Види енергетики: традиційна і альтернативна. Енергія майбутнього

Всі напрямки енергетики можна умовно розділити на зрілі, розвиваються і знаходяться в стадії теоретичної проробки. Одні технології доступні для реалізації навіть в умовах приватного господарства, а інші можуть використовуватися тільки в рамках промислового забезпечення. Розглядати і оцінювати сучасні види енергетики можна з різних позицій, однак принципове значення мають універсальні критерії економічної доцільності та виробничої ефективності. Багато в чому за цими параметрами сьогодні розходяться концепції застосування традиційних і альтернативних технологій генерації енергії.

Традиційна енергетика

Це широкий пласт сформованих галузей тепло - та електроенергетики, що забезпечує близько 95% світових споживачів енергії. Генерація ресурсу відбувається на спеціальних станціях – це об'єкти ТЕС, ГЕС, АЕС і т. д. Вони працюють з готовою сировинною базою, в процесі переробки якої відбувається вироблення цільової енергії. Виділяють наступні стадії виробництва енергії:

Виготовлення, підготовка і доставка вихідної сировини на об'єкт вироблення того чи іншого виду енергії. Це можуть бути процеси видобутку і збагачення палива, спалювання нафтопродуктів і т. д.

Передача сировини до вузлів і агрегатів, які безпосередньо перетворює енергію.

Процеси перетворення енергії з первинною у вторинну. Ці цикли присутні не на всіх станціях, але, приміром, для зручності доставки та подальшого розподілу енергії можуть використовуватися різні її форми – в основному тепло і електрику.

Обслуговування готової перетвореної енергії, її передача і розподіл.

На завершальному етапі ресурс відправляється кінцевим споживачам, якості яких можуть виступати і галузі народного господарства, і рядові домовласники.

Теплова електроенергетика

Найпоширеніша галузь енергетики в Росії. Теплові електростанції в країні виробляють більше 1000 МВт, використовуючи в якості перероблюваної сировини вугілля, газ, нафтопродукти, сланцеві поклади і торф. Виробляється первинна енергія надалі перетвориться в електрику. Технологічно у таких станцій маса переваг, які й обумовлюють їх популярність. До них можна віднести невимогливість до умов експлуатації і легкість технічної організації робочого процесу. Об'єкти теплової енергетики у вигляді конденсаційних споруд та теплоелектроцентралей можуть зводитися прямо в районах видобутку витратного ресурсу або місцях знаходження споживача. Сезонні коливання ніяк не впливають на стабільність функціонування станцій, що робить такі джерела енергії надійними. Але є і недоліки у ТЕС, до яких можна віднести застосування вичерпних паливних ресурсів, забруднення навколишнього середовища, необхідність підключення великих обсягів трудових ресурсів та ін

Гідроенергетика

Гідротехнічні споруди у вигляді енергетичних підстанцій призначені для вироблення електрики в результаті перетворення енергії потоку води. Тобто, технологічний процес генерації забезпечується поєднанням штучних і природних явищ. В ході роботи станція створює достатній напір води, яка в подальшому направляється до турбінним лопат і активізує електрогенератори. Гідрологічні види енергетики розрізняються за типом використовуваних агрегатів, конфігурації взаємодії обладнання з природними потоками води і т. д. За робочими показниками можна виділити наступні різновиди гідростанцій:

Малі – виробляють до 5 МВт.

Середні – до 25 МВт.

Потужні – більше 25 МВт.

Також застосовується класифікація в залежності від сили натиску води:

Низьконапірні станції – до 25 м.

Середньонапірні – від 25 м.

Високонапірні – вище 60 м.

До достоїнств гідроелектростанцій відносять екологічну чистоту, економічну доступність (безкоштовна енергія), невичерпність робочого ресурсу. У той же час гідротехнічні споруди вимагають великих початкових витрат на технічну організацію акумулюючої інфраструктури, а також мають обмеження по географічному розміщенню станцій – тільки там, де річки забезпечують достатній напір води.

Атомна енергетика

У певному сенсі це підвид теплової енергетики, але практично виробничі показники роботи ядерних станцій на порядок вище ТЕС. У Росії використовують повні цикли вироблення атомної електроенергії, що дозволяє генерувати великі обсяги енергетичного ресурсу, але мають місце і величезні ризики використання технологій обробки уранової руди. Обговоренням питань безпеки та популяризації задач даної галузі, зокрема, займається АНО «Інформаційний центр атомної енергетики», що має представництва у 17 регіонах Росії.
Ключову роль у виконанні процесів генерації ядерної енергії відіграє реактор. Це агрегат, призначений для підтримки реакцій розподілу атомів, які, в свою чергу, супроводжуються виділенням теплової енергії. Існують різні типи реакторів, відрізняються застосовуваним видом палива і теплоносієм. Частіше використовується конфігурація з легководным реактором, що використовують в якості теплоносія звичайну воду. Основним ресурсом переробки ядерної атомній енергетиці виступає уранова руда. З цієї причини АЕС зазвичай проектуються з розрахунком на розміщення реакторів поблизу родовищ урану. На сьогоднішній день в Росії діє 37 реакторів, сукупна потужність вироблення яких становить близько 190 млрд кВт*год/рік.

Характеристика альтернативної енергетики

Практично всі джерела альтернативної енергії вигідно відрізняються фінансовою доступністю і екологічною чистотою. По суті, в даному випадку відбувається заміна переробляється ресурсу (нафти, газу, вугілля тощо) на природну енергію. Це може бути сонячне світло, потоки вітру, тепла землі та інші природні джерела енергії за винятком гідрологічних ресурсів, які сьогодні розглядаються як традиційні. Концепції альтернативної енергетики існують давно, однак досі вони займають невелику частку в загальному світовому енергозабезпеченні. Затримки в розвитку даних галузей пов'язані з проблемами технологічної організації процесів вироблення електрики.

