudun vesivoimalaitokset. Suurilla alankoisilla joilla pääväylä on peitetty savipatolla, jonka viereen on rakennettu betoninen valutuspato ja vesivoimalaitosrakennus. Tämä järjestely on tyypillinen monille kotimaisille vesivoimalaitoksille suurilla alankoisilla joilla. Volzhskaya HPP nimetty. NKP:n 22. kongressi on suurin joenuoma-asemista.

Korkeammilla paineilla ei ole tarkoituksenmukaista siirtää hydrostaattista vedenpainetta vesivoimalaitoksen rakennukseen. Tällöin käytetään sellaista vesivoimalaitoksen patotyyppiä, jossa painerintama on koko pituudeltaan patolla tukossa ja vesivoimalaitosrakennus sijaitsee padon takana, alavirran vieressä. Tämän tyyppisen vesivoimalaitoksen ylemmän ja alemman peräpään välinen hydraulitie sisältää syvän vedenottoaukon jätteenpidätysverkoineen, turbiiniputken, spiraalikammion, hydrauliturbiinin ja imuputken. Lisärakenteina solmukohtaan voi kuulua navigointirakenteita ja kalaväyliä sekä ylimääräisiä valumia.. Esimerkki tällaisesta korkeavesijoen asematyypistä on Bratskin vesivoimala Angarajoella.

Huolimatta vesivoimalaitosten osuuden laskusta kokonaistuotannosta, sähköntuotannon ja vesivoimakapasiteetin absoluuttiset arvot kasvavat jatkuvasti uusien suurten voimalaitosten rakentamisen myötä. Vuonna 1969 maailmassa oli toiminnassa ja rakenteilla yli 50 vesivoimalaa, joiden yksikköteho oli vähintään 1000 MW, ja niistä 16 oli entisen Neuvostoliiton alueella.

Vesivoimavarojen tärkein ominaisuus verrattuna polttoaine- ja energiavaroihin on niiden jatkuva uusiutuvuus. Vesivoimalaitosten polttoainetarpeen puuttuminen määrää vesivoimalaitosten tuottaman sähkön alhaisen hinnan. Tästä syystä vesivoimaloiden rakentaminen, huolimatta merkittävistä erityisistä pääomainvestoinneista 1 kW asennettua kapasiteettia kohden ja pitkistä rakennusjaksoista, on ollut ja on erittäin tärkeä, varsinkin kun se liittyy sähköintensiivisten teollisuudenalojen sijaintiin.

3. Ydinvoimalat.

Ydinvoimala (NPP) on voimalaitos, jossa atomi (ydin)energia muunnetaan sähköenergiaksi. Ydinvoimalaitoksen energiageneraattori on ydinreaktori. Joidenkin raskaiden alkuaineiden ytimien fission ketjureaktion seurauksena reaktorissa vapautuva lämpö muunnetaan sitten sähköksi samalla tavalla kuin tavanomaisissa lämpövoimalaitoksissa (TPP). Toisin kuin fossiilisia polttoaineita käyttävät lämpövoimalat, ydinvoimalat toimivat ydinpolttoaineella (perustuu 233 U, 235 U, 239 Pu). On todettu, että maailman ydinpolttoaineen (uraani, plutonium jne.) energiavarat ylittävät merkittävästi orgaanisen polttoaineen (öljy, kivihiili, maakaasu jne.) luonnonvarat. Tämä avaa laajat mahdollisuudet vastata nopeasti kasvaviin polttoainetarpeisiin. Lisäksi on otettava huomioon jatkuvasti kasvava hiilen ja öljyn kulutus teknologisiin tarkoituksiin globaalissa kemianteollisuudessa, josta on tulossa vakava kilpailija lämpövoimalaitoksille. Huolimatta uusien orgaanisen polttoaineen esiintymien löytämisestä ja sen tuotantomenetelmien parantamisesta, maailmassa on taipumus sen kustannusten suhteelliseen nousuun. Tämä luo vaikeimmat olosuhteet maille, joilla on rajalliset fossiilisten polttoaineiden varat. Ydinenergian nopealle kehitykselle on ilmeinen tarve, sillä ydinenergialla on jo nyt merkittävä paikka useiden teollisuusmaiden energiataseessa ympäri maailmaa.

Maailman ensimmäinen koeydinvoimalaitos (kuva 1), jonka teho on 5 MW, otettiin käyttöön Neuvostoliitossa 27. kesäkuuta 1954 Obninskissa. Ennen tätä atomiytimen energiaa käytettiin sotilaallisiin tarkoituksiin. Ensimmäisen ydinvoimalan käynnistäminen merkitsi energian uuden suunnan avautumista, joka sai tunnustusta 1. kansainvälisessä atomienergian rauhanomaista käyttöä koskevassa tieteellisessä ja teknisessä konferenssissa (elokuu 1955, Geneve).

Kaavakuva ydinvoimalaitoksesta, jossa on vesijäähdytteinen ydinreaktori, on esitetty kuvassa. 2. Jäähdytysaineen vapauttama lämpö reaktorin sydämessä absorboituu veteen (1. piirin jäähdytysneste), joka pumpataan reaktorin läpi kiertopumpulla 2. Reaktorista lämmitetty vesi menee lämmönvaihtimeen (höyrygeneraattori) 3, jossa se siirtää reaktorissa vastaanotetun lämmön vesikiertoon 2. 2. piirin vesi haihtuu höyrygeneraattorissa ja muodostunut höyry tulee turbiiniin 4.

Ydinvoimalaitoksissa käytetään useimmiten 4 tyyppistä lämpöneutronireaktoria: 1) vesi-vesireaktorit, joissa on tavallista vettä hidastimena ja jäähdytysaineena; 2) grafiitti-vesi vesijäähdytteellä ja grafiitin hidastimella; 3) raskas vesi vesijäähdytteellä ja raskas vesi hidastimena 4) grafiitti-kaasu kaasujäähdytysnesteellä ja grafiittihidastusaine.

Venäjällä rakennetaan pääasiassa grafiittivesi- ja painevesireaktoreita. Yhdysvaltain ydinvoimaloissa painevesireaktorit ovat yleisimmin käytettyjä. Englannissa käytetään grafiittikaasureaktoreita. Kanadan ydinvoimateollisuutta hallitsevat ydinvoimalat, joissa on raskasvesireaktoreita.

Jäähdytysnesteen tyypistä ja fysikaalisesta tilasta riippuen syntyy yksi tai toinen ydinvoimalaitoksen termodynaaminen sykli. Termodynaamisen syklin lämpötilan ylärajan valinnan määrää ydinpolttoainetta sisältävien polttoaine-elementtien (polttoaine-elementtien) kuorien suurin sallittu lämpötila, itse ydinpolttoaineen sallittu lämpötila sekä käytetyn jäähdytysnesteen ominaisuudet. tietyn tyyppiselle reaktorille. Ydinvoimalaitoksilla vedellä jäähdytettävä lämpöreaktori käyttää yleensä matalan lämpötilan höyrykiertoja. Kaasujäähdytteiset reaktorit mahdollistavat suhteellisen edullisempien höyryjaksojen käytön, joissa alkupaine ja lämpötila ovat korkeammat. Ydinvoimalaitoksen lämpöpiiri näissä kahdessa tapauksessa on 2-piiriinen: jäähdytysneste kiertää 1. piirissä ja höyry-vesikierto 2. piirissä. Reaktoreissa, joissa on kiehuvaa vettä tai korkean lämpötilan kaasujäähdytysnestettä, yksipiirinen lämpöydinvoimalaitos on mahdollista. Kiehutusvesireaktoreissa vesi kiehuu sydämessä, muodostunut höyry-vesi-seos erotetaan ja kyllästetty höyry lähetetään joko suoraan turbiiniin tai palautetaan ensin sydämeen ylikuumenemista varten (kuva 3).

Korkean lämpötilan grafiittikaasureaktoreissa on mahdollista käyttää tavanomaista kaasuturbiinikiertoa. Reaktori toimii tässä tapauksessa polttokammiona.

Reaktorin toiminnan aikana halkeavien isotooppien pitoisuus ydinpolttoaineessa pienenee vähitellen ja polttoaine palaa. Siksi ajan myötä ne korvataan tuoreilla. Ydinpolttoainetta ladataan kauko-ohjattujen mekanismien ja laitteiden avulla. Käytetty polttoaine siirretään jäähdytysaltaaseen ja lähetetään sitten jälleenkäsittelyyn.

Reaktoriin ja sen huoltojärjestelmiin kuuluvat: itse reaktori biologisella suojauksella, lämmönvaihtimet, pumput tai kaasunpuhallusyksiköt, jotka kierrättävät jäähdytysainetta; putkistot ja piirien kiertoliittimet; laitteet ydinpolttoaineen uudelleenlataukseen; erityisiä järjestelmiä ilmanvaihto, hätäjäähdytys jne.

