أنواع الطاقة: تقليدية وبديلة. طاقة المستقبل

2024 مؤلف: Howard Calhoun | [email protected]. آخر تعديل: 2023-12-17 10:18

يمكن تقسيم جميع مجالات الطاقة الموجودة بشكل مشروط إلى ناضجة ومتطورة وكونها في مرحلة الدراسة النظرية. تتوفر بعض التقنيات للتنفيذ حتى في الاقتصاد الخاص ، بينما لا يمكن استخدام تقنيات أخرى إلا في إطار الدعم الصناعي. من الممكن دراسة وتقييم الأنواع الحديثة من الطاقة من مواقع مختلفة ، ولكن المعايير العالمية للجدوى الاقتصادية وكفاءة الإنتاج لها أهمية أساسية. في كثير من النواحي ، تتباعد مفاهيم استخدام تقنيات توليد الطاقة التقليدية والبديلة اليوم في هذه المعايير.

الطاقة التقليدية

هذه طبقة واسعة من صناعات الطاقة والحرارة ، وتوفر حوالي 95٪ من مستهلكي الطاقة في العالم. يتم توليد المورد في محطات خاصة - هذه هي أشياء محطات الطاقة الحرارية ، ومحطات الطاقة الكهرومائية ، ومحطات الطاقة النووية ، وما إلى ذلك. وهي تعمل مع قاعدة المواد الخام الجاهزة ، في عملية المعالجة التي الطاقة المستهدفة تم إنشاؤه. تتميز المراحل التالية لإنتاج الطاقة:

• إنتاج وإعداد وتسليم المواد الخام إلىهدف إنتاج نوع أو آخر من الطاقة. يمكن أن تكون هذه عمليات استخراج وإثراء الوقود ، واحتراق المنتجات البترولية ، وما إلى ذلك.
• نقل المواد الخام إلى الوحدات والتجمعات التي تحول الطاقة مباشرة.
• عمليات تحويل الطاقة من الابتدائية إلى الثانوية. هذه الدورات غير موجودة في جميع المحطات ، ولكن ، على سبيل المثال ، لتسهيل توصيل الطاقة وتوزيعها لاحقًا ، يمكن استخدام أشكال مختلفة منها - بشكل أساسي التدفئة والكهرباء.
• صيانة الطاقة المحولة النهائية ونقلها وتوزيعها

في المرحلة النهائية ، يتم إرسال المورد إلى المستخدمين النهائيين ، والذي يمكن أن يكون قطاعي الاقتصاد الوطني وأصحاب المنازل العاديين.

صناعة الطاقة الحرارية

صناعة الطاقة الأكثر شيوعًا في روسيا. تنتج محطات الطاقة الحرارية في البلاد أكثر من 1000 ميغاواط باستخدام الفحم والغاز والمنتجات النفطية ورواسب الصخر الزيتي والجفت كمواد وسيطة. يتم تحويل الطاقة الأولية المتولدة إلى كهرباء. من الناحية التكنولوجية ، تتمتع هذه المحطات بالكثير من المزايا التي تحدد شعبيتها. وتشمل هذه التساهل في ظروف التشغيل وسهولة التنظيم الفني لسير العمل.

يمكن بناء مرافق الطاقة الحرارية في شكل مرافق تكثيف ومحطات طاقة وتدفئة مشتركة مباشرة في المناطق التي يتم فيها استخراج المورد القابل للاستهلاك أو حيث يوجد المستهلك. التقلبات الموسمية لا تؤثر على استقرار المحطات مما يجعل ذلكمصادر الطاقة موثوقة. لكن TPPs لها أيضًا عيوب ، والتي تشمل استخدام موارد الوقود المستنفدة ، والتلوث البيئي ، والحاجة إلى توصيل كميات كبيرة من موارد العمالة ، وما إلى ذلك.

