Elektřina je požehnáním, bez kterého moderní civilizace nemůže existovat. Stojí nás to draho: většina způsobů výroby elektřiny způsobuje nenapravitelné škody na životním prostředí. Ale to lze změnit, pokud se použijí alternativní zdroje.
Nejslibnější oblasti alternativní energie: výroba elektřiny přeměnou kinetické energie větru a využití elektromagnetického záření ze slunce
Když je teplo, Alena ráno běhá v parku. V chladném počasí cvičí na profesionálním běžeckém pásu, který si před několika měsíci pořídila na splátky pomocí karty Halva od Sovcombank.
Karta Halva je univerzální finanční nástroj. Využijte své prostředky, získejte cashback z nákupů až 10 % a příjem ze zůstatku vlastních prostředků na kartě až 15 % a také otevírejte vklady za výhodné procento. Můžete si vzít vypůjčené prostředky a utratit je za nákupy na splátky až 24 měsíců. Objednejte si Halvu několika kliknutími a kurýr vám ji přiveze!
6 kilometrů pro amatéra je značná vzdálenost a asi po 2/3 běhu má dívka pocit, že jí docházejí síly. Alena ví, že teď se otevře druhý vítr.
Hypofýza uvolňuje do krve endorfiny, tělo už nemá dostatek sacharidů, najde si efektivnější zdroj výživy – tuky.
Závěrečný tlak – cíl splněn! Teď sprcha, snídaně a hurá do práce
V každodenním životě se lidé zřídka obávají omezených schopností těla. Jíme, když máme hlad, spíme, když jsme unavení, a tím doplňujeme síly.
Donedávna lidstvo stejným způsobem bez přemýšlení spotřebovávalo přírodní zdroje, ale jejich obnova trvá mnohem déle.
Například proces tvorby ropy, která poskytuje asi 30 % světové energie, může trvat 50 až 350 milionů let.
Teplo a elektřina mají pro civilizaci velký význam, takže výzkumníci po celém světě pracují na zavedení alternativních zdrojů energie, aby vyřešili problém omezených fosilních paliv.
Isaac Newton byl nejen fyzik, matematik, mechanik a astronom, ale také 30 let vedl mincovnu v Londýně.
Co je alternativní energie
Kdykoli je to možné rychle získat v přírodním prostředí, energetické zdroje se dělí na neobnovitelné a obnovitelné.
К neobnovitelné zdroje označuje fosilní paliva (ropa, uhlí, zemní plyn), která vznikají mnohem pomaleji, než se spotřebovávají.
Definice obnovitelné zdroje dost nejasné. Do této skupiny patří různé zdroje energie (nejen organické zdroje, ale i přírodní jevy), jejichž obnova probíhá rychleji než spotřeba, nebo na ní vůbec nezávisí:
- biopalivo, získané z organického průmyslového odpadu, rostlinných a živočišných surovin, odpadních produktů organismů;
- vodní síla – jedná se o energii pohybu vody, která se přeměňuje nejprve na mechanickou energii a poté na elektřinu;
- alternativní zdroje energie je koncept, který spojuje všechny ostatní, tedy netradiční energetické zdroje.
Alternativní energie je souborem perspektivních netradičních způsobů získávání energie (především z obnovitelných zdrojů – OZE), ale i jejího přenosu a aplikace.
Jaderná energie stojí stranou, protože rychlost tvorby uranu v přírodním prostředí ještě nebyla stanovena a odhadované zásoby na Zemi jsou mnohem větší, než jsme schopni v hmatatelné budoucnosti vytěžit a zpracovat.
Druhy alternativních zdrojů energie
Kinetická energie větru
Lidé začali využívat větrné proudy dávno před objevem elektřiny. Před více než dvěma tisíci lety obyvatelé Persie s pomocí větru čerpali vodu a mleli obilí a Egypťané se plavili na papyrusových člunech po řece Nil.
V roce 1887 byla ve Skotsku vytvořena první větrná turbína na výrobu elektřiny. 10 metrů vysoká konstrukce poskytla světlo pouze jednomu domu.
Dnes je celkový výkon všech instalovaných větrných turbín více než 700 gigawattů. Pro srovnání: 25 elektráren v moskevské oblasti vyrábí 5 593,6 megawattů (stav k roku 2021).
Větrné elektrárny se často stávají hlavním zdrojem elektrického proudu v oblastech, které nemají vodní zdroje a topografii vhodnou pro výstavbu vodních elektráren.