Rakenteesta riippuen reaktoreilla on erityispiirteitä: paineastiareaktoreissa polttoaine ja hidastin sijaitsevat astian sisällä, joka kuljettaa jäähdytysaineen täyden paineen; kanavareaktoreissa jäähdytysnesteellä jäähdytetty polttoaine asennetaan erikoissäiliöihin. putkikanavat, jotka lävistävät moderaattorin ohutseinämäisessä kotelossa. Tällaisia reaktoreita käytetään Venäjällä (Siperian, Belojarskin ydinvoimalat jne.),

Ydinvoimalaitoksen henkilöstön suojaamiseksi säteilyaltistukselta reaktoria ympäröi biologinen suoja, jonka päämateriaalit ovat betoni, vesi ja hiekka. Reaktoripiirin laitteet on suljettava kokonaan. Mahdollisten jäähdytysnestevuotojen paikkoja valvotaan järjestelmällä ja toimenpiteillä varmistetaan, että piirin vuodot ja katkokset eivät aiheuta radioaktiivisia päästöjä ja ydinvoimalaitoksen tilojen ja ympäristön saastumista. Reaktoripiirin laitteet asennetaan yleensä suljettuihin laatikoihin, jotka on erotettu muusta ydinvoimalaitoksen tiloista biologisella suojauksella ja joita ei ylläpidetä reaktorin käytön aikana Radioaktiivista ilmaa ja pieni määrä jäähdytysainehöyryä, johtuen piirin vuodoista , poistetaan erityisesti ydinvoimalan valvomattomista huoneista. ilmanvaihtojärjestelmä, jossa ilmansaasteiden mahdollisuuden poistamiseksi on puhdistussuodattimet ja kaasusäiliöt. Dosimetriavalvontapalvelu valvoo ydinvoimalaitoksen henkilöstön säteilyturvallisuusmääräysten noudattamista.

Reaktorin jäähdytysjärjestelmässä tapahtuvien onnettomuuksien sattuessa ydinreaktion nopea (muutamassa sekunnissa) tukahduttaminen tarjotaan ylikuumenemisen ja polttoainesauvojen vaipan tiivisteiden rikkoutumisen estämiseksi; Hätäjäähdytysjärjestelmässä on autonomiset virtalähteet.

Biologinen suoja, erityiset ilmanvaihto- ja hätäjäähdytysjärjestelmät sekä annosmittausvalvontapalvelu mahdollistavat ydinvoimalaitoksen käyttöhenkilöstön täydellisen suojaamisen radioaktiivisen säteilyn haitallisilta vaikutuksilta.

Ydinvoimalaitoksen turbiinihuoneen laitteisto on samanlainen kuin lämpövoimalaitoksen turbiinihuoneen laitteisto. Useimpien ydinvoimaloiden erottuva piirre on suhteellisen alhaisten parametrien, kyllästetyn tai lievästi tulistetun höyryn käyttö.

Tässä tapauksessa turbiinin viimeisten vaiheiden siipien eroosiovaurioiden estämiseksi höyryn sisältämien kosteushiukkasten takia, turbiiniin asennetaan erotuslaitteet. Joskus on tarpeen käyttää etäerottimia ja höyryn välikuumentimia. Koska jäähdytysaine ja sen sisältämät epäpuhtaudet aktivoituvat kulkiessaan reaktorisydämen läpi, yksipiiriisten ydinvoimalaitosten turbiinihuonelaitteiston ja turbiinilauhduttimen jäähdytysjärjestelmän suunnitteluratkaisun on eliminoitava täysin jäähdytysnesteen vuotomahdollisuus. . Kaksipiirisissä ydinvoimalaitoksissa, joissa on korkeat höyryparametrit, turbiinihuoneen laitteille ei aseteta tällaisia vaatimuksia.

Erityisiä vaatimuksia ydinvoimalaitoksen laitteiston sijoittelulle ovat: radioaktiivisiin väliaineisiin liittyvän tiedonsiirron vähimmäispituus, reaktorin perustusten ja kantavien rakenteiden lisääntynyt jäykkyys, tilojen ilmanvaihdon luotettava järjestäminen. Reaktorihallissa on biologisesti suojattu reaktori, varapolttoainesauvat ja ohjauslaitteet. Ydinvoimalaitos on konfiguroitu reaktori-turbiinilohkoperiaatteella. Turbiinigeneraattorit ja niiden huoltojärjestelmät sijaitsevat turbiinihuoneessa. Kone- ja reaktorihuoneiden väliin on sijoitettu apulaitteet ja laitoksen ohjausjärjestelmät.

Useimmissa teollisuusmaissa (Venäjä, USA, Englanti, Ranska, Kanada, Saksa, Japani, Itä-Saksa jne.) toimivien ja rakenteilla olevien ydinvoimaloiden kapasiteetti oli kasvanut vuoteen 1980 mennessä kymmeniin gigawatteihin. Vuonna 1967 julkaistun YK:n kansainvälisen atomijärjestön mukaan kaikkien maailman ydinvoimaloiden asennettu kapasiteetti oli 300 GW vuoteen 1980 mennessä.

Ensimmäisen ydinvoimalan käyttöönotosta kuluneiden vuosien aikana on luotu useita ydinreaktorisuunnitelmia, joiden pohjalta alkoi ydinenergian laaja kehitys maassamme.

Ydinvoimalaitoksilla, jotka ovat nykyaikaisimpia voimalaitostyyppejä, on useita merkittäviä etuja muihin voimalaitoksiin verrattuna: normaaleissa käyttöolosuhteissa ne eivät saastuta ympäristöä ollenkaan, eivät vaadi yhteyttä raaka-ainelähteeseen. materiaalit ja vastaavasti voidaan sijoittaa lähes mihin tahansa, uusien voimalaitosten teho on lähes yhtä suuri kuin keskimääräisen vesivoimalaitoksen teho, mutta ydinvoimaloiden asennettu kapasiteetin käyttökerroin (80 %) ylittää merkittävästi tämän luvun vesivoimalla voimalaitoksia tai lämpövoimaloita. Ydinvoimalaitosten taloudellisuudesta ja tehokkuudesta kertoo se, että 1 kilosta uraania saadaan saman verran lämpöä kuin polttamalla noin 3000 tonnia hiiltä.

Ydinvoimaloilla ei käytännössä ole merkittäviä haittoja normaaleissa käyttöolosuhteissa. Ydinvoimalaitosten vaaraa ei kuitenkaan voi olla huomaamatta mahdollisissa ylivoimaisissa esteissä: maanjäristykset, hurrikaanit jne. - tässä vanhat voimayksiköiden mallit aiheuttavat alueiden mahdollisen säteilysaastumisen vaaran reaktorin hallitsemattoman ylikuumenemisen vuoksi.

II. Ei-perinteiset energialähteet

Tutkijat varoittavat: todistetut orgaanisen polttoaineen varannot kestävät nykyisellä energiankulutuksen kasvuvauhdilla vain 70-130 vuodeksi. Voit tietysti vaihtaa muihin uusiutumattomiin energialähteisiin. Esimerkiksi tiedemiehet ovat yrittäneet hallita hallittua lämpöydinfuusiota useiden vuosien ajan...

1. Tuulienergia

Liikkuvien ilmamassojen energia on valtava. Tuulivoimavarat ovat yli sata kertaa suuremmat kuin planeetan kaikkien jokien vesivoimavarannot. Tuulet puhaltavat jatkuvasti ja kaikkialla maan päällä - kevyestä tuulesta, joka tuo tervetulleeksi viileyttä kesähelteellä, voimakkaisiin hurrikaaneihin, jotka aiheuttavat mittaamatonta vahinkoa ja tuhoa. Ilmameri, jonka pohjalla elämme, on aina levoton. Maamme laajoilla alueilla puhaltavat tuulet voisivat helposti tyydyttää kaikki sen sähköntarpeet! Ilmasto-olosuhteet mahdollistavat tuulienergian kehittämisen laajalla alueella - länsirajoistamme Jenisein rannoille. Maan pohjoiset alueet Jäämeren rannikolla ovat runsaasti tuulienergiaa, missä sitä tarvitsevat erityisesti näissä rikkaissa maissa asuvat rohkeat ihmiset. Miksi näin runsasta, helposti saatavilla olevaa ja ympäristöystävällistä energianlähdettä käytetään niin vähän? Tuulivoimalla toimivat moottorit kattavat nykyään vain tuhannesosan maailman energiantarpeesta.

Eri kirjoittajien mukaan maapallon tuulienergian kokonaispotentiaali on 1200 GW, mutta tämän tyyppisen energian käyttömahdollisuudet maapallon eri alueilla eivät ole samat. Keskimääräisen vuotuisen tuulen nopeuden 20–30 m korkeudella maan pinnasta tulee olla riittävän suuri, jotta oikein suunnatun pystyleikkauksen läpi kulkevan ilmavirran teho saavuttaa muunneltavissa olevan arvon. Tuulivoimalaitos, joka sijaitsee paikassa, jossa ilmavirran keskimääräinen vuotuinen tehotiheys on noin 500 W/m 2 (ilman virtausnopeus 7 m/s), pystyy muuttamaan noin 175 näistä 500 W/m2 sähköksi.