الطاقة المائية

الهياكل الهيدروليكية على شكل محطات طاقة فرعية مصممة لتوليد الكهرباء نتيجة تحويل طاقة تدفق المياه. أي أن عملية التوليد التكنولوجية يتم توفيرها من خلال مجموعة من الظواهر الاصطناعية والطبيعية. أثناء التشغيل ، تخلق المحطة ضغطًا كافيًا من الماء ، والذي يتم توجيهه بعد ذلك إلى ريش التوربينات وتنشيط المولدات الكهربائية. تختلف أنواع الطاقة الهيدرولوجية في نوع الوحدات المستخدمة ، وتكوين تفاعل المعدات مع تدفقات المياه الطبيعية ، وما إلى ذلك وفقًا لمؤشرات الأداء ، يمكن تمييز الأنواع التالية من محطات الطاقة الكهرومائية:

• صغيرة - توليد ما يصل إلى 5 ميغاواط.
• متوسط - حتى 25 ميغاواط.
• قوي - أكثر من 25 ميغاواط.

يتم تطبيق التصنيف أيضًا اعتمادًا على قوة ضغط الماء:

• محطات الضغط المنخفض - حتى 25 م
• ضغط متوسط - من 25 م
• ضغط مرتفع - فوق 60 متر

تشمل مزايا محطات الطاقة الكهرومائية التوافق البيئي ، والتوافر الاقتصادي (الطاقة المجانية) ، ومورد العمل الذي لا ينضب. في الوقت نفسه ، تتطلب الهياكل الهيدروليكية تكاليف أولية كبيرة للتنظيم الفني للبنية التحتية للتخزين ، ولها أيضًا قيودالموقع الجغرافي للمحطات - فقط عندما توفر الأنهار ضغطًا مائيًا كافيًا.

صناعة الطاقة النووية

بمعنى ما ، هذا نوع فرعي من الطاقة الحرارية ، ولكن من الناحية العملية ، فإن مؤشرات أداء محطات الطاقة النووية هي ترتيب من حيث الحجم أعلى من محطات الطاقة الحرارية. تستخدم روسيا دورات كاملة لتوليد الطاقة النووية ، مما يسمح بتوليد كميات كبيرة من موارد الطاقة ، ولكن هناك أيضًا مخاطر كبيرة لاستخدام تقنيات معالجة خام اليورانيوم. يتم إجراء مناقشة قضايا الأمان والترويج لمهام هذه الصناعة ، على وجه الخصوص ، من قبل ANO "مركز معلومات الطاقة النووية" ، الذي لديه مكاتب تمثيلية في 17 منطقة في روسيا.

يلعب المفاعل دورًا رئيسيًا في تنفيذ عمليات توليد الطاقة النووية. هذه وحدة مصممة لدعم تفاعلات انشطار الذرات ، والتي بدورها تكون مصحوبة بإطلاق طاقة حرارية. هناك أنواع مختلفة من المفاعلات ، تختلف في نوع الوقود والمبرد المستخدم. التكوين الأكثر استخدامًا هو مفاعل الماء الخفيف الذي يستخدم الماء العادي كمبرد. خام اليورانيوم هو مورد المعالجة الرئيسي في صناعة الطاقة النووية. لهذا السبب ، تُصمم محطات الطاقة النووية عادةً لتحديد مواقع المفاعلات بالقرب من رواسب اليورانيوم. يوجد اليوم 37 مفاعلاً قيد التشغيل في روسيا ، تبلغ طاقتها التوليدية الإجمالية حوالي 190 مليار كيلوواط ساعة / سنة.

خصائص الطاقة البديلة

تقارن جميع مصادر الطاقة البديلة بشكل إيجابيالقدرة المالية على تحمل التكاليف والصداقة البيئية. في الواقع ، في هذه الحالة ، يتم استبدال المورد المعالج (النفط والغاز والفحم وما إلى ذلك) بالطاقة الطبيعية. قد يكون هذا ضوء الشمس وتيارات الرياح وحرارة الأرض ومصادر طبيعية أخرى للطاقة ، باستثناء الموارد الهيدرولوجية ، التي تعتبر الآن تقليدية. توجد مفاهيم الطاقة البديلة لفترة طويلة ، لكنها حتى يومنا هذا تحتل حصة صغيرة في إجمالي إمدادات الطاقة العالمية. يرتبط التأخير في تطوير هذه الصناعات بمشاكل في التنظيم التكنولوجي لعمليات توليد الكهرباء.

