Druhy energie: tradiční a alternativní. Energie budoucnosti

2024 Autor: Howard Calhoun | [email protected]. Naposledy změněno: 2023-12-17 10:22

Všechny existující oblasti energie lze podmíněně rozdělit na zralé, rozvíjející se a ve fázi teoretického studia. Některé technologie jsou dostupné pro implementaci i v soukromé ekonomice, jiné lze využít pouze v rámci průmyslové podpory. Moderní druhy energií je možné posuzovat a hodnotit z různých pozic, ale zásadní význam mají univerzální kritéria pro ekonomickou proveditelnost a efektivitu výroby. V mnoha ohledech se dnes koncepty využívání tradičních a alternativních technologií výroby energie v těchto parametrech rozcházejí.

Tradiční energie

Jedná se o širokou vrstvu zavedených teplárenských a energetických odvětví, která zajišťuje asi 95 % světových spotřebitelů energie. Generování zdroje probíhá na speciálních stanicích - jedná se o objekty tepelných elektráren, vodních elektráren, jaderných elektráren atd. Pracují s hotovou surovinovou základnou, v procesu zpracování je cílová energie je generován. Rozlišují se následující fáze výroby energie:

• Výroba, příprava a dodávka surovin dopředmět výroby toho či onoho druhu energie. Mohou to být procesy těžby a obohacování paliva, spalování ropných produktů atd.
• Přenos surovin do jednotek a sestav, které přímo přeměňují energii.
• Procesy přeměny energie z primární na sekundární. Tyto cykly nejsou přítomny na všech stanicích, ale např. pro pohodlí dodávky a následné distribuce energie lze využít její různé formy - především teplo a elektřinu.
• Údržba hotové přeměněné energie, její přenos a distribuce.

V konečné fázi je zdroj odeslán koncovým uživatelům, což mohou být jak sektory národního hospodářství, tak běžní majitelé domů.

Tepelná energetika

Nejběžnější energetický průmysl v Rusku. Tepelné elektrárny v zemi vyrábějí více než 1 000 MW za použití uhlí, plynu, ropných produktů, břidlicových ložisek a rašeliny jako suroviny. Vyrobená primární energie se dále přeměňuje na elektřinu. Technologicky mají takové stanice spoustu výhod, které určují jejich oblíbenost. Patří mezi ně nenáročnost na provozní podmínky a snadnost technické organizace pracovního postupu.

Tepelná energetická zařízení ve formě kondenzačních zařízení a zařízení na kombinovanou výrobu tepla a elektřiny lze stavět přímo v oblastech, kde se těží spotřební zdroj nebo kde se nachází spotřebitel. Sezónní výkyvy neovlivňují stabilitu stanic, což ji činízdroje energie jsou spolehlivé. Ale TPP mají také nevýhody, mezi které patří používání vyčerpatelných palivových zdrojů, znečištění životního prostředí, potřeba připojit velké množství pracovních zdrojů atd.

Hydropower

Hydraulické konstrukce ve formě energetických rozvoden jsou navrženy tak, aby generovaly elektřinu jako výsledek přeměny energie vodního toku. To znamená, že technologický proces generace je zajištěn kombinací umělých a přírodních jevů. Stanice za provozu vytváří dostatečný tlak vody, která je následně nasměrována na lopatky turbíny a aktivuje elektrické generátory. Hydrologické typy energií se liší typem použitých jednotek, konfigurací interakce zařízení s přirozenými vodními toky atd. Podle výkonnostních ukazatelů lze rozlišit tyto typy vodních elektráren:

• Malý – generuje až 5 MW.
• Střední – až 25 MW.
• Výkon – více než 25 MW.

Aplikuje se také klasifikace v závislosti na síle tlaku vody:

• Nízkotlaké stanice – do 25 m.
• Střední tlak – od 25 m.
• Vysoký tlak – nad 60 m.