Liikkuvan ilmavirran sisältämä energia on verrannollinen tuulen nopeuden kuutioon. Kaikkea ilmavirran energiaa ei kuitenkaan voida käyttää ihanteellisellakaan laitteella. Teoriassa ilmavirtausenergian hyötysuhde (UCI) voi olla 59,3 %. Käytännössä tuulienergian suurin hyötysuhde todellisessa tuuliturbiinissa on julkaistujen tietojen mukaan noin 50 %, mutta tätä arvoa ei saavuteta kaikilla nopeuksilla, vaan vain hankkeen edellyttämällä optimaalisella nopeudella. Lisäksi osa ilmavirran energiasta menetetään mekaanisen energian muuntamisessa sähköenergiaksi, mikä tapahtuu yleensä 75–95 % hyötysuhteella. Kaikki nämä tekijät huomioon ottaen todellisen tuulivoimayksikön tuottama ominaissähköteho on todennäköisesti 30–40 % ilmavirran tehosta, mikäli yksikkö toimii tasaisesti suunnittelunopeusalueella. Joskus tuulen nopeudet kuitenkin ylittävät suunnittelunopeusrajoitukset. Tuulen nopeus voi olla niin alhainen, että tuuliturbiini ei toimi ollenkaan, tai niin suuri, että tuulivoimala on pysäytettävä ja ryhdyttävä toimenpiteisiin sen suojaamiseksi tuhoutumiselta. Jos tuulen nopeus ylittää nimelliskäyttönopeuden, osaa poistetusta mekaanisesta tuulienergiasta ei käytetä, jotta generaattorin nimellissähköteho ei ylity. Nämä tekijät huomioiden sähköenergian ominaistuotanto vuoden aikana on todennäköisesti 15–30 % tuulienergiasta tai jopa vähemmän tuuliturbiinin sijainnista ja parametreistä riippuen.

Uusin tutkimus tähtää ensisijaisesti sähköenergian saamiseen tuulivoimasta. Halu hallita tuulivoimakoneiden tuotanto on johtanut monien tällaisten yksiköiden syntymiseen. Jotkut niistä saavuttavat kymmenien metrien korkeuden, ja niiden uskotaan ajan myötä muodostavan todellisen sähköverkon. Pienet tuuliturbiinit on suunniteltu toimittamaan sähköä yksittäisiin taloihin.

Tuulivoimaloita rakennetaan pääasiassa tasavirralla. Tuulipyörä käyttää dynamoa - sähkövirtageneraattoria, joka lataa samanaikaisesti rinnakkain kytkettyjä akkuja. Akku kytkeytyy automaattisesti generaattoriin sillä hetkellä, kun sen lähtönapojen jännite on suurempi kuin akun navoissa, ja se kytkeytyy myös automaattisesti pois päältä, kun suhde on päinvastainen.

Tuulivoimalat otettiin käyttöön pienessä mittakaavassa useita vuosikymmeniä sitten. Suurin niistä, teholla 1250 kW, toimitti virtaa Yhdysvaltain Vermontin osavaltion sähköverkkoon jatkuvasti vuosina 1941-1945. Roottorin hajoamisen jälkeen kokeilu kuitenkin keskeytettiin - roottoria ei korjattu, koska energia viereisestä lämpövoimalaitoksesta oli halvempaa. Myös tuulivoimaloiden toiminta Euroopan maissa loppui taloudellisista syistä.

Nykyään tuulivoimayksiköt toimittavat öljytyöntekijöille luotettavasti sähköä; he työskentelevät menestyksekkäästi syrjäisillä alueilla, syrjäisillä saarilla, arktisella alueella, tuhansilla maataloustiloilla, joilla ei ole suuria asutuksia tai julkisia voimalaitoksia lähellä. Amerikkalainen Henry Clews rakensi kaksi mastoa Mainessa ja asensi niihin tuuliturbiinit generaattoreineen. 20 akkua 6 V ja 60 2 V akkua palvelee häntä tyynellä säällä, ja hänellä on varana bensiinimoottori. Kuukaudessa Cluse saa 250 kWh energiaa tuulivoimaloistaan; tämä riittää hänelle koko kotitalouden valaisemiseen, kotitalouslaitteiden (TV, levysoitin, pölynimuri, sähköinen kirjoituskone) sähkökäyttöön sekä vesipumpulle ja hyvin varustetulle työpajalle.

Tuulisähköyksiköiden yleistä käyttöä normaaleissa olosuhteissa haittaa edelleen niiden korkea hinta. Tuskin tarvitsee sanoa, että tuulesta ei tarvitse maksaa, mutta sen valjastamiseen tarvittavat koneet ovat liian kalliita.

Nykyään on luotu laaja valikoima tuulisähkögeneraattoreiden prototyyppejä (tarkemmin sanottuna tuulimoottoreita sähkögeneraattoreilla). Jotkut niistä näyttävät tavalliselta lasten spinneriltä, toiset näyttävät polkupyörän pyörältä, jossa on alumiiniterät pinnojen sijaan. On olemassa karusellin tai maston muodossa olevia yksiköitä, joissa on pyöreä tuulensieppari, joka on ripustettu päällekkäin, vaaka- tai pystysuuntaisella pyörimisakselilla, kahdella tai viidelläkymmenellä terällä.

Asennuksen suunnittelussa vaikein ongelma oli varmistaa sama potkurin kierrosluku eri tuulenvoimakkuuksilla. Loppujen lopuksi, kun generaattori on kytketty verkkoon, sen on tuotettava sähköenergian lisäksi vain vaihtovirtaa tietyllä määrällä jaksoja sekunnissa, eli 50 Hz:n standarditaajuudella. Siksi siipien kaltevuuskulmaa tuuleen nähden säädetään pyörittämällä niitä pituusakselin ympäri: voimakkaassa tuulessa tämä kulma on terävämpi, ilmavirtaus virtaa vapaammin siipien ympärillä ja antaa niille vähemmän energiaa. Terien säätämisen lisäksi koko generaattori pyörii automaattisesti maston päällä tuulta vasten.

Tuulta käytettäessä syntyy vakava ongelma: energian ylimäärä tuulisella säällä ja sen puute tyynellä kaudella. Kuinka kerätä ja varastoida tuulienergiaa tulevaa käyttöä varten? Yksinkertaisin tapa on, että tuulipyörä käyttää pumppua, joka pumppaa vettä yllä olevaan säiliöön ja sitten siitä virtaava vesi ohjaa vesiturbiinia ja tasa- tai vaihtovirtageneraattoria. On olemassa muitakin menetelmiä ja projekteja: perinteisistä, vaikkakin vähätehoisista akuista jättiläisvauhtipyörien pyörittämiseen tai paineilman pumppaamiseen maanalaisiin luoliin aina vedyn tuottamiseen polttoaineena. Viimeinen menetelmä vaikuttaa erityisen lupaavalta. Tuuliturbiinin sähkövirta hajottaa veden hapeksi ja vedyksi. Vetyä voidaan varastoida nesteytetyssä muodossa ja polttaa tarvittaessa lämpövoimalaitosten uuneissa.

2. Geoterminen energia

Maaenergia – geoterminen energia perustuu maan luonnollisen lämmön käyttöön. Maankuoren yläosan lämpögradientti on 20–30 °C syvyyttä kilometriä kohden ja maankuoren sisältämän lämmön määrä 10 km:n syvyyteen (ilman pintalämpötilaa) on noin 12,6. 10 26 J. Nämä resurssit vastaavat 4,6 10 16 tonnin hiilen lämpöpitoisuutta (hiilen keskimääräiseksi palamislämpöksi 27,6 10 9 J/t), joka on yli 70 tuhatta kertaa suurempi kuin lämpöpitoisuus. kaikista teknisesti ja taloudellisesti louhittavissa olevista maailman hiilivaroista. Maan yläosassa oleva geoterminen lämpö on kuitenkin liian hajanaista, jotta sitä voitaisiin käyttää maailman energiaongelmien ratkaisemiseen. Teolliseen käyttöön soveltuvat resurssit ovat yksittäisiä geotermisen energiaesiintymiä, jotka ovat keskittyneet kehityskelpoiseen syvyyteen ja joiden määrät ja lämpötilat ovat riittävät käyttämään niitä sähköenergian tai lämmön tuotantoon.

Geologisesta näkökulmasta geotermiset energiavarat voidaan jakaa hydrotermisiin konvektiivisiin järjestelmiin, kuumakuiviin vulkaanisiin järjestelmiin ja korkean lämmön virtausjärjestelmiin.

Hydrotermisten konvektiivisten järjestelmien luokkaan kuuluvat maanalaiset höyry- tai kuumavesialtaat, jotka tulevat maan pinnalle muodostaen geysireitä ja rikkipitoisia mutajärviä. Tällaisten järjestelmien muodostuminen liittyy lämmönlähteen - kuuman tai sulan kiven - läsnäoloon, joka sijaitsee suhteellisen lähellä maan pintaa. Hydrotermiset konvektiiviset järjestelmät sijaitsevat yleensä maankuoren tektonisten levyjen rajoilla, joille on ominaista vulkaaninen aktiivisuus.

Periaatteessa menetelmä sähkön tuottamiseen kuumavesikentillä perustuu kuuman nesteen pinnasta haihtuessa syntyvän höyryn käyttöön. Tässä menetelmässä käytetään ilmiötä, että kun kuuma vesi (korkealla paineella) lähestyy kaivoja altaalta pintaan, paine laskee ja noin 20 % nesteestä kiehuu ja muuttuu höyryksi. Tämä höyry erotetaan vedestä erottimella ja lähetetään turbiiniin. Erottimesta poistuvaa vettä voidaan käsitellä edelleen riippuen sen mineraalikoostumuksesta. Tämä vesi voidaan pumpata takaisin kallioon välittömästi tai, jos se on taloudellisesti mahdollista, mineraalien kanssa ensin erotettuna siitä.

