מקורות אנרגיה חלופיים: סקירה טכנולוגית

מבוא

כל הכלכלה העולמית המודרנית תלויה בעושר שנצבר בתקופת הדינוזאורים: נפט, גז, פחם ודלקים מאובנים אחרים. רוב הפעילויות בחיינו, החל מנסיעה ברכבת התחתית ועד חימום הקומקום במטבח, דורשות בסופו של דבר את שריפת המורשת הפרה-היסטורית הזו. הבעיה העיקרית היא שמשאבי האנרגיה הזמינים הללו אינם מתחדשים. במוקדם או במאוחר, האנושות תשאב את כל הנפט מבטן האדמה, תשרוף את כל הגז ותחפור את כל הפחם. במה נשתמש כדי לחמם קנקני תה אז?

אל לנו גם לשכוח את ההשפעה הסביבתית השלילית של שריפת דלק. עלייה בתכולת גזי החממה באטמוספירה מביאה לעלייה בטמפרטורה הממוצעת בכל כדור הארץ. מוצרי בעירת דלק לזהם אוויר. תושבי ערים גדולות מרגישים זאת היטב.

כולנו חושבים על העתיד, גם אם העתיד הזה לא יבוא איתנו. הקהילה העולמית הכירה זה מכבר במגבלות של דלק מאובנים. וההשפעה השלילית של השימוש בהם על הסביבה. מדינות מובילות כבר מיישמות תוכניות למעבר הדרגתי למקורות אנרגיה ידידותיים לסביבה ומתחדשים.

בכל העולם, האנושות מחפשת ומציגה בהדרגה תחליפים לדלקים מאובנים. במשך זמן רב, תחנות כוח סולאריות, רוח, גאות ושפל, גיאותרמיות והידרואלקטריות פועלות בכל רחבי העולם. נראה שכרגע מה מונע מאיתנו לספק את כל צרכי האנושות בעזרתם?

למעשה, לאנרגיה חלופית יש בעיות רבות. למשל, בעיית החלוקה הגיאוגרפית של משאבי האנרגיה.חוות רוח בנויות רק באזורים שבהם נושבות רוחות חזקות לעתים קרובות, סולאריות - שבהן יש מספר מינימלי של ימים מעוננים, תחנות כוח הידרואלקטריות - בנהרות גדולים. שמן, כמובן, גם לא זמין בכל מקום, אבל קל יותר לספק אותו.

הבעיה השנייה של אנרגיה חלופית היא חוסר יציבות. בחוות רוח, הייצור תלוי ברוח, אשר כל הזמן משנה מהירות או נעצרת כליל. תחנות כוח סולאריות אינן פועלות היטב במזג אוויר מעונן ואינן פועלות כלל בלילה.

לא הרוח ולא השמש מביאות בחשבון את הצרכים של צרכני האנרגיה. יחד עם זאת, תפוקת האנרגיה של תחנת כוח תרמית או גרעינית קבועה ומווסתת בקלות. הפתרון לבעיה זו יכול להיות רק בנייה של מתקני אחסון אנרגיה ענקיים ליצירת רזרבה במקרה של תפוקה נמוכה. עם זאת, זה מייקר מאוד את העלות של המערכת כולה.

בגלל קשיים אלו ועוד רבים אחרים, התפתחות האנרגיה החלופית בעולם מואטת. שריפת דלקים מאובנים עדיין קלה וזולה יותר.

עם זאת, אם בקנה מידה של הכלכלה העולמית מקורות אנרגיה חלופיים אינם מספקים תועלת רבה, אז במסגרת בית בודד הם יכולים להיות מאוד אטרקטיביים. כבר עכשיו, רבים מרגישים את העלייה המתמדת בתעריפים עבור חשמל, חום וגז. מדי שנה, חברות האנרגיה נכנסות עמוק יותר לכיסם של אנשים רגילים.

מומחים מקרן הסיכון הבינלאומית I2BF הציגו את הסקירה הראשונה של שוק האנרגיה המתחדשת. לפי התחזיות שלהם, בעוד 5–10 שנים, טכנולוגיות אנרגיה חלופית יהפכו לתחרותיות יותר ויהפכו לנפוצות. כבר עכשיו, הפער במחיר של אנרגיה חלופית וקונוונציונלית הולך ומצטמצם במהירות.

עלות אנרגיה מתייחסת למחיר שיצרן אנרגיה חלופית רוצה לקבל על מנת לפצות על ההוצאות ההוניות שלו לאורך חיי הפרויקט ולהעניק תשואה של 10% על ההון המושקע. מחיר זה יכלול גם את עלות מימון החוב, שכן רובם ממונפים בכבדות.

