Energia vastuvõtmine maast. Päike on peamine energiaallikas Maal

Tere kallid lugejad! Nagu lubatud, olen koostanud teile artikli, milles räägin teile sellest, mis on taastuvad energiaallikad. Mis tüübid need on ja miks on igaüks neist huvitav? Alustame...

Tänapäeval otsitakse alternatiivseid ammendamatuid energiaallikaid. Mõned neist on juba väljatöötamisel. Tuuleenergiat on sadu aastaid kasutatud laevade sõitmiseks ja tuuleveskite töötamiseks. Kaasaegsed tuuleturbiinid, mis on loodud elektri tootmiseks (ainuüksi Californias on selliseid tuulikuid paigaldatud 15 000). Ameerika teadlased on jõudnud järeldusele, et tuuleenergia suudab toota kogu USA-s toodetud elektri. Päikesesoojust saab muundada ka energiaks. Tänapäeval paigaldatakse üle maailma palju päikesepaneele, mis varustavad osa elanikkonnast elektriga mõnes riigis, eelkõige Filipiinidel ja Austraalias. Maa praeguses keskkonnaolukorras üritab üha rohkem riike minna üle taastuvatele energiaallikatele ja loobuda olemasolevatest fossiilkütustest energiaallikatest.

Seal on palju kaasaegseid päikesepaneelide ja tuuleelektrijaamade arendusi, mida igal aastal täiustatakse. See otsus tehti selleks, et esiteks kaitsta meie planeeti veelgi suurema saaste eest ja teiseks, et vähendada igal aastal üha rohkem energiat tarbivate inimeste elektrikulusid. Nüüd on muutumas moes kasutada taastuvatest allikatest toodetud energiat ning seda tüüpi energiat ei peeta enam aegunuks, ebatõhusaks ja vähetõotavaks. See on just vastupidi.

Vesi on fossiilkütuste järel vanim ja tähtsaim energiaallikas. Vesirattaid on kasutatud üle 2000 aasta. Neid juhivad jõgede voolud. Sellised rattad said 18. sajandi lõpu tööstusrevolutsiooni ajal esimeseks energiaallikaks. Euroopas oli neid sel ajal umbes pool miljonit. Neid kasutati teravilja jahvatamiseks, lõõtsa täis puhumiseks ja langeva sepikoja haamri juhtimiseks; raua röstimisel, relvatorude puurimisel, samuti ketrus- ja kudumismasinate tööks. Vajaliku veevoolu tagamiseks nad tavaliselt kas tammivad jõe, luues paisu, või suunavad osa jõest veskitiiki.

Tänapäeval kasutatakse vett energiaallikana elektri ehk hüdroelektri tootmiseks. Kaasaegsete hüdroelektrijaamade hulka kuuluvad tammid ja tohutud veehoidlad, mis võimaldavad vett suurelt kõrguselt alla kukkuda. Kaasaegsetes hüdroelektrijaamades paigaldatakse tänapäeval ebaefektiivsete ja kogukate vesirataste asemel turbiinid, milles veevool pöörleb rootorit. Iga sellise turbiiniga on ühendatud elektrigeneraator.

Peaaegu kolmandik kogu maailmas kasutatavast elektrist pärineb hüdroenergiast. Norra, kus elektrit on elaniku kohta rohkem kui kusagil mujal, toetub peaaegu eranditult hüdroenergiale.

Pumbaelektrijaamad (PSPP-d) Hüdroelektrijaamad (HP-d) kasutavad vee potentsiaalset energiat, mis salvestatakse tammide abil. Seal on väga suured hüdroelektrijaamad. Kõige tuntumad kaks suurt hüdroelektrijaama Venemaal on Krasnodar (6000 MW) ja Bratsk (4100 MW). USA suurim hüdroelektrijaam on Grand Coulee, selle võimsus on 6480 MW. 1995. aastal toodeti 7% kogu maailmas toodetud elektrist hüdroenergiast.