Toinen tapa tuottaa sähköä korkean tai keskilämpötilan geotermisestä vedestä on kaksisilmukkaisen (binaarisen) sykliprosessin käyttö. Tässä prosessissa altaalta saatua vettä käytetään sekundaarisen jäähdytysnesteen (freonin tai isobutaanin) lämmittämiseen, jolla on alhainen kiehumispiste. Tätä nestettä keittämällä syntyvää höyryä käytetään turbiinin käyttämiseen. Poistohöyry kondensoidaan ja johdetaan uudelleen lämmönvaihtimen läpi, jolloin muodostuu suljettu kierto.

Toinen geoterminen resurssityyppi (vulkaanista alkuperää olevat kuumat järjestelmät) sisältää magman ja läpäisemättömän kuuman kuivan kiven (kiinteytyneen kiven vyöhykkeet magman ja sen päällä olevan kiven ympärillä). Geotermisen energian tuottaminen suoraan magmasta ei ole vielä teknisesti mahdollista. Kuumien kuivien kivien energian hyödyntämiseen tarvittavaa tekniikkaa ollaan vasta alkamassa kehittää. Näiden energiaresurssien käyttömenetelmien alustava tekninen kehitys sisältää suljetun kierron rakentamisen, jossa kiertävä neste kulkee kuuman kiven läpi. Ensin porataan kaivo, jotta päästään alueelle, jossa kuuma kivi esiintyy; sitten kylmää vettä pumpataan sen läpi kallioon korkealla paineella, mikä johtaa halkeamien muodostumiseen siihen. Tämän jälkeen porataan toinen kaivo näin muodostuneen halkeaman kiven alueen läpi. Lopuksi kylmää vettä pinnasta pumpataan ensimmäiseen kaivoon. Kun se kulkee kuuman kiven läpi, se lämmitetään ja uutetaan toisen kaivon läpi höyryn tai kuuman veden muodossa, jota voidaan sitten käyttää sähkön tuottamiseen jollakin aiemmin käsitellyistä menetelmistä.

Kolmannen tyypin geotermisiä järjestelmiä on niillä alueilla, joilla syvä sedimenttiallas sijaitsee vyöhykkeellä, jolla on korkeat lämpövirtausarvot. Esimerkiksi Pariisin tai Unkarin altaissa kaivoista tulevan veden lämpötila voi nousta 100 asteeseen.

3. Valtameren lämpöenergia

Tiedetään, että maailman valtameren energiavarat ovat valtavat, koska kaksi kolmasosaa maan pinnasta (361 miljoonaa km 2) on merien ja valtamerten miehittämä - Tyynen valtameren pinta-ala on 180 miljoonaa km 2 . Atlantin valtameri - 93 miljoonaa km 2, Intian - 75 miljoonaa km 2. Näin ollen valtameren pintavesien ylikuumenemista vastaavalla (sisäisellä) energialla verrattuna pohjavesiin, esimerkiksi 20 astetta, on arvo luokkaa 10 26 J. Merivirtojen kineettisen energian arvioidaan olevan luokkaa 10 18 J. Ihmiset ovat kuitenkin toistaiseksi kyenneet käyttämään vain pieniä murto-osia tästä energiasta, ja silloinkin suuren energian kustannuksella. ja hitaasti maksavat investoinnit takaisin, joten tällainen energia on tähän asti näyttänyt lupaamattomalta.

Viime vuosikymmeniä on leimannut tietyt menestykset valtamerten lämpöenergian käytössä. Siten luotiin mini-OTEC- ja OTEC-1-asennukset (OTEC - englanninkielisten sanojen Ocean ThermalEnergyConversion alkukirjaimet, eli valtameren lämpöenergian muuntaminen - puhumme muuntamisesta sähköenergiaksi). Elokuussa 1979 Havaijin saarten lähellä aloitti toimintansa mini-OTEC-lämpövoimalaitos. Laitoksen kolmen ja puolen kuukauden koekäyttö osoitti sen riittävän luotettavuuden. Jatkuvassa ympärivuorokautisessa käytössä ei ollut häiriöitä lukuun ottamatta pieniä teknisiä ongelmia, joita yleensä ilmenee uusia asennuksia testattaessa. Sen kokonaisteho oli keskimäärin 48,7 kW, maksimi -53 kW; Asennus lähetti 12 kW (enintään 15) tehoa ulkoiseen verkkoon hyötykuormalle tai tarkemmin sanottuna akkujen lataamiseen. Loput tuotetusta sähköstä käytettiin laitoksen omiin tarpeisiin. Näitä ovat kolmen pumpun toiminnan energiakustannukset, häviöt kahdessa lämmönvaihtimessa, turbiinissa ja sähköenergian generaattorissa.

Tarvittiin kolme pumppua seuraavan laskelman perusteella: yksi lämpimän veden syöttämiseen valtamerestä, toinen kylmän veden pumppaamiseen noin 700 metrin syvyydestä, kolmas sekundaarisen käyttönesteen pumppaamiseen itse järjestelmän sisällä, eli lauhduttimesta höyrystin. Ammoniakkia käytetään toissijaisena työnesteenä.

Mini-OTEC-yksikkö on asennettu proomulle. Sen pohjan alla on pitkä putki kylmän veden keräämiseksi. Putkilinja on 700 m pitkä polyeteeniputki, jonka sisähalkaisija on 50 cm. Putkilinja on kiinnitetty aluksen pohjaan erikoislukolla, joka mahdollistaa nopean irrottamisen tarvittaessa. Polyeteeniputkea käytetään myös putki-astiajärjestelmän ankkuroimiseen. Tällaisen ratkaisun omaperäisyys on kiistaton, sillä parhaillaan kehitteillä olevien tehokkaampien OTEC-järjestelmien ankkuriasetukset ovat erittäin vakava ongelma.

Ensimmäistä kertaa tekniikan historiassa mini-OTEC-asennus pystyi syöttämään hyödyllistä tehoa ulkoiselle kuormalle ja samalla kattamaan omat tarpeensa. Mini-OTEC:ien käytöstä saadun kokemuksen ansiosta pystyimme nopeasti rakentamaan tehokkaamman lämpövoimalaitoksen OTEC-1 ja alkamaan suunnitella entistä tehokkaampia tämän tyyppisiä järjestelmiä.

Koska auringon säteilyn energia jakautuu suurelle alueelle (eli sen tiheys on pieni), kaikissa aurinkoenergian suoraan käyttöön tarkoitetuissa laitoksissa on oltava riittävän pinta-alaltaan keräyslaite (keräin).

Yksinkertaisin tällainen laite on pienjännitelamppu; periaatteessa tämä on alhaalta hyvin eristetty musta levy, joka on peitetty lasilla tai muovilla, joka läpäisee valoa, mutta ei havaitse infrapunalämpösäteilyä. Mustat putket sijoitetaan useimmiten levyn ja lasin väliseen tilaan, jonka läpi virtaa vettä, öljyä, elohopeaa, ilmaa, rikkihappoanhydridiä jne. P. Auringon säteily, pronkaya kautta lasi tai muovi kerääjään, imeytyvät mustiin putkiin ja levyyn ja lämmittävät työstöä hänen putkissa. Keräimestä ei pääse karkaamaan lämpösäteilyä, joten sen lämpötila on merkittävästi korkeampi (200–500°C) kuin ympäristön lämpötila. Tässä näkyy niin sanottu kasvihuoneilmiö. Tavalliset puutarhakasvihuoneet ovat itse asiassa yksinkertaisia auringonsäteilyn kerääjiä. Mutta mitä kauempana tropiikista, sitä vähemmän eff Tämä on vaakakeräin, ja sen kääntäminen auringon jälkeen on liian vaikeaa ja kallista. Siksi tällaiset keräimet asennetaan yleensä tiettyyn optimaaliseen kulmaan etelään.

Monimutkaisempi ja kalliimpi keräilijä on kovera peili, joka keskittää tulevan säteilyn pieneen tilavuuteen tietyn geometrisen pisteen – fokuksen – ympärille. Peilin heijastava pinta on valmistettu metalloidusta muovista tai monista pienistä litteistä peileistä, jotka on kiinnitetty suureen paraboliseen alustaan. Erikoismekanismien ansiosta tämän tyyppisiä keräilijöitä käännetään jatkuvasti aurinkoon päin, jolloin ne voivat kerätä suurimman mahdollisen määrän auringonsäteilyä. Peilikeräinten työtilan lämpötila saavuttaa 3000°C ja yli.

Aurinkoenergia on yksi materiaaliintensiivisimmistä energiantuotannon muodoista. Aurinkoenergian laajamittainen käyttö lisää materiaalien tarvetta ja sitä kautta myös työvoimaresursseja raaka-aineiden louhinnassa, niiden rikastamisessa, materiaalien hankinnassa, heliostaattien, keräilijöiden ja muiden laitteiden valmistuksessa sekä niiden kuljetuksessa. Laskelmat osoittavat, että 1 MW sähköenergian tuottaminen vuodessa aurinkoenergialla vie 10 000 - 40 000 työtuntia. Perinteisessä fossiilisia polttoaineita käyttävässä energiantuotannossa tämä luku on 200-500 työtuntia.

Toistaiseksi auringonsäteiden tuottama sähköenergia on paljon kalliimpaa kuin perinteisillä menetelmillä saatu sähköenergia. Tutkijat toivovat, että kokeet, joita he tekevät pilottiasennuksissa ja -asemilla, auttavat ratkaisemaan paitsi teknisiä, myös taloudellisia ongelmia. Mutta siitä huolimatta aurinkoenergian muunnosasemia rakennetaan ja ne toimivat.