הגרף הנתון ממחיש את ההערכה של סוגים שונים של אנרגיה חלופית ומסורתית ברבעון השני של 2011 (איור 1).

אורז. אחד.	הערכה של סוגים שונים של אנרגיה חלופית ומסורתית

על פי הנתונים לעיל, לאנרגיה גיאותרמית, כמו גם לאנרגיה הנוצרת משריפת אשפה וגז מזבלה, יש את העלות הנמוכה ביותר מכל סוגי האנרגיה החלופית. למעשה, הם כבר יכולים להתחרות ישירות באנרגיה המסורתית, אך הגורם המגביל עבורם הוא מספר המקומות המצומצם שבהם ניתן ליישם את הפרויקטים הללו.

למי שרוצה לקבל עצמאות מגחמותיהם של מהנדסי כוח, שרוצים לתרום לפיתוח אנרגיה חלופית, שרק רוצים לחסוך מעט באנרגיה, הספר הזה נכתב.

מתוך ספר V. Germanovich, A. Turilin "מקורות אנרגיה חלופיים. עיצובים מעשיים לשימוש ברוח, שמש, מים, אדמה, אנרגיית ביומסה.

המשך לקרוא כאן

האם יש עתיד למקורות אנרגיה חלופיים?

מקורות חלופיים של אנרגיה מתחדשת הם כיוון מעניין ומבטיח למדי. לדוגמה, ישנן מספר שיטות יעילות להפקת מים מהאוויר. נכון, כאן יש צורך להשתמש בגנרטור.אם יימצאו גישות חדשות לפתרון בעיות אלו ולשיפור השיטות, רק הזמן יגיד.

האם ניתן יהיה להשתמש במשאבים בחוכמה זו שאלה גדולה

צפה בסרטון זה ביוטיוב

הנדסה קודמת️ ממסר מתח 220 וולט לבית: איך לארגן נכון את ההגנה על מכשירי חשמל ביתיים
הנדסה הבאה האם אני צריך להגיש נתונים לפי מדי מים בשנת 2019: ומה יקרה אם לא תעשה את זה בזמן?

סוגי מקורות אנרגיה חלופיים.

אנרגיית הרוח, השמש, המים, הדלק הביולוגי, החום של כדור הארץ הם בלתי נדלים יחסית ומתחדשים. אין להכחיש את היתרונות של מקורות אנרגיה חלופיים מכיוון שהם שומרים על משאבי טבע. בנוסף, הם הרבה יותר עקביים עם דרישות הבטיחות הסביבתית.

אנרגיית רוח.

העיקרון של שימוש בכוח הרוח הוא המרת אנרגיה קינטית לחשמלית, תרמית, מכנית. גנרטורים רוח משמשים לייצור אנרגיה חשמלית. הם יכולים להיות בעלי פרמטרים טכניים שונים, גדלים, עיצובים, ציר סיבוב אופקי או אנכי. מפרשים הם דוגמה קלאסית לשימוש בכוח רוח בהובלה ימית, וטחנת רוח היא המרה לאנרגיה מכנית.

קוטר הלהבים וגובה מיקומם קובעים את כוחו של מחולל הרוח. בעוצמת רוח של 3 מ"ש, הגנרטור מתחיל לייצר זרם ומגיע לערכו המרבי ב-15 מ"ש. כוח רוח מעל 25 מ"ש הוא קריטי - הגנרטור כבוי.

אנרגיה סולארית היא מתנה מהשמש.

אנרגיה סולארית כמקור אנרגיה חלופי היא המשך טבעי למשימתה של השמש מעניקה חיים על הפלנטה שלנו. אבל בעוד האנושות לא למדה להשתמש בו ישירות.כיום, פאנלים סולאריים משמשים כממירים של אנרגיה סולארית לאנרגיה חשמלית, וקולטים סולאריים משמשים לאנרגיה תרמית. בנוסף, במקרים מסוימים, נעשה שימוש בשילוב של שני סוגים.

טכנולוגיה סולארית מורכבת מחימום פני השטח בקרני השמש ובשימוש במים מחוממים לאספקת מים חמים, חימום או שימוש במחוללי כוח קיטור. קולטי שמש משמשים להמרת אנרגיה סולארית לאנרגיה תרמית. המשותף שלהם כוח תלוי מספר והספק של מכשירים בודדים הכלולים במערכת של תחנה סולארית או תרמית.

פאנלים סולאריים מחולקים ל:

• סִילִיקוֹן
• סרט צילום

לסוללות המשתמשות בגבישי סיליקון יש כיום הביקוש הגדול ביותר, וסוללות הסרטים הן הנוחות ביותר. לוחות סיליקון הם אחת האפשרויות הטובות ביותר עבור בית פרטי.

כוח מים הוא השימוש בכוח המים.