لكن ما سبب التطوير النشط للطاقة البديلة اليوم؟ إلى حد كبير ضرورة تقليل معدل التلوث البيئي والمشاكل البيئية بشكل عام. أيضًا ، في المستقبل القريب ، قد تواجه البشرية استنفاد الموارد التقليدية المستخدمة في إنتاج الطاقة. لذلك ، وعلى الرغم من العقبات التنظيمية والاقتصادية ، يتم إيلاء المزيد والمزيد من الاهتمام لمشاريع تطوير أشكال بديلة من الطاقة.

الطاقة الحرارية الجوفية

واحدة من أكثر الطرق شيوعًا للحصول على الطاقة في المنزل. يتم إنشاء الطاقة الحرارية الجوفية في عملية تراكم ونقل وتحويل الحرارة الداخلية للأرض. على المستوى الصناعي ، تتم خدمة الصخور الجوفية على أعماق تصل إلى 2-3 كم ، حيث يمكن أن تتجاوز درجة الحرارة 100 درجة مئوية. بالنسبة للاستخدام الفردي لأنظمة الطاقة الحرارية الأرضية ، غالبًا ما يتم استخدام المراكم السطحية ، وليس في الآبار على العمق ، ولكنأفقيا. على عكس الأساليب الأخرى لتوليد الطاقة البديلة ، فإن جميع مصادر الطاقة الحرارية الأرضية تقريبًا في دورة الإنتاج تعمل بدون خطوة تحويل. بمعنى ، يتم توفير الطاقة الحرارية الأولية بنفس الشكل للمستهلك النهائي. لذلك ، يتم استخدام مفهوم مثل أنظمة التدفئة الحرارية الأرضية.

الطاقة الشمسية

أحد أقدم مفاهيم الطاقة البديلة ، باستخدام الأنظمة الكهروضوئية والديناميكية الحرارية كأجهزة تخزين. لتنفيذ طريقة التوليد الكهروضوئي ، يتم استخدام محولات طاقة الفوتونات الضوئية (كوانتا) إلى كهرباء. التركيبات الديناميكية الحرارية أكثر فاعلية ، وبسبب التدفقات الشمسية ، يمكن أن تولد الحرارة بالكهرباء والطاقة الميكانيكية لخلق قوة دافعة.

المخططات بسيطة للغاية ، ولكن هناك العديد من المشاكل في تشغيل هذه المعدات. ويرجع ذلك إلى حقيقة أن الطاقة الشمسية ، من حيث المبدأ ، تتميز بعدد من الميزات: عدم الاستقرار بسبب التقلبات اليومية والموسمية ، والاعتماد على الطقس ، وانخفاض كثافة تدفق الضوء. لذلك ، في مرحلة تصميم الألواح الشمسية والبطاريات ، يتم إيلاء الكثير من الاهتمام لدراسة عوامل الأرصاد الجوية.