Vuodesta 1988 lähtien Krimin aurinkovoimala on toiminut Kertšin niemimaalla. Vaikuttaa siltä, että maalaisjärki on itse määrittänyt paikkansa. Jos tällaisia asemia aiotaan rakentaa minne tahansa, se tulee ensisijaisesti lomakohteiden, kylpylöiden, loma-asuntojen ja turistireittien alueelle; alueella, jossa tarvitaan paljon energiaa, mutta vielä tärkeämpää on pitää ympäristö puhtaana, jonka hyvinvointi ja ennen kaikkea ilman puhtaus on ihmiselle parantavaa.

Krimin SPP on pieni - kapasiteetti on vain 5 MW. Tietyssä mielessä hän on voimankoe. Vaikuttaa kuitenkin siltä, että mitä muuta pitäisi kokeilla, kun tiedetään kokemus aurinkovoimaloiden rakentamisesta muissa maissa.

Sisilian saarella 80-luvun alussa tuotti sähköä aurinkovoimala, jonka kapasiteetti oli 1 MW. Sen toimintaperiaate on myös tornipohjainen. Peilit kohdistavat auringonsäteet 50 metrin korkeudella sijaitsevaan vastaanottimeen. Siellä syntyy höyryä, jonka lämpötila on yli 600 °C, joka käyttää perinteistä turbiinia, johon on kytketty virtageneraattori. On kiistattomasti todistettu, että 10–20 MW:n voimalaitokset voivat toimia tällä periaatteella, samoin kuin paljon enemmänkin, jos samanlaiset moduulit ryhmitellään ja kytketään toisiinsa.

Hieman erilainen voimalaitos on Alqueriassa Etelä-Espanjassa. Sen erona on, että tornin huipulle kohdistuva aurinkolämpö saa liikkeelle natriumkierron, joka jo lämmittää vettä höyryksi. Tällä vaihtoehdolla on useita etuja. Natriumlämmön varaaja ei takaa vain voimalaitoksen jatkuvaa toimintaa, vaan mahdollistaa myös ylimääräisen energian osittaisen keräämisen toimintaan pilvisellä säällä ja yöllä. Espanjan aseman kapasiteetti on vain 0,5 MW. Mutta sen periaatteen perusteella voidaan luoda paljon suurempia - jopa 300 MW. Tämän tyyppisissä asennuksissa aurinkoenergian pitoisuus on niin korkea, että höyryturbiiniprosessin hyötysuhde ei ole huonompi kuin perinteisissä lämpövoimalaitoksissa.

Asiantuntijoiden mukaan houkuttelevin idea aurinkoenergian muuntamiseen on valosähköisen efektin käyttö puolijohteissa.

Mutta esimerkiksi päiväntasaajan lähellä oleva aurinkovoimala, jonka päiväteho on 500 MWh (noin saman verran energiaa tuottaa melko suuri vesivoimala) hyötysuhteella 10 % vaatisi tehollisen pinta-alan noin 500 000 m2. On selvää, että niin suuri määrä aurinkopuolijohdekennoja voi. maksaa itsensä takaisin vasta, kun niiden tuotanto on todella halpaa. Aurinkovoimaloiden hyötysuhde muilla maapallon alueilla olisi alhainen johtuen epävakaista ilmakehän olosuhteista, auringon säteilyn suhteellisen heikosta intensiteetistä, joka absorboituu aurinkoisinakin päivinä voimakkaammin ilmakehään, sekä vuorottelusta johtuvista vaihteluista. päivästä ja yöstä.

Auringon valokennot ovat kuitenkin löytämässä erityisiä sovelluksiaan jo tänään. Ne osoittautuivat käytännössä korvaamattomiksi sähkövirran lähteiksi raketteissa, satelliiteissa ja automaattisissa planeettojenvälisissä asemissa ja maan päällä - ensisijaisesti puhelinverkkojen virransyöttöön sähköistämättömillä alueilla tai pienille virrankuluttajille (radiolaitteet, sähköparranajokoneet jne.). Puolijohdeaurinkokennot asennettiin ensin kolmanteen Neuvostoliiton keinotekoiseen maasatelliittiin (laukaistiin kiertoradalle 15. toukokuuta 1958).

Työ on käynnissä, arvioinnit ovat käynnissä. Toistaiseksi on myönnettävä, että he eivät kannata aurinkovoimaloita: nykyään nämä rakenteet ovat edelleen monimutkaisimpia ja kalleimpia teknisiä aurinkoenergian käyttömenetelmiä. Tarvitsemme uusia vaihtoehtoja, uusia ideoita. Niistä ei ole pulaa. Toteutus on huonompi.

7. Vetyenergia

Vetyä, yksinkertaisinta ja kevyintä kemiallisista alkuaineista, voidaan pitää ihanteellisena polttoaineena. Se on saatavilla kaikkialla, missä on vettä. Vetyä poltettaessa syntyy vettä, joka voi hajota takaisin vedyksi ja hapeksi, eikä tämä prosessi aiheuta ympäristön saastumista. Vetyliekki ei päästä ilmakehään tuotteita, jotka väistämättä liittyvät muiden polttoaineiden palamiseen: hiilidioksidi, hiilimonoksidi, rikkidioksidi, hiilivedyt, tuhka, orgaaniset peroksidit jne. Vetyllä on erittäin korkea lämpöarvo: poltettaessa 1 g vetyä tuottaa 120 J lämpöenergiaa ja poltettaessa 1 g bensiiniä - vain 47 J.

Vetyä voidaan kuljettaa ja jakaa putkistojen, kuten maakaasun, kautta. Polttoaineen putkikuljetus on halvin tapa pitkän matkan energian siirtoon. Lisäksi putket lasketaan maan alle, mikä ei häiritse maisemaa. Kaasuputket vievät vähemmän maa-alaa kuin ilmajohdot. Energian siirtäminen vetykaasuna halkaisijaltaan 750 mm:n putkilinjan kautta yli 80 km:n etäisyydeltä maksaa vähemmän kuin saman energiamäärän siirtäminen vaihtovirran muodossa maanalaisen kaapelin kautta. Yli 450 km:n etäisyyksillä vedyn putkikuljetus on halvempaa kuin tasavirtasähköjohdon käyttäminen.

Vety on synteettinen polttoaine. Sitä voidaan saada hiilestä, öljystä, maakaasusta tai hajottamalla vettä. Arvioiden mukaan maailmassa tuotetaan ja kulutetaan nykyään noin 20 miljoonaa tonnia vetyä vuodessa. Puolet tästä määrästä käytetään ammoniakin ja lannoitteiden tuotantoon ja loput rikin poistamiseen kaasumaisista polttoaineista, metallurgiassa, hiilen ja muiden polttoaineiden hydraukseen. Nykyaikaisessa taloudessa vety on pikemminkin kemikaali kuin energiaraaka-aine.

Tällä hetkellä vetyä tuotetaan pääasiassa (noin 80 %) öljystä. Mutta tämä on epätaloudellinen prosessi energialle, koska tällaisesta vedystä saatu energia maksaa 3,5 kertaa enemmän kuin bensiinin polttamisesta saatu energia. Lisäksi tällaisen vedyn hinta nousee jatkuvasti öljyn hinnan noustessa.

Pieni määrä vetyä syntyy elektrolyysillä. Vedyn tuottaminen veden elektrolyysillä on kalliimpaa kuin öljystä, mutta se laajenee ja tulee halvemmaksi ydinenergian kehittyessä. Ydinvoimalaitosten lähelle on mahdollista sijoittaa vesielektrolyysiasemia, joissa kaikki voimalaitoksen tuottama energia käytetään veden hajottamiseen vedyn muodostamiseksi. Totta, elektrolyyttisen vedyn hinta pysyy korkeampana kuin sähkövirran hinta, mutta vedyn kuljetus- ja jakelukustannukset ovat niin alhaiset, että kuluttajan lopullinen hinta on sähkön hintaan verrattuna varsin hyväksyttävä.

Nykyään tutkijat työskentelevät intensiivisesti pienentääkseen laajamittaisen vedyn tuotannon teknologisten prosessien kustannuksia tehokkaamman veden hajotuksen, vesihöyryn korkean lämpötilan elektrolyysin, katalyyttien, puoliläpäisevien kalvojen jne. avulla.

Paljon huomiota kiinnitetään termolyyttiseen menetelmään, joka (tulevaisuudessa) koostuu veden hajoamisesta vedyksi ja hapeksi 2500 °C:n lämpötilassa. Mutta insinöörit eivät ole vielä hallineet tällaista lämpötilarajaa suurissa teknologisissa yksiköissä, mukaan lukien ydinenergialla toimivat yksiköt (korkean lämpötilan reaktoreissa ne laskevat edelleen vain noin 1000 °C:n lämpötiloihin). Siksi tutkijat pyrkivät kehittämään useissa vaiheissa tapahtuvia prosesseja, jotka mahdollistaisivat vedyn tuotannon alle 1000 °C:n lämpötila-alueilla.