עקרון הפעולה של טורבינות בתחנות כוח הידרואלקטריות הוא השפעת כוח המים על להבי הידרוטורבינה, המייצרת חשמל. לפעמים רק אותן תחנות כוח הידרואלקטריות מסווגות כסוגי אנרגיה חלופיים, שבהן לא נעשה שימוש בסכרים רבי עוצמה, ויצירת זרם מתרחשת בהשפעת זרימת המים הטבעית. זאת בשל ההשפעה השלילית המשמעותית של תחנות כוח מים חזקות על נופי הנהרות הטבעיים, שטפונותיהם הרדודים והקטסטרופליים.

אין התנגדות מצד שומרי הסביבה לשימוש באנרגיה הטבעית של גאות ים ואוקיינוס. המרה של אנרגיה קינטית לאנרגיה חשמלית במקרה זה מתרחשת בתחנות גאות ושפל מיוחדות.

אנרגיה גיאותרמית היא החום של כדור הארץ.

פני השטח של כדור הארץ מקרינים חום לא רק במקומות שבהם נפלטים מקורות סיסמיים חמים, כמו, למשל, בקמצ'טקה, אלא גם כמעט בכל אזורי כדור הארץ. כדי להפיק את החום של כדור הארץ, משתמשים במשאבות חום מיוחדות, ולאחר מכן הוא מומר לאנרגיה חשמלית או משמש כחום. עקרון הפעולה של המתקנים מבוסס על חוקי התרמודינמיקה והחוקים הפיזיקליים של התנהגות נוזלים וגזים, בפרט פריאון.

סוג התכנון של המשאבה קובע את מקור האנרגיה העיקרי, כגון אדמה-אוויר או אדמה-מים.

דלק ביולוגי.

העיקרון של השגת דלק ביולוגי מבוסס על עיבוד מוצרים אורגניים באמצעות מתקנים מיוחדים. במהלך העיבוד, נוצרת אנרגיה תרמית או חשמלית. דלק ביולוגי יכול להיות נוזלי, מוצק או גזי. מוצק, למשל, לבניות דלק, נוזל - ביואתנול, גז - ביוגז. הזנים שלו כוללים גז הטמנה, שנוצר במזבלות. השימוש בביוגז ממזבלות ישנות עוזר לפתור את בעיות מיחזור הפסולת.

מקור אנרגיה חלופי: מה זה ולמה הוא נחוץ

עד היום האנרגיה מבוססת על דרכים מפותחות ומוכחות לייצור חשמל. הן תחנות כוח גרעיניות, חשמליות והידרואלקטריות ידועות. כולם עובדים עם שימוש במשאבי הפלנטה שלנו, שבמוקדם או במאוחר ימוצו, או יהיו כרוכים בתגובות שעלולות לגרום לנזק בלתי הפיך.

בשנת 2017, אחוז השימוש במשאבים אלו התחלק באופן הבא:

• 39.3% - פחם;
• 22.9% - גז טבעי;
• 16% - מים;
• 10.6% - אנרגיה גרעינית;
• 4.1% - שמן.

כיום, אזור מבטיח זה מחפש חומרים ותהליכים בעולם הסובב שמסוגלים:

• לחדש את המשאב שלך (כלומר להיות בלתי נדלה);
• מייצגים תחליף מלא למסורתיים מבחינת איכות;
• להיות חסכוני;
• לא פוגעים בסביבה.

מה רע במקורות אנרגיה מסורתיים?

פחם, נפט וגז עדיין לא מצאו תחליף מלא לעצמם בייצור האנרגיה הדרושה לאנושות. עם זאת, המלאים שלהם מוגבלים ואינם ניתנים להחזרה.

לדוגמה, כדור הארץ שלנו בילה עד 350 מיליון שנים כדי ליצור נפט וגז, ומיצינו את המשאב שלהם בקצב מהיר הרבה יותר.

כ-90% מהאנרגיה על פני כדור הארץ בשנת 2010 הופקה על ידי שריפת מאובנים ודלק ביולוגי מחומרי גלם צמחיים או בעלי חיים. ועד 2040, חלקו של ייצור כזה לא ירד מתחת ל-80%. במקביל, צריכת האנרגיה גדלה: עד השנה ה-40 - ב-56%.

עוד בשנת 2012, מדענים ציינו: כל אספקת הגז על פני כדור הארץ תסתיים עד 2052, והנפט יחזיק מעמד עוד קצת - עד 2060. כלומר, הילדים שלנו כבר יכולים לתפוס את הזמן שבו מכלית נפט או צינור גז לא יועילו, והיערות ייכרתו.

פליטות מזיקות לאטמוספירה הקשורות למוצרי בעירה ויצירת אנרגיה גרעינית הן מדללות אוזון ומוליכי התחממות כדור הארץ.