Mezi výhody vodních elektráren patří šetrnost k životnímu prostředí, ekonomická dostupnost (volná energie), nevyčerpatelné pracovní zdroje. Současně vodní stavby vyžadují velké počáteční náklady na technickou organizaci skladovací infrastruktury a mají také omezenígeografická poloha stanic – pouze tam, kde řeky poskytují dostatečný tlak vody.

Jaderná energetika

V jistém smyslu se jedná o poddruh tepelné energie, ale v praxi jsou výkonnostní ukazatele jaderných elektráren řádově vyšší než u tepelných elektráren. Rusko využívá plné cykly výroby jaderné energie, což umožňuje generovat velké množství energetických zdrojů, ale existují také obrovská rizika používání technologií zpracování uranové rudy. Diskusi o bezpečnostních otázkách a popularizaci úkolů zejména tohoto odvětví provádí ANO „Informační centrum pro jadernou energetiku“, které má zastoupení v 17 regionech Ruska.

Reaktor hraje klíčovou roli při provádění procesů výroby jaderné energie. Jedná se o jednotku určenou k podpoře reakcí štěpení atomů, které jsou zase doprovázeny uvolňováním tepelné energie. Existují různé typy reaktorů, které se liší typem použitého paliva a chladiva. Nejčastěji se používá konfigurace s lehkovodním reaktorem využívajícím jako chladivo obyčejnou vodu. Uranová ruda je hlavním zpracovatelským zdrojem v jaderné energetice. Z tohoto důvodu jsou jaderné elektrárny obvykle navrženy tak, aby umístily reaktory do blízkosti ložisek uranu. Dnes je v Rusku v provozu 37 reaktorů, jejichž celková výrobní kapacita je asi 190 miliard kWh/rok.

Charakteristiky alternativní energie

Téměř všechny zdroje alternativní energie jsou srovnatelné příznivěfinanční dostupnost a šetrnost k životnímu prostředí. Ve skutečnosti je v tomto případě zpracovaný zdroj (ropa, plyn, uhlí atd.) nahrazen přírodní energií. Může se jednat o sluneční záření, větrné proudy, zemské teplo a další přírodní zdroje energie, s výjimkou hydrologických zdrojů, které jsou dnes považovány za tradiční. Alternativní energetické koncepce existují již dlouhou dobu, ale dodnes zaujímají malý podíl na celkové světové dodávce energie. Zpoždění ve vývoji těchto průmyslových odvětví jsou spojena s problémy v technologické organizaci procesů výroby elektřiny.

Jaký je ale dnes důvod aktivního rozvoje alternativní energie? Do značné míry nutnost snížení míry znečištění životního prostředí a ekologických problémů obecně. V blízké budoucnosti také může lidstvo čelit vyčerpání tradičních zdrojů používaných při výrobě energie. I přes organizační a ekonomické překážky je proto stále více pozornosti věnováno projektům rozvoje alternativních forem energie.

Geotermální energie

Jeden z nejběžnějších způsobů získávání energie doma. Geotermální energie vzniká v procesu akumulace, přenosu a přeměny vnitřního tepla Země. V průmyslovém měřítku jsou podzemní horniny obsluhovány v hloubkách až 2-3 km, kde teplota může přesáhnout 100 °C. Pokud jde o individuální využití geotermálních systémů, častěji se používají povrchové akumulátory umístěné nikoli ve vrtech do hloubky, alehorizontálně. Na rozdíl od jiných přístupů k výrobě alternativní energie se téměř všechny zdroje geotermální energie ve výrobním cyklu obejdou bez kroku konverze. To znamená, že primární tepelná energie je ve stejné formě dodávána konečnému spotřebiteli. Proto se používá takový koncept jako geotermální topné systémy.

Solární energie

Jedna z nejstarších alternativních energetických koncepcí využívající fotovoltaické a termodynamické systémy jako skladovací zařízení. Pro implementaci metody fotoelektrické generace se používají převaděče energie světelných fotonů (kvant) na elektřinu. Termodynamické instalace jsou funkčnější a díky solárním tokům mohou generovat teplo elektřinou i mechanickou energií, aby vytvořily hnací sílu.