Arvatakse, et kõiki võimalikke allikaid kasutades oleks võimalik saada 2,25 miljardit kW hüdroelektrienergiat. 1990. aastate alguses toodeti ainult umbes 363 miljonit kW ehk umbes 1% maailma energiatoodangust.

Hüdroenergia - see on üks puhtamaid ja odavamaid energiaressursse. Väga oluline on see, et see ressurss uueneb pidevalt vihma ja jõevee sissevoolu tõttu.

Hüdroelektrienergia olulisim eelis on ammendamatute ressursside kasutamine. Veehoidlate loomine eeldab aga suurte alade üleujutamist, mis põhjustab suurt kahju keskkonnale ja rikub ökoloogilist tasakaalu.

Samuti on nad õppinud kasutama loodete energiat elektri tootmiseks. On loodete elektrijaamu, mis kasutavad tõusu- ja mõõna ajal tekkivaid veetaseme erinevusi. Selleks piiravad nad rannikubasseini madala tammiga, mis hoiab mõõna ajal mõõnavett kinni. Seejärel eraldub vesi ja see pöörab hüdroturbiine. Seade, mida nimetatakse "sukeldumiseks", muudab laine liikumise energiaks. Loodete elektrijaamad võivad olla väärtuslik kohalik energiaressurss, kuid nende ehitamiseks pole Maal palju sobivaid kohti.

Geotermiline elekter toodetakse Maa sisemuse soojuse abil. Lihtsaim viis geotermilist energiat kasutada on kuumaveeallikatest ja geisritest. Geotermilist energiat kasutatakse juba mitmes riigis, näiteks Itaalias, Islandil, Uus-Meremaal (maailmas on 150 geotermilist elektrijaama. Maakoore paksus on 32-35 km, mis on palju õhem kui selle aluseks olev). vahevöö, mis ulatub umbes 2900 km kuni kuuma vedela tuumani.

Vahevöö on gaasirikaste tuliste vedelate kivimite (magma) allikas, mida purskavad aktiivsed vulkaanid. Soojus vabaneb peamiselt maa tuumas olevate ainete radioaktiivse lagunemise tõttu. Selle soojuse temperatuur ja hulk on nii kõrged, et provotseerivad vahevöökivimite sulamist. Pinna alla võivad kuumad kivid tekitada kuumataskuid. Selliste “kottidega” kokkupuutel vesi kuumeneb ja muutub isegi auruks. Need "kotid" on valdavalt suletud, mistõttu on kuum vesi ja aur sageli suure rõhu all ning temperatuur nendes keskkondades ületab vee keemistemperatuuri Maa pinnal. Suurimad geotermilised ressursid on koondunud vulkaanilistesse vöönditesse maakoore plaatide piiridel.

Geotermilise energia kõige põhilisem puudus on asjaolu, et ressursid on piiratud ja lokaliseeritud, välja arvatud juhul, kui uuringud näitavad kuuma kivimi märkimisväärsete varude olemasolu või vahevöösse puurimise võimalust. Ja 1991. aastal õnnestus Inglismaal Oxfordi tuumafüüsikute rühmal saada energiat tuumasünteesi abil. Me räägime turvalise energiavormi hankimisest.

USA riiklik teadusorganisatsioon ja NASA on läbi viinud uuringud, mis näitavad, et Ameerika Ühendriikides on võimalik saada märkimisväärsel hulgal tuuleenergiat Suurte järvede piirkonnast, idarannikul ja eriti Aleuudi saarte ahelas. Nende piirkondade tuuleparkide maksimaalne projekteeritud võimsus võiks rahuldada 12% USA elektrinõudlusest. USA suurimad tuulepargid asuvad Golden Dale'i lähedal Washingtoni osariigis, kus igaüks kolmest generaatorist (60 m kõrgustele postidele paigaldatud, tuuleratta läbimõõt 90 m) toodab 2,5 MW elektrit. Samuti paigaldavad paljud Euroopa riigid praegu uusi kaasaegseid tehnoloogiaid kasutavaid tuuleelektrijaamu. Nad varustavad osa elanikkonnast elektriga. Paljudes riikides on olemas programmid järkjärguliseks täielikuks üleminekuks taastuvatele energiaallikatele.