Větrný generátor nebo větrná elektroinstalace (WPP) je zařízení pro přeměnu kinetické energie proudění větru na mechanickou a poté na elektrickou.
Vizuálně design připomíná obří ventilátor. Proudění větru způsobuje otáčení lopatek. Pohánějí vnitřní hřídel spojený s převodovkou, která zase otáčí rotor generátoru. Tím vzniká třífázový střídavý proud. Několika transformacemi pomocí regulátoru, baterií a invertoru (zařízení pro přeměnu stejnosměrného proudu na střídavý s doprovodnou úpravou napětí) získává vlastnosti potřebné pro provoz elektrických spotřebičů.
Výkon větrných turbín závisí na rychlosti větru, proto jsou nejúčinnější větrné elektrárny umístěné v pobřežních oblastech.
V Sovcombank můžete získat hotovostní půjčku na jakýkoli účel až do výše 5 milionů rublů se sazbou 6,9%. Vyberte si pohodlný program a spočítejte si měsíční splátku na úvěrové kalkulačce. Potřebujete naléhavě peníze? Dostatek pasu a dalších dokumentů. Potřebujete velké množství? Můžete si vzít úvěr zajištěný autem nebo nemovitostí. Vyplňte žádost na webu a získejte rychlé schválení. Existuje dodávka!
Elektromagnetické záření ze Slunce
První zmínky o využití koncentrovaných slunečních paprsků se datují do dvou set let našeho letopočtu – sloužily k zapalování posvátného ohně v řeckých chrámech.
Nyní se solární zařízení používají pro odsolování mořské a mineralizované vody, sušení zemědělských produktů, ohřev vody v topných systémech, chlazení budov odpařováním různých látek a získávání elektřiny ze slunečního záření je považováno za nejslibnější alternativu k tradiční energii. .
Základem solárních článků jsou tenké křemíkové destičky (tloušťka pouhých 180 mikronů neboli 0,18 mm). Na vrstvy fotočlánků se střídavě nanáší fosfor a bor. Ve vrstvě křemíku s příměsemi fosforu se objevují volné elektrony a ve vrstvě s borem některé elektrony chybí – tvoří se tzv. „díry“.
Když světelná kvanta dopadnou na povrch baterie, způsobí přesun částic z jedné vrstvy do druhé – tak vzniká elektrický proud.
Solární baterie se používají nejen na Zemi, ale i ve vesmíru a jsou nejspolehlivější možností, jak kosmickým lodím dodávat elektřinu.
Pohyb vody v oceánech a mořích
Lidé „zkrotili“ sílu přílivu a odlivu relativně nedávno. První elektrárna využívající tento přírodní úkaz byla postavena v roce 1913 nedaleko Liverpoolu (Anglie).
Během přílivu a odlivu vodní toky roztáčí kola podvodních zařízení, startujících generátorů, které přeměňují mechanické pohyby na elektrický proud – tak lze stručně popsat přílivovou elektrárnu (TPP).
Nejlepším místem pro získávání energie touto metodou jsou mořské pobřeží s velkými uzavřenými pánvemi, protože v tomto případě může rozdíl hladiny vody mezi přílivem a odlivem dosáhnout více než čtyř metrů.
Teplo horkých pramenů
Energie je ve vzduchu, světlo, voda. A je doslova pod našima nohama! Rostoucí nedostatek paliva nutí lidstvo využívat všechny možné zdroje, včetně vnitřního tepla Země.
Rotace turbíny s párou ohřívanou v kotlích je nejběžnějším způsobem výroby elektřiny. Proč ale ohřívat vodu, když horkou tekutinu nebo hotovou páru lze odebírat přímo z útrob naší planety?
První geotermální elektrárna na světě (GeoPP) začala fungovat v roce 1911 v italské obci Larderello a funguje dodnes.
Hluboká podzemní voda má vysokou teplotu a tlak, pod jejichž vlivem vystupuje ve formě plynu přes studny. Pára je pak posílána potrubím do turbín, které způsobí jejich roztočení, které pohání elektrický generátor.
Problémy s použitím alternativy
Alternativní zdroje jsou podmíněně nevyčerpatelné, ale zároveň nejsou stabilní. Větrné generátory vyžadují k provozu vítr, solární panely světlo, solární elektrárny a geoelektrárny vyžadují ke svému provozu určité přirozené prostředí – to je jeden z klíčových důvodů, proč ještě nejsme připraveni opustit tradiční energii.
Druhý aspekt, který nelze ignorovat, je ekonomický. Alternativy jsou méně účinné. Abychom problém popsali stručně: k výrobě elektřiny potřebného výkonu musí mít větrné elektrárny značný počet turbín, baterií a solárních panelů – to vše stojí spoustu peněz.