Vuonna 1969 Euratomin italialainen sivukonttori otti käyttöön tehokkaan termolyyttisen vedyn tuotantolaitoksen. 55 % 730 °C:ssa. Käytettiin kalsiumbromidia, vettä ja elohopeaa. Laitteessa oleva vesi hajoaa vedyksi ja hapeksi, ja loput reagenssit kiertävät toistuvina sykleinä. Muut suunnitellut asennukset toimivat 700–800°C lämpötiloissa. Korkean lämpötilan reaktorien uskotaan parantavan tehokkuutta. jopa 85 % tällaisista prosesseista. Nykyään emme pysty ennustamaan tarkasti, kuinka paljon vety maksaa. Mutta jos otamme huomioon, että kaikkien nykyaikaisten energiamuotojen hinnat ovat nousussa, voidaan olettaa, että vedyn muodossa oleva energia on pitkällä aikavälillä halvempaa kuin maakaasun muodossa ja mahdollisesti sähkön muodossa. nykyinen.

Kun vedystä tulee yhtä helposti saatavilla oleva polttoaine kuin maakaasu nykyään, se pystyy korvaamaan sen kaikkialla. Vetyä voidaan polttaa liesissä, vedenlämmittimissä ja uuneissa, jotka on varustettu polttimilla, jotka eroavat vähän tai ei ollenkaan nykyaikaisista maakaasun polttamiseen käytetyistä polttimista.

Kuten olemme jo sanoneet, kun vetyä poltetaan, haitallisia palamistuotteita ei jää jäljelle. Siksi vedyllä toimiviin lämmityslaitteisiin ei tarvita järjestelmiä näiden tuotteiden poistamiseksi. Lisäksi palamisen aikana syntyvää vesihöyryä voidaan pitää hyödyllisenä tuotteena - se kostuttaa ilmaa (kuten tiedetään nykyaikaisissa keskuslämmitysasunnoissa ilma on liian kuivaa). Ja savupiippujen puuttuminen ei vain säästä rakennuskustannuksia, vaan lisää myös lämmitystehokkuutta 30%.

Vety voi toimia myös kemiallisena raaka-aineena monilla teollisuudenaloilla, esimerkiksi lannoitteiden ja elintarvikkeiden valmistuksessa, metallurgiassa ja petrokemianteollisuudessa. Sitä voidaan käyttää myös sähkön tuottamiseen paikallisissa lämpövoimalaitoksissa.

Johtopäätös.

Ottaen huomioon olemassa olevien ennusteiden tulokset öljyn, maakaasun ja muiden perinteisten energiavarojen ehtymisestä ensi vuosisadan puoliväliin - loppuun sekä hiilen kulutuksen väheneminen (jonka laskelmien mukaan riittää 300 vuotta) ilmakehään joutuvien haitallisten päästöjen sekä ydinpolttoaineen kulutuksen vuoksi, joka jalostusreaktorien intensiivisen kehittämisen johdosta kestää vähintään 1000 vuotta, voidaan olettaa, että tässä tieteen kehitysvaiheessa ja teknologia, lämpö-, ydin- ja vesivoimalähteet tulevat hallitsemaan muita sähkönlähteitä vielä pitkään. Öljyn hinta on jo alkanut nousta, joten tätä polttoainetta käyttävät lämpövoimalaitokset korvataan hiiltä käyttävillä asemilla.

Jotkut tiedemiehet ja ekologit 1990-luvun lopulla. he puhuivat Länsi-Euroopan valtioiden välittömästä ydinvoimaloiden kieltämisestä. Mutta perushyödykemarkkinoita ja yhteiskunnan sähkötarpeita koskevien nykyaikaisten analyysien perusteella nämä väitteet vaikuttavat sopimattomilta.

Energian rooli sivilisaation ylläpitämisessä ja edelleen kehittämisessä on kiistaton. Nyky-yhteiskunnassa on vaikea löytää vähintään yhtä ihmisen toiminnan aluetta, joka ei vaatisi - suoraan tai epäsuorasti - enemmän energiaa kuin ihmisen lihakset pystyvät tarjoamaan.

Energiankulutus on tärkeä elintason mittari. Noihin aikoihin, kun ihminen sai ruokaa keräämällä metsähedelmiä ja metsästämällä eläimiä, hän tarvitsi noin 8 MJ energiaa päivässä. Tulipalon hallitsemisen jälkeen tämä arvo nousi 16 MJ:iin: primitiivisessä maatalousyhteiskunnassa se oli 50 MJ ja kehittyneemmässä - 100 MJ.

Sivilisaatiomme olemassaolon aikana perinteiset energialähteet on korvattu monta kertaa uusilla, edistyneemmillä. Eikä siksi, että vanha lähde olisi käytetty loppuun.

Aurinko paistoi aina ja lämmitti ihmistä, mutta eräänä päivänä ihmiset kesyttivät tulen ja alkoivat polttaa puita. Sitten puu väistyi hiilelle. Puutarvike näytti rajattomalta, mutta höyrykoneet vaativat enemmän korkeakalorista "rehua".

Mutta tämä oli vain vaihe. Hiili on pian menettämässä johtoasemansa energiamarkkinoilla öljylle.

Ja tässä on uusi kierros: öljy ja kaasu ovat edelleen johtavia polttoainetyyppejä näinä päivinä. Mutta jokaista uutta kaasukuutiometriä tai öljytonnia kohden sinun on mentävä kauemmas pohjoiseen tai itään, haudattava itsesi syvemmälle maahan. Ei ole ihme, että öljy ja kaasu maksavat meille joka vuosi enemmän ja enemmän.

Korvaus? Tarvitsemme uuden energiajohtajan. Ne ovat epäilemättä ydinlähteitä.

Uraanivarat eivät näytä olevan niin suuria, jos niitä verrataan esimerkiksi kivihiilivaroihin. Mutta painoyksikköä kohti se sisältää miljoonia kertoja enemmän energiaa kuin hiili.

Ja tulos on tämä: kun tuotetaan sähköä ydinvoimalassa, uskotaan, että on tarpeen käyttää satatuhatta kertaa vähemmän rahaa ja työvoimaa kuin kun energiaa otetaan kivihiilestä. Ja ydinpolttoaine korvaa öljyn ja hiilen... Näin on aina ollut: seuraava energialähde oli myös tehokkaampi. Se oli niin sanotusti "militantti" energialinja.

Ylimääräistä energiaa tavoitellessaan ihminen syöksyi yhä syvemmälle luonnonilmiöiden spontaaniin maailmaan eikä ajatellut pitkään aikaan tekojensa ja tekojensa seurauksia.

Mutta ajat ovat muuttuneet. Nyt, 1900-luvun lopulla, alkaa uusi, merkittävä vaihe maallisessa energiassa. "Lopeta" energiaa ilmestyi. Rakennettu niin, että ihminen ei leikkaa oksaa, jolla hän istuu. Hän huolehti jo ennestään vakavasti vaurioituneen biosfäärin suojelusta.

Epäilemättä tulevaisuudessa intensiivisen energiakehityksen linjan rinnalla laaja linja saa myös laajat kansalaisoikeudet: hajaantuneita energialähteitä, joilla ei ole liikaa tehoa, mutta korkea hyötysuhde, ympäristöystävällinen ja helppokäyttöinen.

Silmiinpistävä esimerkki tästä on sähkökemiallisen energian nopea käynnistyminen, jota myöhemmin ilmeisesti täydennetään aurinkoenergialla. Energia kerää, imeytyy ja imee nopeasti kaikki uusimmat ideat, keksinnöt ja tieteelliset saavutukset. Tämä on ymmärrettävää: energia liittyy kirjaimellisesti Kaikkeen, ja Kaikki vetää energiaa ja riippuu siitä.

Siksi energiakemia, vetyenergia, avaruusvoimalat, antimateriaan sinetöity energia, "mustat aukot", tyhjiö - nämä ovat vain kirkkaimpia virstanpylväitä, vetoja, yksittäisiä linjoja skenaariosta, jota kirjoitetaan silmiemme edessä ja joita voidaan kutsua huomisen energiapäivä.

Kirjallisuus.

1. Balanchevadze V.I., Baranovsky A.I. jne.; Ed. A. F. Dyakova. Energiaa tänään ja huomenna. – M.: Energoatomizdat, 1990. – 344 s.

2. Enemmän kuin tarpeeksi. Optimistinen näkemys maailman energian tulevaisuudesta / Toim. R. Clark: Trans. englannista – M.: Energoatomizdat, 1994. – 215 s.

3. Energialähteet. Faktoja, ongelmia, ratkaisuja. – M.: Tiede ja tekniikka, 1997. – 110 s.

4. Kirillin V. A. Energia. Tärkeimmät ongelmat: Kysymyksissä ja vastauksissa. – M.: Tieto, 1997. – 128 s.

5. Maailman energia: kehitysennuste vuoteen 2020 asti / Käännös. englannista muokannut Yu. N. Starshikova. – M.: Energia, 1990. – 256 s.

6. Ei-perinteiset energialähteet. – M.: Tieto, 1982. – 120 s.

7. Podgorny A. N. Vetyenergia. – M.: Nauka, 1988. – 96 s.

8. Maailman energiavarat / Toim. P.S. Neporozhniy, V.I. Popkova. – M.: Energoatomizdat, 1995. – 232 s.

9. Yudasin L. S.. Energia: ongelmia ja toiveita. – M.: Koulutus, 1990. – 207 s.

Eurooppalaisten kokemus osoittaa, että tilojen lämmitys polttoaineella on kannattamatonta. Lännessä ihmiset saavat lämpöä sähköllä. Sähkökattiloiden asentaminen ei ole kannattavaa, jos taloon tai asuntoon toimitetaan keskussähkö. Voit hankkia tarvittavan energiaresurssin itse, älykkäät ihmiset ovat keksineet monia kotitekoisia laitteita. Kerromme sinulle niistä vaihtoehtoisista sähkönlähteistä, jotka on helpoin valmistaa omin käsin.