Але чим обумовлено активний розвиток альтернативної енергетики в наші дні? Значною мірою необхідністю зниження темпів забруднення навколишнього середовища і в цілому проблемами екології. Також в недалекому майбутньому людство може зіткнутися з вичерпанням традиційних ресурсів, використовуваних у виробництві енергії. Тому, навіть незважаючи на організаційні й економічні перешкоди, все більше уваги приділяється проектам розвитку альтернативних форм енергетики.

Геотермальна енергетика

Один з найпоширеніших способів отримання енергії у побутових умовах. Геотермальна енергія виробляється у процесі акумуляції, передачі і перетворення внутрішнього тепла Землі. У промислових масштабах обслуговуються підземні породи на глибинах до 2-3 км, де температура може перевищувати 100°С. Що стосується індивідуального застосування геотермальних систем, то частіше задіюються поверхневі акумулятори, наявні не в свердловинах на глибині, а горизонтально. На відміну від інших підходів до вироблення альтернативної енергії, практично всі геотермальні види енергетики у виробничому циклі обходяться без етапу перетворення. Тобто первинна теплова енергія в цій же формі і поставляється кінцевому споживачеві. Тому використовується таке поняття, як геотермальні системи опалення.

Сонячна енергетика

Одна з найстаріших концепцій альтернативної енергетики, задіюються в якості аккумулятивного обладнання фотоелектричні та термодинамічні системи. Для реалізації фотоелектричного методу генерації використовують перетворювачі енергії світлових фотонів (квантів) в електрику. Термодинамічні встановлення більш функціональні і за рахунок сонячних потоків можуть виробляти як тепло з електрикою, так і механічну енергію для створення приводного зусилля.
Схеми досить прості, але є чимало проблем при експлуатації такого обладнання. Пов'язано це з тим, що сонячна енергетика в принципі характеризується цілим рядом особливостей: нестабільністю через добових і сезонних коливань, залежністю від погоди, низькою щільністю потоків світла. Тому на етапі проектування сонячних батарей і акумуляторів багато уваги приділяється дослідженню метеорологічних факторів.

Хвильова енергетика

Процес вироблення електрики з хвиль відбувається в результаті перетворення енергії припливу. В основі більшості електростанцій такого типу знаходиться басейн, який організовується або в ході відділення гирла річки, або за рахунок перекриття затоки греблею. В утвореному бар'єрі влаштовуються водопропускні отвори з гидротурбинами. По мірі зміни рівня води під час припливів відбувається обертання лопатей турбінних, що і сприяє виробленні електрики. Частково цей вид енергетики схожий з принципами роботи гідроелектростанціями, але сама механіка взаємодії з водним ресурсом має суттєві відмінності. Хвильові станції можуть використовуватися на узбережжях морів і океанів, де рівень води піднімається до 4 м, дозволяючи виробляти потужність до 80 кВт/м. Недолік таких споруд пов'язаний з тим, що водопропускні споруди порушують обмін прісної і морської води, а це негативно позначається на життя морських організмів.

Вітрова енергетика

Ще один доступний для застосування у приватному господарстві спосіб отримання електрики, відрізняється технологічною простотою та економічною доступністю. В якості оброблюваного ресурсу виступає кінетична енергія повітряних мас, а роль акумулятора виконує двигун з обертовими лопатями. Зазвичай у вітровій енергетиці застосовують генератори електричного струму, які активізуються в результаті обертання вертикальних або горизонтальних роторів з пропелерами. Середня побутова станція такого типу здатна генерувати 2-3 кВт.

Енергетичні технології майбутнього

За оцінками експертів, до 2100 р сукупна частка вугілля й нафти у світовому балансі складе близько 3%, що має відсунути термоядерну енергетику на роль другорядного джерела енергетичних ресурсів. На перше місце повинні встати сонячні станції, а також нові концепції перетворення космічної енергії, заснованої на бездротових каналах передачі. Процеси становлення енергії майбутнього повинні початися вже до 2030 р., коли настане період відмови від вуглеводневих джерел палива і переходу до «чистим» та поновлюваних ресурсів.

Перспективи російської енергетики

Майбутнє вітчизняної енергетики переважно пов'язується з розвитком традиційних способів перетворення природних ресурсів. Ключове місце в галузі повинна буде зайняти ядерна енергетика, але в комбінованому варіанті. Інфраструктуру атомних станцій повинні будуть доповнювати елементи гідротехніки і засоби переробки екологічно чистого біопалива. Не останнє місце в можливі перспективи розвитку відводиться і сонячним батареям. В Росії і сьогодні цей сегмент пропонує чимало привабливих ідей, зокрема, панелі, які можуть працювати навіть в зимовий час. Акумулятори перетворять енергію світла як такого навіть без теплової навантаження.

Висновок

Сучасні проблеми енергетичного забезпечення ставлять найбільші держави перед вибором між потужністю і екологічною чистотою вироблення тепла і електрики. Більшість освоєних альтернативних джерел енергії при всіх своїх плюсах не здатні повною мірою замінити традиційні ресурси, які, в свою чергу, можуть використовуватися ще кілька десятиліть. Тому енергію майбутнього багато фахівці представляють як певний симбіоз різних концепцій генерації енергоресурсів. Причому нові технології очікуються не лише на промисловому рівні, але і в побутовому господарстві. У цьому зв'язку можна відзначити градієнт-температурні та биомассовые принципи енергетичної виробітку.