Päikeseenergial on kaks peamist eelist. Esiteks: seda on palju ja see kuulub taastuvate energiaressursside hulka (Päikese olemasoluks hinnatakse ligikaudu 5 miljardit aastat). Teiseks: selle kasutamine ei põhjusta soovimatuid keskkonnamõjusid. Kuid päikeseenergia kasutamist takistavad mitmed raskused. Selle energia hulk on tohutu, kuid see hajub kontrollimatult.

Suurte energiakoguste vastuvõtmiseks on vaja suure pindalaga kollektoripindu. Lisaks tekib energiasäästu ebastabiilsuse probleem: päike ei paista alati. Isegi kõrbetes, kus valitseb pilvitu ilm, muutub päev ööks. Seega on vaja päikeseenergia salvestamise seadmeid. Kuid kaasaegse tehnoloogiaga on kõik muutumas ja sellised ajamid on juba olemas ning neid täiustatakse pidevalt. Lisaks ei seisa päikesepaneelide loomise tehnoloogiad paigal, need on muutunud palju tõhusamaks. See pole enam viimane sajand! See annab päikeseenergia kasutamisele tohutu eelise. Mõned soojad maad lähevad järk-järgult sellistele energiaallikatele üle.

Päikeseenergia kasutamisel on kolm peamist valdkonda: kliimaseadmete jaoks, kütmiseks (sh soe vesi) ja otseseks muundamiseks elektriks, kasutades fotogalvaanilisi päikesemuundureid, ning soojustsüklitel põhinevaks suuremahuliseks elektritootmiseks.

Tänaseks on kõik, kirjuta kommentaaridesse, milline taastuvenergia allikas sulle kõige rohkem meeldib. Või äkki kasutate juba mõnda neist. Saate lugeda fossiilkütuste ja energiaressursside kohta üldiselt. Telli, et sa ei jääks uutest postitustest ilma. Hüvasti kõigile.

Inimesed kasutavad erinevat tüüpi energiat kõigeks alates enda liigutamisest kuni astronautide kosmosesse saatmiseni.

Energiat on kahte tüüpi:

• pühendumisvõime (potentsiaalne)
• tegelik töö (kineetiline)

Saadaval erinevates vormides:

• soojus (termiline)
• kerge (kiirgav)
• liikumine (kineetiline)
• elektriline
• keemiline
• tuumaenergia
• gravitatsiooniline

Näiteks toit, mida inimene sööb, sisaldab kemikaale ja inimese keha talletab seda seni, kuni ta seda töö või elu jooksul kineetikana kasutab.

Energialiikide klassifikatsioon

Inimesed kasutavad erinevat tüüpi ressursse: oma kodudes elektrit, mis on toodetud kivisöe põletamisel, tuumareaktsiooni või jõe hüdroelektrijaam. Seega nimetatakse allikaks kivisütt, tuumaenergiat ja hüdroenergiat. Kui inimesed täidavad oma kütusepaaki bensiiniga, võib allikaks olla nafta või isegi teraviljakasvatus ja -töötlemine.

Energiaallikad jagunevad kahte rühma:

• Taastuv
• Uuenematu

Taastuvaid ja taastumatuid allikaid saab kasutada primaarsete energiaallikatena, nagu soojus, või sekundaarsete energiaallikate, näiteks elektri tootmiseks.

Kui inimesed kasutavad oma kodudes elektrit, tekib elekter tõenäoliselt söe või maagaasi põletamisel, tuumareaktsiooni või hüdroelektrijaama toimel jõel või mitmest allikast. Inimesed kasutavad oma autode kütusena toornaftat (taastumatut), kuid nad võivad kasutada ka biokütuseid (taastuvad), nagu etanool, mis on valmistatud töödeldud maisist.