K instalaci například silikonových baterií jsou navíc potřeba poměrně velké plochy a větrné mlýny nejenže vytvářejí znatelný hluk, ale také produkují infrazvuk, který může negativně ovlivnit nervový systém a lidské tělo jako celek – jen málokdo by chtěl žít s nimi Vedle. Mezi nevýhody geotermálních elektroinstalací patří riziko probuzení seismické aktivity.
Progresivní metody nejsou i přes svou šetrnost k životnímu prostředí ve srovnání s tradičními způsoby výroby energie stále zcela neškodné. Ptáci se často zachytí v lopatkách větrných turbín a jen v rámci provozního okruhu solárních elektráren jen ve Spojených státech zemře ročně 38 až 138 tisíc ptáků (přesné důvody tohoto jevu nebyly stanoveny).
Tradiční zdroje energie
Tradiční zdroje jsou ty, které se používají již dlouhou dobu a jsou rozšířeny po celém světě. Většinou neobnovitelné: ropa, zemní plyn a uhlí.
Za hlavní podíl světové elektřiny vděčíme tradiční energii:
- tepelný,
- vodní síla,
- jaderný.
V této trojici je lídrem teplárenství a energetika. Je založen na výrobě elektrického proudu z tepla získaného spalováním fosilních paliv v tepelných elektrárnách (TPP).
Vodní elektrárny (VVE) využívají k výrobě elektřiny vodní toky, nejčastěji padající vodu. Pro zvýšení rozdílu hladin se na řekách staví přehrady.
Atomová energie se vyrábí v reaktoru spojením jader uranu-235 nebo plutonia-239 a neutrálně nabitých částic. V důsledku jaderné reakce vznikají nové neutrony a štěpné fragmenty, jejichž srážka vede k uvolnění velkého množství tepla.
A pak je vše jako v tepelné elektrárně: voda se ohřívá v kotlích, horká pára pod tlakem se přivádí do turbín a roztáčí je a ty pohánějí generátor, který přeměňuje mechanickou energii na elektrický proud.
Existuje také technologie, která umožňuje získávat energii z vyhořelých surovin, což zvyšuje efektivitu využití jaderného paliva ze 3 % na 10 %.
Problémy využívání tradiční energie
Tradiční energie je spojena s řadou problémů:
- nedostatek energetických zdrojů,
- geopolitická a sociální rizika,
- ohrožení životního prostředí.
Podívejme se krátce na každý problém.
První problém souvisí s vyčerpatelností a nerovnoměrným rozložením zdrojů. Energeticky deficitní stavy (do kterého Rusko nepatří) utrácet obrovské množství peněz na jejich nákup – to negativně ovlivňuje ekonomiku a sociální sféru.
Nebezpečné jsou také nadměrné zdroje. Země, jejichž ekonomika je postavena na jejich výrobě a prodeji, jsou méně motivovány k rozvoji dalších perspektivních odvětví a jsou závislé na trendech globální energetiky.
Energetika a geopolitika spolu úzce souvisí. Nerovnoměrné rozložení energetických zdrojů na Zemi vytváří vysoká rizika pro životaschopnost a národní bezpečnost zemí závislých na vůdcích zdrojů a je častou příčinou politického napětí.
Vliv energie na životní prostředí – možná nejzávažnější problém. Skleníkové plyny vypouštěné do atmosféry tradičními energetickými zařízeními nejen znečišťují atmosféru a poškozují ozonovou vrstvu. Mění složení a kyselost mořské vody a zpomalují růst rostlin.
Jak můžete postupně přejít na alternativu?
Při současné úrovni spotřeby vydrží prokázané zásoby ropy a plynu lidstvu na 40–45 let. Za tuto krátkou dobu se musíme naučit zcela obejít bez tradičního paliva. To platí zejména pro země, které nemají vlastní zásoby uhlovodíků.
Rusko se svými rozsáhlými územími, rozmanitostí klimatických zón a topografií má vysoký potenciál pro přechod na obnovitelné zdroje energie, a proto byl učiněn začátek:
- Od roku 2009 má naše země program na podporu rozvoje netradiční energetiky, který investorům v sektoru garantuje plnou návratnost a návratnost investice;
- jen za poslední tři roky bylo postaveno asi 20 větrných elektráren a více než 10 solárních elektráren;
- v roce 2021 byla legislativa upravena tak, aby jednotlivcům umožnila instalovat solární panely doma a prodávat přebytečnou elektřinu na základě smlouvy.