לפיכך, הציוויליזציה המודרנית כולה, לא משנה כיצד פוליטיקאים ויצרני נפט פוסלים אותה, עומדת בפני שאלה גלובלית - איזה מקור אנרגיה יחליף את המסורתיים, תוך שמירה על איכות הסביבה.

תעשיית חשמל תרמית

מגזר האנרגיה הנפוץ ביותר ברוסיה. תחנות כוח תרמיות בארץ מייצרות יותר מ-1,000 מגוואט באמצעות פחם, גז, מוצרי נפט, מרבצי פצלים וכבול כחומר הזנה.האנרגיה הראשונית הנוצרת מומרת עוד יותר לחשמל. מבחינה טכנולוגית, לתחנות כאלה יש הרבה יתרונות, שקובעים את הפופולריות שלהן. אלה כוללים תנאי הפעלה לא תובעניים וקלות ארגון טכני של זרימת העבודה.

ניתן לבנות מתקני כוח תרמי בצורת מתקני עיבוי ותחנות חום וכוח משולבות ישירות באזורים בהם מופק המשאב המתכלה או היכן שהצרכן נמצא. תנודות עונתיות אינן משפיעות על יציבות התחנות, מה שהופך מקורות אנרגיה כאלה לאמינים. אבל יש גם חסרונות של תחנות כוח תרמיות, הכוללות שימוש במשאבי דלק מתכלים, זיהום סביבתי, צורך בחיבור כמויות גדולות של משאבי עבודה וכו'.

במה לבחור: מקורות אנרגיה מתחדשים או אנרגיה גרעינית?

מבחינה היסטורית, גרעין, פחם וכוח הידרו היוו מקורות אנרגיה מסיביים

לכן, מבלי לקחת בחשבון את העובדה שמדינות רבות בעולם עוסקות באופן הדוק בפיתוח מגזר האנרגיה המתחדשת, הנהגת הפדרציה הרוסית תכננה לקבל רק 4.5% מהאנרגיה מאנרגיה מתחדשת עד תחילת 2020, תוך מימוש שמאגרי הפחמימנים אינם בלתי מוגבלים

ממשלת רוסיה סומכת על ייצור אנרגיה לטווח ארוך מאנרגיה פלוטוניום והיתוך; מקורות אנרגיה כאלה אינם נחקרים במלואם ומהווים איום ממשי על האנושות. זה חל על פיתוח ויישום של כל האנרגיה הגרעינית.

במטרה לחקור יותר אנרגיה גרעינית בצרפת בשנת 2007, החלה בניית כור תרמו-גרעיני ניסיוני בעל חשיבות בינלאומית.

הפרויקט הוקם על ידי קבוצה של מספר מדינות, כולל רוסיה.המטרה העיקרית של יצירת פרויקט כזה הייתה להוכיח שימוש מסחרי אפשרי באנרגיה המתקבלת מהיתוך תרמו-גרעיני כמקור לאנרגיה חשמלית. פתרון לבעיה זו טרם נמצא.

לפי חישובים של מדענים המעורבים בחקר תהליכים תרמו-גרעיניים, כמות האנרגיה שתתקבל מהם עד שנת 2100 לא תוכל לחרוג מהרף של 100 GW, המהווה אינדיקטור נמוך לפתרון בעיות האנושות הקשורות לייצור חשמל . כדוגמה, אנו יכולים לקחת את העובדה שתחנות כוח עולמיות מודרניות מספקות 4000 GW של חשמל.

הדרך היחידה לפתור את בעיית השגת החשמל היא המעבר של האנושות למקורות אנרגיה מתחדשת תוך שימוש מקביל בטכנולוגיות התורמות לחיסכון בחשמל. היתרון של מעבר כזה יהיה שמירה על האקלים של כדור הארץ. כל הכספים הדרושים כדי להתחיל תהליך זה זמינים.

אנרגיה חלופית ברוסיה המודרנית

בהשוואה לשנים קודמות, אנרגיה חלופית ברוסיה מתפתחת מהר יותר, אך אינה דומיננטית. כיום, רוב האנרגיה בארץ מגיעה ממקורות מסורתיים.

תחנות כוח סולאריות

תחנת כוח סולארית באורל

באזורים הדרומיים של המדינה, כמו גם מערב, מזרח סיביר והמזרח הרחוק יש פוטנציאל לייצור חשמל סולארי. ברוסיה, היא מבטיחה להפיק אנרגיה מהשמש, ולכן פרויקטים בכיוון זה מקבלים תמיכת מדינה.