Suunnittelu sähköntuotantoon

Tuuli on yleisin energianlähde. Varoitamme etukäteen, että laitteiden rakentaminen sähkön tuottamiseen omin käsin ei ole kovin helppoa, mutta laitteen tuloksen saapuminen ei kestä kauan. Kehityksen aikana henkilön on ymmärrettävä tehdastekniikan rakenne ja opittava kokoamaan se itsenäisesti. Asennuksen pääkomponentit ovat:

moottori
pilapiirtäjä
DC generaattori
akun latausohjain
akku
jännitemuuntaja

Tuulivoimaloita on kahta tyyppiä: pysty- ja vaakasuuntaiset. Niiden ero on akselin järjestyksessä. Pystysuora vaihtoehtoinen energialähde kotiisi on hieman helpompi tehdä omin käsin kuin vaakasuora. Käytännössä jokaisella laitteella on omat etunsa. Pystyaksiaalisten laitteiden hyötysuhde ei ylitä 15%. Alhaisen melutason vuoksi niiden käyttö kotona ei aiheuta epämukavuutta. Tuotetun sähkön määrä riippuu tuulen voimakkuudesta, joten omistajan ei tarvitse raahata aivoja, jos ilmavirran suunta muuttuu.

Vaaka-akselilla saatu vapaa energia kotiin on täysin päinvastainen kuin pystysuora tyyppi. Laitteille on ominaista korkea hyötysuhde, mutta se vaatii tuulen suunnan muutoksiin reagoivien antureiden asentamisen. Vaakasuuntaisen tuuliturbiinin haittana on korkea melutaso. Tämä vaihtoehto sopii paremmin käytettäväksi teollisuusympäristöissä.

Saadaksesi vaihtoehtoista sähköä suuria määriä, sinun on valittava oikea määrä siipiä ja potkurikokoja. Tee-se-itse -valmistajat ovat kehittäneet kaavion laitteen kokoamista varten. Kaikki riippuu siitä, mitä tuloksia omistaja haluaa saada. Kun potkurin halkaisija on 2 metriä, on asennettava seuraava määrä siipiä:

10 wattia - 2 kpl;
15 wattia - 3 kpl;
20 wattia - 4 kpl;
30 wattia - 6 kpl;
40 wattia - 8 kpl.

Jos potkurin halkaisija on 4 metriä, seuraavat ominaisuudet ovat voimassa:

40 wattia - 2 terää;
60 wattia - 3 terää;
80 wattia - 4 terää;
120 wattia - 6 terää.

Saatujen tulosten perusteella voimme päätellä, että vaihtoehtoinen sähkö auttaa huoneen lämmittämisessä. Jäljelle jää vain selvittää sähkökattilan teho ja laskea tarvittava potkurin koko. Laskelma perustui tuulen nopeudelle neljä metriä sekunnissa. Itä-Euroopassa tämä luku on tilastollinen keskiarvo.

Terä on tärkeä osa tuuligeneraattoria

Kun teet vaihtoehtoisia energialähteitä kotiin omin käsin, on kiinnitettävä erityistä huomiota teriin. Vanhoille myllyille asennettavat purjehduslaitteet eivät ole tehokkaita, koska niillä on alhainen hyötysuhde. On suositeltavaa käyttää aerodynaamisia laitteita, jotka jäljittelevät lentokoneen siipien ulkonäköä. Pääsääntöisesti materiaalilla ei ole väliä, terät voidaan leikata jopa puusta. Jos päätät käyttää perinteistä muovia, muista, että pienellä määrällä teriä asennuksessa esiintyy tärinää. Siksi on suositeltavaa sijoittaa 6 terää, joiden halkaisija on 3 metriä, laitteeseen, joka auttaa saamaan vaihtoehtoisia energiatyyppejä. On parasta käyttää painevesihuoltoon suunniteltua PVC-putkia. Aerodynaamisten ominaisuuksien saamiseksi tuotteen reunat on käännettävä ja hiottava. Potkurin kokoamiseen tarvitset "tähden", joka on valmistettu vaakasuuntaisesta.

Saadaksesi laadukasta sähköä omin käsin, sinun on tasapainotettava tuulipyörät. Tämä voidaan tehdä kotona, koetyön aikana terien tahdosta liikkuminen tarkistetaan. Jos potkuri on staattisessa asennossa, se ei pelkää tärinää.

On mahdotonta tuottaa vaihtoehtoista energiaa omin käsin tuulella ilman tehdaslaitteita. Joka tapauksessa tarvitset DC-moottorin, joka maksaa penniäkään verrattuna tehtaan tuuligeneraattoreiden hintaan. Seuraavaksi laitteiden tuotanto tapahtuu seuraavan skenaarion mukaisesti:

runkokokoonpano rakenteellista luotettavuutta varten;
pyörivän yksikön asennus, jonka taakse generaattori ja tuulipyörä kiinnitetään;
liikkuvan sivulapion asennus jousisidoksella (tarvitaan laitteen suojaamiseksi hurrikaanituulten aikana). Jos tätä mekanismia ei ole, itse valmistettu sähkögeneraattori käännetään tuulen suuntaan;
kiinnitämme potkurin generaattoriin, joka puolestaan on kiinnitetty runkoon, ja runko runkoon;
lapio kiinnitetään runkoon paarilla;
pyörivä mekanismi on kytketty runkoon;
Generaattori on kiinnitetty virrankerääjään, josta lähtevät sähköosaan menevät johdot.

Sähköosan kokoamiseksi sinulla on oltava fysiikan perustiedot. Kytkemme akkuun diodisillan, jonka läpi jännitesäädin ja sulakkeet kulkevat. Akku tuottaa vaihtoehtoista sähköä kotiin.

Yksinkertaisen tuuligeneraattorin tekeminen omin käsin

Aurinkopaneelit

Levyt sähkön tuottamiseen aurinkoa käyttämällä

Suhteellisen äskettäin ihmiskunta on oppinut hankkimaan ilmaista energiaa kotiin käyttämällä aurinkoa. Tuloksena olevaa resurssia käytetään huoneen lämmittämiseen ja sähkön tuottamiseen, ja nämä kaksi prosessia voidaan myös yhdistää. Aurinkoenergian etuja ovat seuraavat tekijät:

resurssi ikuisuus;
korkea ympäristöystävällisyys;
äänettömyys;
mahdollisuus prosessoida muiksi vaihtoehtoisiksi energiamuodoiksi.

Jos ei ole mahdollisuutta tai halua ostaa valmiita aurinkopaneeleja, laite voidaan suunnitella itsenäisesti. Tarjoamme sinulle yksinkertaisen asennuksen, jotta voit testata sen tehokkuutta käytännössä ja valmistaa sitten useita tällaisia laitteita ja luoda kokonaisen lämpökeskuksen kotiisi.

Kuparilevy ennen aurinkokennokokoonpanoa

Joten vaihtoehtoinen virtalähde voidaan valmistaa yksinkertaisesta kuparilevystä; yksinkertaisia laitteita varten tarvitsemme noin 45 neliösenttimetriä. Ensin meidän on leikattava metallipala tarvittavaan kokoon. Varmista, että levy sopii sähköliesi kierteeseen. Ennen toimenpiteen aloittamista on tärkeää poistaa ylimääräiset elementit kuparista ja poistaa viat. Sitten voit asettaa levyn sähköliesille, jonka tehon on oltava vähintään 1100 wattia.

Kuumennusprosessin aikana materiaali muuttaa väriään useita kertoja, mikä johtuu fysiikan ja kemian lakien erityispiirteistä. Kun kupari muuttuu mustaksi, odota puoli tuntia. Tämän ajan kuluttua oksidikerroksesta tulee paksu. Kun teet kotiisi omin käsin aurinkovaihtoehtoisen energialähteen, odota laatan sammuttamisen jälkeen hetki kuparin jäähtymistä. Jäähdytystä tarvitaan, jotta oksidi irtoaa kuparista. Kun levyn lämpötila on yhtä suuri kuin huoneen lämpötila, materiaali on huuhdeltava lämpimän veden alla. Kuparioksidijäämiä ei saa missään tapauksessa erottaa. Laitteen kokoonpanotekniikan kuvaus todistaa sinulle, että vaihtoehtoisen sähkön saaminen on erittäin helppoa ilman suurta vaivaa.

Ensin leikkaamme toisen kuparilevyn, joka vastaa käsitellyn kappaleen kokoa. Taivutamme molemmat levyt ja laitamme ne muovipulloon ja teemme tämän siten, että ne eivät kosketa toisiaan. Kiinnitämme krokotiilipidikkeet kahteen levyyn. Nyt ei enää tarvitse kuin kytkeä johdot napoihin: pluskaapeli tulee "puhdasta" kuparista ja miinuskaapeli laattakäsitellystä kuparista.