Aby byla zajištěna další expanze, fungování a zvýšení nezávislosti průmyslu a přilákání investic, pokračují práce na snižování nákladů na zařízení prostřednictvím nahrazování dovozu a popularizace „zelené“ energie.
Náš svět potřebuje energii. Hodně energie. Planeta však často trpí způsoby, jak ji vyrábíme. Vodní elektrárny musí zaplavovat rozsáhlá území, emise z tepelných elektráren negativně ovlivňují atmosféru a jaderný odpad z jaderných elektráren vyzařuje radiaci, proto musí být skladován v chráněných kontejnerech pod zemí. Energii lze ale získat i jinak. Dnes si povíme něco o alternativních zdrojích, které fungují ekologičtěji.
Tváří v tvář klimatickým změnám se mnoho zemí zavázalo k přechodu na obnovitelné zdroje energie, jako je vítr, slunce, příliv a odliv, teplo a tak dále. Kvůli geografickým faktorům však nejsou všechny stejně dostupné na různých územích.
solární energie
Nejběžnějším zdrojem obnovitelné alternativní energie je nyní Slunce. Pokud bychom shromáždili všechnu energii, kterou nám nejbližší hvězda pošle za pouhý jeden den, mohli bychom planetu pohánět rok.
Solární baterie fungují takto: sluneční paprsky dopadají na fotočlánky, nahromaděná energie se posílá do ovladače a poté do baterie. Pro využití nasbírané energie musí projít invertorem, zařízením, které přeměňuje stejnosměrný proud na střídavý.
Je jasné, že baterie nefungují v noci nebo za špatného počasí. Proto je tento způsob výroby energie vhodný pro oblasti s velkým množstvím slunečního času za den. V Rusku lze mezi velkými solárními elektrárnami vyzdvihnout Staromaryevskaya SPP na území Stavropol s kapacitou 100 MW – jednu z největších takových struktur v naší zemi. Solární elektrárny jsou také v regionech Astrachaň, Samara, Orenburg a v Altajské republice.
Čínská poušť je domovem největší solární elektrárny na světě, Tenger Solar Park, neboli „Velká solární zeď“. Jeho maximální výkon je 1547 MW, což je více než výkon jednoho průměrného jaderného reaktoru.
Pros
• Obnovitelnost a nevyčerpatelnost. Slunce svítí všude a dává spoustu energie.
• Šetrnost k životnímu prostředí
• Ekonomické
Zápory
• Vysoké počáteční náklady na instalaci
• Problémy recyklace solárních panelů
• Přerušovaný cyklus a závislost na povětrnostních podmínkách
Síla větru
Jedná se o velmi běžný způsob získávání energie doslova ze vzduchu. Kinetická energie vzdušných hmot se přeměňuje na mechanickou, elektrickou, tepelnou nebo jakoukoli jinou formu energie potřebnou pro konkrétní úkoly.
Princip fungování je podobný jako u solárních panelů: zafouká vítr, lopatky se začnou točit, získá se mechanická energie, která pohání k ní připojenou turbínu a následně generátor, kde se uvolňuje proud. Jde do regulátoru, pak do baterie a odtud přes střídač je odeslán ke spotřebitelům.
Stejně jako u slunce je obtížné pracovat s větrem v tom, že není konstantní – nefouká pořád. Po celém světě však bylo postaveno mnoho větrných elektráren. Největší se nachází v Číně na okraji pouště Gobi. Jeho kapacita je téměř 20 tisíc MW.
V Rusku se největší větrná elektrárna – Kochubeevskaya Wind Farm – nachází na území Stavropol. Jeho výkon je 210 MW.
Pros
• Větrná energie je nevyčerpatelná a šetrná k životnímu prostředí – nevznikají žádné škodlivé emise do atmosféry
• Vyžaduje malou plochu, instalace lze umístit na těžko přístupná místa
• Autonomie, to znamená, že práce není závislá na stavu a provozu vnějších energetických sítí
Zápory
• Nekonzistentní provoz, protože proudění větru nelze nastavit
• Vysoké náklady na instalaci
• Hluk, kvůli kterému nelze v blízkosti domů vždy instalovat velké větrné konstrukce
Geotermální energie
Využít tepelnou energii nitra Země je logické: jde o obnovitelný zdroj, který máme doslova pod nohama. Pod zemskou kůrou se nachází vrstva žhavého magmatu, suché teplé horniny a podzemní voda zahřátá na vysokou teplotu.