תחנות כוח הידרו ושפל

רוסיה משתמשת באופן פעיל בפוטנציאל המים לייצור חשמל: לפי נתוני 2017, למדינה יש 15 תחנות כוח בהספק של יותר מ-1000 מגה וואט, וגם מאות תחנות בעלות הספק נמוך יותר. האנרגיה שמייצרת תחנת כוח הידרואלקטרית עולה חצי מהאנרגיה שמייצרת תחנת כוח תרמית.

תחנות גאות ושפל דורשות כספים גדולים, ולכן הפיתוח של כיוון זה בפדרציה הרוסית אינו מתרחש. על פי התחזיות של מדענים, TPPs יכולים להוות חמישית מהחשמל המיוצר ברוסיה.

טורבינות רוח

אי אפשר להתקין גנרטורים עם ציר סיבוב אופקי ברוסיה בגלל מהירות רוח נמוכה. עם זאת, מבנים עם ציר אנכי של סיבוב משמשים לעתים קרובות.

תחנת כוח רוח באזור Ulyanovsk

נכון לשנת 2018, הקיבולת הכוללת של טורבינות הרוח ברוסיה הסתכמה ב-134 מגה וואט. תחנת הכוח הגדולה ביותר באזור Ulyanovsk (קיבולת - 35 מגה וואט).

תחנות גיאותרמיות

יש 5 תחנות כוח גיאותרמיות ברוסיה, שלוש מהן ממוקמות בקמצ'טקה. לפי נתוני 2016, ה-GeoPP מייצר 40% מהחשמל הנצרך בחצי האי הזה.

יישום דלק ביולוגי

ייצור דלק מאורגן גם ברוסיה. יחד עם זאת, למדינה משתלם יותר לפתח דלק ביולוגי מוצק מאשר נוזלי. כעת הייצור מתבצע במפעל בוולדיווסטוק.

תחנת כוח גרעינית

רוסיה מייצרת חשמל באמצעות אנרגיה גרעינית וממשיכה להתפתח בכיוון זה. תחנות חדשות נבנות, שיטות מיצוי חדשות מיושמות. על פי נתוני 2019, 10 תחנות כוח גרעיניות פועלות ברוסיה. הפדרציה הרוסית מדורגת במקום השני בעולם מבחינת יכולת ייצור חשמל באמצעות תחנות כוח גרעיניות; הרפובליקה העממית של סין זכתה באליפות בענף זה.

אנרגיית רוח

חוות רוח הן דרך מבטיחה להפקת אנרגיה, במיוחד במקומות שבהם כיוון הרוח קבוע.

שיטת השגת אנרגיה כזו אינה מזהמת את הסביבה הטבעית. עם זאת, קיימת תלות בחוסר יציבות של כיווני הרוח ועוצמתה. אמנם תלות זו ניתנת להחלקה חלקית על ידי התקנת גלגלי תנופה ומגוון סוללות.

אבל הבנייה, התחזוקה והתיקון של חוות רוח אינם זולים. בנוסף, פעולתם מלווה ברעש, מפריעה לציפורים ולחרקים ומחזירה גלי רדיו עם חלקים מסתובבים.

אנרגיה חלופית למרכזי נתונים

בעלי מרכזי נתונים מתעניינים יותר ויותר במקורות חשמל חלופיים. הדרך היחידה לשמור על קצב גידול הקיבולת כאן היא להפחית משמעותית את העלויות של פריסה, תחזוקה וקירור מרכזי נתונים. ישנן מספר אפשרויות.

לדוגמה, ניתן להפנות את החום שנוצר במהלך פעולת השרתים לחימום חלל. אז, בשנת 2015, Yandex חיממה עיר שלמה בפינלנד. על ידי אספקת חום לעיר, Yandex הצליחה להחזיר חלק מעלות החשמל שלה.

קירור מרכזי נתונים הוא אחד מסעיפי ההוצאות הזוללים ביותר עבור חברות IT. בממוצע, הקירור מהווה 45% מעלות האנרגיה.

דרך מקורית לחסוך בקירור הציוד היא להשתמש ב-"freecooling". או, במילים פשוטות, לקרר את השרתים עם אוויר מהרחוב. עבור רוסיה, שבה קר בחוץ במשך רוב ימות השנה, זה נכון במיוחד.

דרך נוספת לקרר את האוויר במרכז הנתונים, המאפשרת לך לחסוך על עלויות האנרגיה - שיטת קירור אדיאבטית. במקרה זה, ריסוס מים להורדת הטמפרטורה. בעת אידוי, זה לוקח חום ובצורה כל כך פשוטה מפחית את טמפרטורת האוויר.

בכל מקרה, לפני הניסוי, רצוי לערוך ביקורת אנרגיה מפורטת. תוצאותיו יאפשרו לנתח את מצב צריכת האנרגיה ולזהות הזדמנויות לחיסכון במשאבי אנרגיה.