Schémata jsou poměrně jednoduchá, ale při provozu takového zařízení je mnoho problémů. Je to dáno tím, že solární energie se v zásadě vyznačuje řadou znaků: nestabilitou v důsledku denních a sezónních výkyvů, závislostí na počasí, nízkou hustotou světelných toků. Proto se ve fázi návrhu solárních panelů a baterií věnuje velká pozornost studiu meteorologických faktorů.

Vlnová energie

Proces výroby elektřiny z vln nastává jako výsledek transformace energie přílivu a odlivu. Srdcem většiny elektráren tohoto typu je bazén,která se organizuje buď při oddělení ústí řeky, nebo zablokováním zálivu přehradou. Ve vytvořené bariéře jsou uspořádány propusti s hydraulickými turbínami. Při změně hladiny vody během přílivu se lopatky turbíny otáčejí, což přispívá k výrobě elektřiny. Částečně je tento typ energie podobný principům fungování vodních elektráren, ale mechanika interakce se samotným vodním zdrojem má značné rozdíly. Vlnové stanice lze využít na pobřeží moří a oceánů, kde hladina vody vystoupá do 4 m, díky čemuž je možné vyrábět výkon až 80 kW/m. Nedostatek takových struktur je způsoben tím, že propusti narušují výměnu sladké a mořské vody, což negativně ovlivňuje život mořských organismů.

Větrná energie

Další způsob výroby elektřiny dostupný pro použití v soukromých domácnostech, vyznačující se technologickou jednoduchostí a ekonomickou dostupností. Kinetická energie vzdušných hmot funguje jako zpracovaný zdroj a motor s rotujícími lopatkami funguje jako baterie. Větrná energie obvykle využívá generátory elektrického proudu, které jsou aktivovány v důsledku rotace vertikálních nebo horizontálních rotorů s vrtulemi. Průměrná domácí stanice tohoto typu je schopna generovat 2–3 kW.

Energetické technologie budoucnosti

Podle odborníků bude do roku 2100 společný podíl uhlí a ropy na globální bilanci asi 3 %, což by mělo potlačit termonukleární energiijako druhotný zdroj energie. První místo by měly zaujmout solární stanice a také nové koncepty přeměny vesmírné energie založené na bezdrátových přenosových kanálech. Procesy, jak se stát energií budoucnosti, by měly začít již v roce 2030, kdy přijde období opouštění zdrojů uhlovodíkových paliv a přechodu na „čisté“a obnovitelné zdroje.

Ruský energetický výhled

Budoucnost domácí energetiky je spojena především s rozvojem tradičních způsobů přeměny přírodních zdrojů. Klíčové místo v průmyslu bude muset zaujmout jaderná energetika, ale v kombinované verzi. Infrastruktura jaderných elektráren bude muset být doplněna o prvky vodního inženýrství a prostředky pro zpracování ekologických biopaliv. Ne poslední místo v možných vyhlídkách rozvoje mají solární baterie. V Rusku i dnes tento segment nabízí mnoho atraktivních nápadů - zejména panely, které mohou fungovat i v zimě. Baterie přeměňují energii světla jako takového i bez tepelné zátěže.

Závěr

Moderní problémy dodávek energie staví největší státy před volbu mezi energií a ekologickou čistotou výroby tepla a elektřiny. Většina vyvíjených alternativních zdrojů energie se všemi jejich výhodami není schopna plně nahradit tradiční zdroje, které lze naopak využívat ještě několik desítek let. Energie budoucnosti je proto mnohoodborníci jej prezentují jako jakousi symbiózu různých koncepcí výroby energie. Nové technologie se navíc očekávají nejen na průmyslové úrovni, ale také v domácnostech. V tomto ohledu si lze všimnout principů generování energie s gradientem teploty a biomasy.