Taastuv

On viis peamist taastuvenergia allikat:

• Päikeseenergia
• Geotermiline soojus Maa sees
• Tuuleenergia
• Biomass taimedest
• Hüdroenergia voolavast veest

Biomass, mis hõlmab puitu, biokütuseid ja biomassi jäätmeid, on suurim taastuvenergia allikas, moodustades ligikaudu poole kogu taastuvenergiast ja ligikaudu 5% kogutarbimisest.

Uuenematu

Enamik praegu tarbitavatest ressurssidest pärineb taastumatutest allikatest:

• Naftatooted
• Veeldatud süsivesinikgaas
• Maagaas
• Kivisüsi
• Tuumaenergia

Taastumatu energia moodustab ligikaudu 90% kõigist kasutatavatest ressurssidest.

Kas kütusekulu muutub ajas?

Tarbitud energiaallikad muutuvad aja jooksul, kuid muutused toimuvad aeglaselt. Näiteks kivisütt kasutati kunagi laialdaselt kodude ja ärihoonete küttekütusena, kuid kivisöe konkreetne kasutamine nendel eesmärkidel on viimase poole sajandi jooksul vähenenud.

Kuigi taastuvkütuste osakaal primaarenergia kogutarbimises on veel suhteliselt väike, kasvab selle kasutamine kõigis sektorites. Lisaks on maagaasi kasutamine elektrisektoris viimastel aastatel madalate maagaasihindade tõttu suurenenud, samas kui kivisöe kasutamine selles süsteemis on vähenenud.

Meid ümbritsevas maailmas on tõeliselt ammendamatu erinevat tüüpi energiaallikas. Mõned neist pole praegu veel täielikult kasutusel – Päikese energia, Maa ja Kuu vastastikmõju energia, termotuumasünteesi energia, Maa soojusenergia.

Energia mängib praegu inimtsivilisatsiooni arengus otsustavat rolli. Energiatarbimise ja väljundmahu vahel on tihe seos. Energial on inimkonna elus suur tähtsus. Selle arengutase peegeldab ühiskonna tootlike jõudude arengutaset, teaduse ja tehnika arengu võimalusi ning elanikkonna elatustaset.

Energiaressursid– need on materiaalsed objektid, millesse on koondunud energia ja mis sobivad inimesele praktiliseks kasutamiseks. Energiaressursid – praegu kasutusel olevad või tulevikus kasulikud energiakandjad.

Energia on loodusnähtuste universaalne alus, kultuuri ja kogu inimtegevuse alus. Samal ajal all energiat(kreeka - tegevus, tegevus) viitab aine erinevate liikumisvormide kvantitatiivsele hindamisele, mis võivad üksteiseks muutuda.

Sõltuvalt avaldumisastmest saab eristada makrokosmose energiat - gravitatsiooni, kehade vastastikmõju energiat - mehaanilist, molekulaarsete vastastikmõjude energiat - termilist, aatomi interaktsiooni energiat - keemilist, kiirguse energiat - elektromagnetilist, aatomite tuumades sisalduv energia - tuuma.

Inimkonna kasutatavad kütuse- ja energiaressursid: nafta, maagaas, kivisüsi, puit, tuumakütus jne.

2. Traditsioonilised ja alternatiivsed energiaallikad

Otse loodusest ammutatud energia(kütuse, vee, tuule energia, Maa soojusenergia, tuumaenergia) ja mida saab muundada elektriliseks, termiliseks, mehaaniliseks, keemiliseks, nimetatakse esmane.