למה אנחנו צריכים מקורות אנרגיה חלופיים

כאשר מקורות אנרגיה מתכלים (דלק מאובנים) נגמרים, האנושות תצטרך לעבור ל-AES (מקורות אנרגיה חלופיים). נכון לשנת 2017, 35% מהחשמל שנוצר ברוסיה הופק בצורה נטולת פחמן - בתחנות כוח גרעיניות ובתחנות כוח הידרואלקטריות.

שימוש במקורות אנרגיה מסורתיים הוא בעייתי מהסיבות הבאות:

• ה-TPP משתמש בדלק שייגמר בעתיד הקרוב. לפי ההערכות הגרועות, זה יקרה בעוד 30 שנה;
• עלות הדלקים המאובנים עולה, ולכן מחיר החשמל עולה;
• מוצרי ייצור חשמל מזהמים את הסביבה;
• החום שנוצר בתחנות גורם להתחממות כדור הארץ.

לאנושות יש רק דרך אחת - המעבר ל-AIE.

אנרגיית גאות ושפל

המרת אנרגיית הגאות והשפל לחשמל מתבצעת בתחנות כוח גאות ושפל בשתי דרכים:

1. השיטה הראשונה, על פי עקרון המרת האנרגיה, דומה להמרת אנרגיה בתחנת כוח הידרואלקטרית על ידי סיבוב טורבינה המחוברת לגנרטור חשמלי;
2. השיטה השנייה משתמשת באנרגיה של תנועת מים; שיטה זו מבוססת על ההבדל במפלס המים בזמן גאות ושפל.

המקצוענים

• אנרגיה סולארית היא משאב מתחדש. כל עוד השמש קיימת, האנרגיה שלה תגיע לכדור הארץ.
• ייצור חשמל סולארי אינו גורם לזיהום מים או אוויר מכיוון שאין תגובה כימית משריפת הדלק.
• ניתן להשתמש באנרגיה סולארית ביעילות רבה למטרות מעשיות כמו חימום ותאורה.
• היתרונות של אנרגיה סולארית נראים לעתים קרובות עבור חימום בריכות שחייה, אתרי נופש ומיכלי מים ברחבי העולם.

הרמאים

• אנרגיה סולארית אינה מייצרת אנרגיה אם השמש אינה זורחת. לילה וימים מעוננים מגבילים מאוד את כמות האנרגיה המופקת.
• בניית תחנות כוח סולאריות עשויות להיות יקרות מאוד.

סוגים עיקריים של אנרגיה מתחדשת

אנרגיה של שמש

אנרגיה סולארית נחשבת למקור האנרגיה המוביל והידידותי לסביבה. עד כה פותחו שיטות תרמודינמיות ופוטואלקטריות והשתמשו בהן לייצור חשמל. הרעיון של תפעול וסיכויים של ננואנטנות מאושש. השמש, בהיותה מקור בלתי נדלה של אנרגיה ידידותית לסביבה, עשויה בהחלט לענות על צרכי האנושות.

אנרגיית רוח

אנרגיית הרוח הייתה בשימוש מוצלח על ידי אנשים במשך זמן רב וטחנות רוח. מדענים מפתחים חוות רוח חדשות ומשפרים. הפחתת עלויות והגברת היעילות של טחנות רוח. הם רלוונטיים במיוחד בחופים ובאזורים עם רוחות קבועות. על ידי המרת האנרגיה הקינטית של מסות האוויר לאנרגיה חשמלית זולה, חוות הרוח כבר תורמות תרומה משמעותית למערכת האנרגיה של מדינות בודדות.

אנרגיה גיאותרמית

מקורות אנרגיה גיאותרמית משתמשים במקור בלתי נדלה - החום הפנימי של כדור הארץ. ישנן מספר תוכניות עבודה שאינן משנות את מהות התהליך. קיטור טבעי מנוקה מגזים ומוזן לטורבינות המסובבות גנרטורים חשמליים. מתקנים דומים פועלים בכל העולם. מקורות גיאותרמיים מספקים חשמל, מחממים ערים שלמות ומאירים את הרחובות. אבל כוחה של אנרגיה גיאותרמית מנוצל מעט מאוד, ולטכנולוגיות הייצור יש יעילות נמוכה.

אנרגיית גאות וגלים

אנרגיית גאות וגלים היא שיטה המתפתחת במהירות להמרת האנרגיה הפוטנציאלית של תנועת המוני מים לאנרגיה חשמלית. עם שיעור המרת אנרגיה גבוה, לטכנולוגיה יש פוטנציאל גדול. נכון, ניתן להשתמש בו רק בחופי האוקיינוסים והימים.