Abyste však mohli využít energii podloží, musíte ji nejprve získat. Za tímto účelem se staví speciální geotermální elektrárny, kde se vrtají vrty. Prostřednictvím jednoho z nich je pod tlakem čerpána voda z povrchu, v podzemí se z tepla hornin mění v páru, která druhým vrtem vystupuje na povrch. Vzniklá pára uvede generátor do pohybu a uvolní se elektrický proud. Po průchodu lopatkami pára kondenzuje a je opět poslána pod zem. Ukazuje se, že jde o uzavřený systém.
Geotermální energie je rozšířena na Novém Zélandu, Islandu, Francii, Itálii, Mexiku, Litvě, Indonésii, Číně a dalších zemích. V Rusku jsou čtyři geotermální elektrárny – tři na území Kamčatky a jedna na Sachalinu.
Pros
• Relativně nízké náklady na výstavbu a provoz
• Práce nezávisí na klimatických podmínkách, tedy na přítomnosti slunečního záření nebo větru
• Šetrnost k životnímu prostředí
• Obnovitelnost a udržitelnost – energie zemského nitra nikdy nedojde, na rozdíl od uhlí nebo ropy
Zápory
• Vysoká spotřeba čisté vody
• Geografické omezení – podniky jsou nejčastěji budovány podél tektonických zlomů v zemské kůře
• Seismická nestabilita. Někteří věří, že takové podniky mohou způsobit otřesy
Energie vln
Dalším způsobem, jak získávat energii z přírodních zdrojů, jsou vlny. Ve skutečnosti to není překvapivé, vezmeme-li v úvahu, jakou sílu mají moře a oceány.
Pro přeměnu energie vln na energii elektrickou je nutné postavit speciální stanici, která využívá hnací sílu vodní masy. Existuje několik typů takových struktur, které fungují mírně odlišně.
• Vlna prochází prázdnou komorou a tlačí skrz ni vzduch, který roztáčí turbínu spojenou s generátorem.
• Vlna se pohybuje velkým potrubím a voda pohání turbínu.
• „Oscilační těleso“ je systém, který zahrnuje spojení několika plovoucích sekcí, mezi kterými jsou instalovány pohyblivé plošiny s hydraulickými písty. Jeden nebo více z nich je spojeno s hydromotorem, který přenáší energii vln procházejících písty do generátoru, kde se uvolňuje proud.
• „Umělý atol“ je betonová stavba instalovaná na zemi. Vlny proudí dovnitř a voda padá do speciálního zásobního bazénu a odtud na lopatky turbíny.
První komerční vlnová elektrárna byla postavena v Portugalsku v roce 2008. Taková zařízení existují také ve Španělsku, Spojeném království a Austrálii.
Pros
• Energie vln je předvídatelná, což znamená, že můžete určit, kolik bude vyrobeno
• Vlny jsou silnější než vítr, což znamená, že energie vln je účinnější
• Minimální provozní náklady po instalaci
Zápory
• Nebezpečí instalací pro mořskou flóru a faunu
• Lze umístit pouze v blízkosti moří nebo oceánů
• Závislost na počasí a klimatu
Přílivová energie
Dalším způsobem, jak využít světové oceány jako zdroj energie, jsou přílivové elektrárny, které fungují s využitím přílivu a odlivu.
Nedaleko břehu se staví hráz, uvnitř které je pod vodou reverzní hydroturbinogenerátor – lopatky turbíny se mohou otáčet oběma směry. Prochází jím příliv, voda se shromažďuje v pánvi mezi hrází a pevninou a turbína se dává do pohybu. Pak se při odlivu stane přesně to samé, ale voda se pohybuje opačným směrem. Výsledkem je, že generátor generuje proud, který se shromažďuje v transformátoru a odtud je dodáván spotřebitelům.
Přílivové elektrárny jsou ve Francii, Kanadě, Velké Británii, USA, Číně, Indii a dalších zemích. V Rusku od roku 1968 funguje Kislogubskaja TPP, která se nachází na pobřeží Barentsova moře. Podobné stanice jsou také na poloostrově Kola, v Bílém a Ochotském moři.
Pros
• Šetrné k životnímu prostředí a obnovitelné zdroje
• Dlouhá životnost turbín ve výrobě
• Nevyžaduje samostatný pozemek pro stavbu stanice
• Nezávislost na povětrnostních podmínkách
Zápory
• Nebezpečí pro mořský život
• Velmi pomalé, protože během dne mohou být pouze 4 přílivové cykly
• Geografické omezení