Pienitehoinen pienikokoinen aurinkoparisto

Laite sähkön tuottamiseksi omilla käsillä on melkein valmis. Sekoita viimeisessä vaiheessa 3 ruokalusikallista suolaa tavalliseen veteen erillisessä astiassa. Sekoita seosta useita minuutteja, kunnes suola on täysin liuennut nesteeseen, minkä jälkeen kaadetaan saatu liuos muovipulloon. Jos suunnittelet useita tällaisia laitteita kerralla, voit saada lyhyessä ajassa hyviä ja ilmaisia vaihtoehtoisia energialähteitä, jotka on valmistettu omin käsin. Et voi ajatella yksinkertaisempaa kotitekoista vaihtoehtoa huoneen lämmittämiseen.

Aurinkoparistot - toiminta- ja tuotantoperiaate

Sähkön tuottaminen maan syvyydestä

Lämpöpumppuyhteyksien asennus

Sähkö- tai lämpöenergian saamiseksi maan suolistosta on tarpeen rakentaa maalämpöpumppu. Tämä laite on universaali, sillä se pystyy erottamaan tarvitsemamme tuotteen sekä maaperästä että pohjavedestä. Viime aikoina tämä vaihtoehtoinen energiamuoto on tullut erittäin suosituksi.

Saadaksesi sähköä maasta, sinun on ensin asennettava putki. Jos energia tulee vedestä, asetamme lämpöpumpun säiliöön. Lämpöpumpun toimintaperiaate ei eroa jääkaapin toimintaperiaatteesta. Ainoa ero on, että meidän tapauksessamme lämpöä ei vapaudu ympäristöön, vaan se imeytyy sieltä.

DIY vaihtoehtoisia sähkönlähteitä on neljää tyyppiä:

Pystykeräin. Se asennetaan porakaivoihin, joiden syvyys voi olla jopa 150 metriä. Tämä tekniikka on merkityksellinen, kun paikan pinta-ala ei salli vaakasuuntaisen lämpöpumpun asentamista;
Vaakasuora keräilijä. Sen löytämiseksi sinun on kaivettava maaperän läpi puolentoista metrin syvyyteen. Tällä tavalla saatu tee-se-itse-vaihtoehtoinen energia on saatavilla lähes jokaiseen yksityiseen kotiin. Kokemus osoittaa, että tämä järjestelmä on tehokkain.
Veden kerääjä. Olennaista, jos talon lähellä on joki tai järvi. Putkilinja on asennettava jäätymissyvyyden alapuolelle. Muussa tapauksessa sinun on asennettava järjestelmä joka vuosi. Tätä energiantuotantomenetelmää pidetään halvimpana;
Pohjaveden kerääjä. Vaihtoehtoisen sähkön saaminen tällä tavalla on mahdollista vain asiantuntijoiden avulla. Putkenasennus vaatii tiukkoja vaatimuksia. Asennuksen erikoisuus on se, että lämmöstään luopunut vesi palaa maahan käytyään koko piirin läpi. Myöhemmin se lämmitetään maaperällä ja siitä tulee sopiva huoneen lämmittämiseen ja sähkön tuottamiseen.

Lämpöpumppujen edut

Vaakasuora keräilijä

Tee-se-itse-vaihtoehtoisilla kodin energialähteillä, joiden lähteet ovat maan sisäelimet, on monia etuja. Lämpöpumppujen ensimmäisistä käyttöpäivistä lähtien olet vakuuttunut siitä, että tällaisilla teknologioilla on korkea hyötysuhde. Koska maaperän lämpötila kaivoissa pysyy aina muuttumattomana ympäri vuoden, lähdettä voidaan pitää ikuisena. Asennukset eivät aiheuta melua ja tarjoavat tiloihin lämpöenergiaa vaadituissa määrin. Maaanturien valmistajat sanovat, että tällaisten laitteiden avulla voit tuottaa sähköä itse sata vuotta.

On olemassa useita muita tärkeitä ominaisuuksia, jotka suosivat lämpöpumppuja:

ei tarvita maakaasua;
ei haittaa ympäristöä;
korkea paloturvallisuustaso;
tarvitsee vähän aluetta.

Nyt tiedät kuinka tuottaa sähköä kotona. Kun sinulla on kaikki tarvittavat tiedot, voit valita sopivimman menetelmän.

Lämpöpumppu kodin lämmitykseen

Jos pidit sivustamme tai pidit tämän sivun tiedoista hyödyllistä, jaa se ystävillesi ja tuttavillesi - napsauta jotakin sosiaalisen verkoston painikkeista sivun alalaidassa tai yläreunassa, koska Internetin turhien roskien joukossa todella mielenkiintoista materiaalia on melko vaikea löytää.

Vesivoima tuottaa sähköä liikkuvan veden energialla. Sateet ja sulava lumi yleensä kukkuloilta ja vuorilta luovat puroja ja jokia, jotka lopulta virtaavat mereen. Tämän liikkuvan veden energia voi olla merkittävä (tunnettu koskenlaskusta).

Tätä energiaa on käytetty vuosisatoja. Muinaiset kreikkalaiset käyttivät vesipyöriä vehnän jauhamiseen jauhoiksi. Jokeen asetettuna pyörä pyörii veden vaikutuksen alaisena. Joen kineettinen energia kääntää pyörää ja muuttuu mekaaniseksi energiaksi, joka käyttää myllyä.

Vesivoiman kehittäminen

1800-luvun lopulla vesivoimasta tuli sähkön tuotantolähde. Ensimmäinen vesivoimala rakennettiin Niagara Fallsiin vuonna 1879. Vuonna 1881 Niagara Fallsin kaupungin katuvalot käytettiin vesivoimalla. Vuonna 1882 maailman ensimmäinen vesivoimala (HPP) aloitti toimintansa Yhdysvalloissa Appletonissa, Wisconsinissa. Itse asiassa vesivoimalaitokset ja hiilivoimalaitokset tuottavat sähköä samalla tavalla. Molemmat käyttävät turbiiniksi kutsuttua potkuria sen käynnistämiseksi, joka sitten kääntyy akselin läpi ja pyörittää sähköä tuottavaa sähkögeneraattoria. Hiilivoimalaitokset käyttävät höyryä turbiinien siipien pyörittämiseen, kun taas vesivoimalaitokset käyttävät putoavaa vettä – tulokset ovat samat.

Maailma tuottaa noin 24 prosenttia maailman sähköstä, mikä tuottaa energiaa yli miljardille ihmiselle. Maailman vesivoimaloiden kokonaisteho on 675 000 megawattia, mikä vastaa 3,6 miljardia öljytynnyriä, World Renewable Energy Laboratoryn mukaan.

Miten vedestä saadaan sähköä?

Vesivoimalaitokset tuottavat sähköä vedestä käyttämällä vettä. Tyypillinen vesivoimalaitos on järjestelmä, jossa on kolme osaa:

Padon takana oleva vesi virtaa padon läpi ja työntää potkuria turbiinissa kääntäen sitä. Turbiini pyörittää generaattoria tuottaakseen sähköä. Tuotettavan sähkön määrä riippuu siitä, kuinka paljon vettä kulkee järjestelmän läpi. Sähköä voidaan siirtää tehtaille ja yrityksille yhteisen sähköverkon kautta.

Vesivoimalat tuottavat lähes viidenneksen maailman sähköstä. Kiina, Kanada, Brasilia, Yhdysvallat ja Venäjä ovat viisi suurinta vesivoiman tuottajaa. Yksi maailman suurimmista vesivoimaloista on Kolme rotkoa Jangtse-joella Kiinassa. Pato on 2,3 km leveä ja 185 metriä korkea.

Vesivoima on nykyään halvin tapa tuottaa sähköä. Tämä johtuu siitä, että kun pato on rakennettu ja laitteet asennettu, energialähde - juokseva vesi - on ilmaista. Se on puhtaan polttoaineen lähde, joka uusiutuu vuosittain lumesta ja sateesta.

Vesivoimalaitoksen tuottaman sähkön määrä riippuu kahdesta tekijästä:

Vesiputouksen korkeus: mitä korkeammalta vesi putoaa, sitä enemmän siinä on energiaa. Tyypillisesti etäisyys, josta vesi putoaa, riippuu padon koosta. Mitä korkeammat padot ovat, sitä pidemmälle vesi laskee ja sitä enemmän siinä on energiaa. Tutkijoiden mukaan putoavan veden voima on "suhteellinen" sen putoamisetäisyyteen nähden.
Putoavan veden määrä. Enemmän vettä virtaa turbiinin läpi tuottaa enemmän energiaa. Turbiinissa olevan veden määrä riippuu joesta alas virtaavan veden määrästä. Suuremmissa joissa on enemmän virtaavaa vettä ja ne voivat tuottaa enemmän energiaa.

Vesivoiman tuotanto on tiukasti säänneltyä, joten käyttäjät voivat ohjata veden virtausta turbiinin läpi tuottaakseen sähköä tarpeen mukaan. Lisäksi keinotekoisia altaita voidaan käyttää virkistykseen, uintiin tai soutumiseen.

Mutta jokien patoaminen voi tuhota tai häiritä villieläimiä ja muita luonnonvaroja. Joidenkin kalalajien, kuten lohen, kutureitit voivat olla tukossa. Vesivoiman padot voivat myös aiheuttaa alhaisen liuenneen hapen pitoisuuden veteen, mikä on haitallista jokien elämälle.