אנרגיה מביומסה

תהליך פירוק ביומסה מוביל לשחרור גז המכיל מתאן. מטוהר, הוא משמש לייצור חשמל, חימום חלל וצרכי ​​בית אחרים. ישנם מפעלים קטנים העונים במלואם על צרכי האנרגיה שלהם.

אנרגיה של קרינת שמש אלקטרומגנטית

זה יכול לשמש לייצור חשמל וגם חום. המרה ישירה של קרינת השמש לאנרגיה חשמלית מתבצעת הן באמצעות המרה ישירה עקב תופעת ההשפעה הפוטואלקטרית הפנימית על לוחות פוטו-וולטאיים, והן בעקיפין בשיטות תרמודינמיות (השגת קיטור בלחץ גבוה).

תחנת כוח סולארית

קַבָּלָה אנרגיה תרמית מ השמש מופקת על ידי ספיגת אנרגיה זו וחימום נוסף של פני השטח ונוזל הקירור, הן על ידי קולטים מיוחדים והן על ידי שימוש בטכניקות של "ארכיטקטורה סולארית".

סט הגדרות עבור המרה של אנרגיה סולארית היא סולארית תחנת כוח.

יתרונות

אנרגיית הרוח אינה מייצרת זיהום שעלול לזהם את הסביבה. מכיוון שלא מתרחשים תהליכים כימיים, כמו בעת שריפת דלקים מאובנים, לא נותרו תוצרי לוואי מזיקים.

• מכיוון שייצור רוח הוא מקור אנרגיה מתחדש, לעולם לא נסיים אותו.
• חקלאות ומרעה עדיין יכולים להתקיים על קרקע שתפוסה על ידי טורבינות רוח, מה שיכול לסייע בייצור דלק ביולוגי.
• ניתן לבנות חוות רוח מהחוף.

המכשיר והשימוש בקולטי שמש

קולט שמש פרימיטיבי הוא לוח מתכת שחור המוצב מתחת לשכבה דקה של נוזל שקוף. כפי שאתה יודע מקורס בפיזיקה בבית הספר, עצמים כהים מתחממים יותר מאשר בהירים. נוזל זה נע בעזרת משאבה, מקרר את הצלחת ומתחמם בו זמנית בעצמו. ניתן למקם את מעגל הנוזל המחומם במיכל המחובר אליו מקור מים קרים. על ידי חימום המים במיכל, הנוזל מהאספן מקורר. ואז זה חוזר. לפיכך, מערכת אנרגיה זו מאפשרת לך לקבל מקור קבוע של מים חמים, ובחורף גם רדיאטורים חמים.

ישנם שלושה סוגים של אספנים הנבדלים זה מזה במכשיר

נכון להיום, ישנם 3 סוגים של מכשירים כאלה:

• אוויר;
• צִנוֹרִי;
• שָׁטוּחַ.

אוויר

קולטי האוויר מורכבים מצלחות בצבע כהה.

קולטי אוויר הם צלחות שחורות מכוסות זכוכית או פלסטיק שקוף. האוויר מסתובב באופן טבעי או מאולץ סביב הלוחות הללו. אוויר חם משמש לחימום חדרים בבית או לייבוש בגדים.

היתרון הוא הפשטות הקיצונית של העיצוב והעלות הנמוכה. החיסרון היחיד הוא השימוש בזרימת אוויר מאולצת. אבל אתה יכול להסתדר בלעדיו.

צִנוֹרִי

היתרון של אספן כזה הוא הפשטות והאמינות.

אספנים צינוריים נראים כמו כמה צינורות זכוכית מסודרים בשורה, מצופים מבפנים בחומר סופג אור.הם מחוברים לקולט משותף ונוזל מסתובב דרכם. לאספנים כאלה יש 2 דרכים להעביר את האנרגיה המתקבלת: ישירה ועקיפה. השיטה הראשונה משמשת בחורף. השני משמש כל השנה. קיימת וריאציה באמצעות צינורות ואקום: אחד מוחדר לשני ונוצר ואקום ביניהם.

זה מבודד אותם מהסביבה ושומר טוב יותר על החום שנוצר. היתרונות הם פשטות ואמינות. החסרונות כוללים את העלות הגבוהה של ההתקנה.

שָׁטוּחַ

כדי לגרום לאספנים לעבוד בצורה יעילה יותר, מהנדסים הציעו שימוש ברכזים.

אספן הצלחת השטוחה הוא הסוג הנפוץ ביותר. הוא זה ששימש דוגמה להסבר עקרון הפעולה של מכשירים אלה. היתרון של מגוון זה הוא פשטות וזול בהשוואה לאחרים. החיסרון הוא איבוד משמעותי של חום מאשר תת-סוגים אחרים אינם סובלים.