طاقة الأمواج

تحدث عملية توليد الكهرباء من الأمواج نتيجة لتحول طاقة المد. يوجد في قلب معظم محطات الطاقة من هذا النوع حوض سباحة ،التي يتم تنظيمها إما أثناء فصل مصب النهر ، أو عن طريق سد الخليج بسد. يتم ترتيب القنوات ذات التوربينات الهيدروليكية في الحاجز المُشكل. مع تغير منسوب المياه خلال المد العالي ، تدور ريش التوربينات ، مما يساهم في توليد الكهرباء. يشبه هذا النوع من الطاقة جزئيًا مبادئ تشغيل محطات الطاقة الكهرومائية ، لكن آليات التفاعل مع مورد المياه نفسه لها اختلافات كبيرة. يمكن استخدام محطات الأمواج على سواحل البحار والمحيطات ، حيث يرتفع منسوب المياه إلى 4 أمتار ، مما يجعل من الممكن توليد طاقة تصل إلى 80 كيلوواط / م. يرجع عدم وجود مثل هذه الهياكل إلى حقيقة أن المجاري تعطل تبادل المياه العذبة ومياه البحر ، وهذا يؤثر سلبًا على حياة الكائنات البحرية.

طاقة الرياح

طريقة أخرى لتوليد الكهرباء المتاحة للاستخدام في المنازل الخاصة ، تتميز بالبساطة التكنولوجية والقدرة الاقتصادية على تحمل التكاليف. تعمل الطاقة الحركية للكتل الهوائية كمورد معالج ، ويعمل المحرك ذو الشفرات الدوارة كبطارية. عادة ، تستخدم طاقة الرياح مولدات التيار الكهربائي ، والتي يتم تنشيطها نتيجة دوران المراوح الرأسية أو الأفقية مع المراوح. محطة محلية متوسطة من هذا النوع قادرة على توليد 2-3 كيلو واط.

تقنيات الطاقة للمستقبل

وفقًا للخبراء ، بحلول عام 2100 ، ستكون الحصة المجمعة للفحم والنفط في الميزان العالمي حوالي 3٪ ، وهو ما ينبغي أن يؤدي إلى تراجع الطاقة النووية الحراريةكمصدر ثانوي لموارد الطاقة. يجب أن تحتل المحطات الشمسية المرتبة الأولى ، وكذلك المفاهيم الجديدة لتحويل الطاقة الفضائية على أساس قنوات الإرسال اللاسلكي. يجب أن تبدأ عمليات التحول إلى طاقة المستقبل في وقت مبكر من عام 2030 ، عندما تأتي فترة التخلي عن مصادر الوقود الهيدروكربوني والانتقال إلى الموارد "النظيفة" والمتجددة.

توقعات الطاقة الروسية

يرتبط مستقبل الطاقة المحلية بشكل أساسي بتطوير الطرق التقليدية لتحويل الموارد الطبيعية. يجب أن تحتل الطاقة النووية المكانة الرئيسية في الصناعة ، ولكن في نسخة مشتركة. يجب استكمال البنية التحتية لمحطات الطاقة النووية بعناصر الهندسة الهيدروليكية ووسائل معالجة الوقود الحيوي الصديق للبيئة. لا يتم إعطاء المكانة الأخيرة في آفاق التطوير المحتملة للبطاريات الشمسية. في روسيا ، حتى اليوم ، يقدم هذا الجزء العديد من الأفكار الجذابة - على وجه الخصوص ، اللوحات التي يمكن أن تعمل حتى في فصل الشتاء. تقوم البطاريات بتحويل طاقة الضوء على هذا النحو حتى بدون حمل حراري

الخلاصة

المشاكل الحديثة لإمدادات الطاقة تضع الدول الكبرى قبل الاختيار بين الطاقة والنظافة البيئية لتوليد الحرارة والكهرباء. معظم مصادر الطاقة البديلة المطورة ، بكل مزاياها ، غير قادرة على استبدال الموارد التقليدية بالكامل ، والتي بدورها يمكن استخدامها لعدة عقود أخرى. لذلك ، فإن طاقة المستقبل كثيرةيقدمه الخبراء كنوع من التعايش بين مفاهيم مختلفة لتوليد الطاقة. علاوة على ذلك ، من المتوقع وجود تقنيات جديدة ليس فقط على المستوى الصناعي ، ولكن أيضًا في المنازل. في هذا الصدد ، يمكن للمرء أن يلاحظ مبادئ درجة حرارة التدرج والكتلة الحيوية لتوليد الطاقة.