כדי לשפר את המערכות הסולאריות הקיימות כבר, המהנדסים הציעו להשתמש במעין מראות הנקראות רכזים. הם מאפשרים לך להעלות את טמפרטורת המים מ-120 ל-200 מעלות צלזיוס. תת-מין זה של אספנים נקרא ריכוז. זוהי אחת האפשרויות היקרות ביותר לביצוע, וזה ללא ספק חיסרון.

מקום רביעי. תחנות כוח גאות וגלים

תחנות כוח הידרואלקטריות מסורתיות פועלות על פי העיקרון הבא:

1. לחץ המים מסופק לטורבינות.
2. הטורבינות מתחילות להסתובב.
3. הסיבוב מועבר לגנראטורים המייצרים חשמל.

הקמת תחנת כוח הידרואלקטרית יקרה יותר מתחנת כוח תרמית ומתאפשרת רק במקומות עם עתודות גדולות של אנרגיית מים. אבל הבעיה העיקרית היא הפגיעה במערכות אקולוגיות עקב הצורך בבניית סכרים.

תחנות כוח גאות ושפל פועלות על עיקרון דומה, אך משתמשות בכוח הגאות והשפל להפקת אנרגיה.

סוגי "מים" של אנרגיה חלופית כוללים כיוון מעניין כמו אנרגיית גל. המהות שלו מסתכמת בייצור חשמל באמצעות שימוש באנרגיית גלי האוקיינוס, שהיא הרבה יותר גבוהה מזו הגאות והשפל. תחנת הכוח הגלים החזקה ביותר כיום היא Pelamis P-750, המייצרת 2.25 MW של אנרגיה חשמלית.

מתנדנדים על הגלים, הקונווקטורים הענקיים ("נחשים") אלה מתכופפים, וכתוצאה מכך בוכנות הידראוליות מתחילות לנוע פנימה. הם שואבים שמן דרך מנועים הידראוליים, אשר בתורם הופכים גנרטורים חשמליים. החשמל המתקבל מועבר לחוף באמצעות כבל המונח לאורך הקרקעית. בעתיד יוכפל מספר הקונווקטורים והתחנה תוכל להפיק עד 21 MW.

היסטוריה של השימוש באנרגיית רוח

אי אפשר לומר בדיוק מתי החל השימוש באנרגיית הרוח לפתרון בעיות כלכליות של אדם. טחנות רוח ידועות עוד מימי מצרים העתיקה. בסין העתיקה השתמשו בטחנות רוח לשאיבת מים משדות אורז. השימוש במפרש לניווט ידוע עוד קודם לכן, מתקופת בבל העתיקה, וזו רק עדות כתובה.

אירופה באותם ימים הייתה אוסף של שבטי פרא. עם הופעת סימני הציוויליזציה, הופיעו כאן גם טחנות רוח, ספינות מפרש. אבל במשך תקופה ארוכה, השימוש ברוח הסתיים שם. מקור לא יציב מדי, בלתי צפוי, אי אפשר היה לסמוך עליו בלי אפשרות גיבוי.

עם התפתחות הייצור, הופיעו המשאבות הראשונות להרמת מים מבארות.במקביל, החל השימוש בטחנות רוח כמניע עבורן. מכשירים כאלה עדיין פועלים היום, הם פשוטים, אמינים ולא תובעניים בפעולה.

מחוללי רוח החלו להופיע עם הופעת מכשירים להמרת תנועה סיבובית לחשמל - גנרטורים. טורבינות רוח התפתחו במהירות במאה ה-20, למרות שהמלחמה עצרה פרויקטים רבים באירופה.

כיום, המובילות בשימוש בחוות רוח הן ארצות הברית וסין. מספר רב של תחנות זמינות באירופה, הן מרוכזות בחוף המערבי. יותר מכל בדנמרק, שזה די מובן - אין מקורות אחרים במדינה הזו.

היעילות הגבוהה של HPPs, היעדר רוחות חזקות ויציבות ברוב האזורים הפחיתו את העניין באנרגיית רוח. בנוסף, הציוד שהיה קיים באותה תקופה לא היה בעל פרודוקטיביות גבוהה, לא איפשר להפיק מספיק אנרגיה. הבעיה נפתרה באמצעות גנרטורים של בנזין או דיזל, אמינים יותר ומוכנים להפיק את התוצאה הרצויה בזמן הנכון.

כיום, העניין באנרגיית רוח גדל באופן משמעותי. הופיעו פיתוחים חדשים ויעילים יותר שיכולים לספק מספר מספיק של צרכנים. בנוסף, ישנם מגנטים ניאודימיום חזקים המאפשרים לייצר באופן עצמאי גנרטורים בעלי יכולת עבודה במהירות סיבוב איטית, מה ששינה את המצב באופן קיצוני ועורר עניין רב בקרב המעצבים.