Riis.1 Primaarenergia klassifikatsioon

Primaarenergia klassifitseerimisel eristavad nad traditsiooniline Ja ebatraditsiooniline energia tüübid. Traditsiooniliste energialiikide hulka kuuluvad need, mida inimesed on aastaid laialdaselt kasutanud. Mittetraditsiooniliste energialiikide hulka kuuluvad need, mida hakati kasutama suhteliselt hiljuti. Traditsiooniliste primaarenergia liikide hulka kuuluvad: orgaaniline kütus (kivisüsi, nafta jne), jõehüdroenergia ja tuumakütus (uraan, toorium jne). Energia, mille inimene saab pärast primaarenergia muundamist spetsiaalsetes seadmetes - jaamades, nimetatakse sekundaarseks (elektrienergia, auruenergia, soe vesi jne) Ainus võimalus energiakriisist üle saada on mittetraditsiooniliste ressursside ulatuslik kasutamine. taastuvad energiaallikad. Tuuleenergia - See on mehaanilise energia saamine tuulest ja selle järgnev muundamine elektrienergiaks. Seal on vertikaalse ja horisontaalse pöörlemisteljega tuulemootorid. Tuuleenergiat saab edukalt kasutada tuule kiirusel 5 m/s või rohkem. Miinuseks on müra. Päikeseenergia – energia saamine Päikeselt päikesekiirguse energia otseseks muundamiseks, mis on kokku pandud suurest hulgast järjestikku ja paralleelselt ühendatud elementidest. Sol kehvad patareid . Bioenergia – See on biokütuste kasutamisel põhinev energia. See hõlmab taimsete jäätmete kasutamist, biomassi (vetikad, kiiresti kasvavad puud) kunstlikku kasvatamist ja biogaasi tootmist.

Inimühiskonna eksisteerimiseks ja arenguks on need vajalikud. Otsustav roll maailma energeetika arengus on energiaressurssidel, küsimuse selgitamisel, millised on inimkonna erinevate energiaallikate ja eelkõige nafta ja gaasi geoloogilised ja uuritud varud, milline on meie planeedi energiapotentsiaal.

Vastupidavusastme järgi jaotatakse energiaallikad taastuvateks ja taastumatuteks. Taastuvate ehk ammendamatute energiaallikate hulka kuuluvad: päikeseenergia, tuuleenergia, loodete energia, hüdroenergia, geotermiline energia.

Taastumatud energiaallikad: tuumaenergia ja kaustobioliitenergia. Kaustobioliidid on põlevad mineraalid (causto - põlev, bios - orgaaniline, litos - kivi). Nende hulka kuuluvad kivisüsi, nafta, looduslikud süsivesinikgaasid, põlevkivi ja turvas.

Maailma energiaallikad: päikeseenergia

Iga päev saab Maa 1,5⋅10*22 J päikeseenergia. Umbes 30% päikesekiirtest peegeldub pilvedelt ja maapinnalt, kuid suurem osa neist tungib läbi atmosfääri. Soojendades atmosfääri, ookeane ja maad, põhjustab päikesesoojus tuuli, vihma, lumesadu ja ookeanihoovusi.

Kuid kogu energia kiirgatakse tagasi külma ruumi, hoides maapinna termilises tasakaalus.

Väike osa päikeseenergiast koguneb järvedesse ja jõgedesse, teine ​​osa aga elustaimedesse ja loomadesse. Päikeseenergial on omadused, mida üheski teises allikas ei leidu: see on taastuv, keskkonnasõbralik, kontrollitav ja tuhandeid kordi suurem kui kogu praegu kasutatav energia.

Päikeseenergiat kasutatakse kasvuhoonete ja majade kütmiseks, see kogutakse päikesepaneelidesse, mis muudavad päikesekiirguse elektrienergiaks kosmoselaevadel, et varustada kosmoses töötades astronauti. Selle energia puuduseks on see, et päikesekiired hajuvad maapinnale ja päikesevalguse kogumiseks on vaja suurt pinda.

Tuuleenergia

Ligikaudu 46% sissetulevast päikeseenergiast neelab ookean, maa ja atmosfäär. See energia juhib tuuli, laineid ja ookeanihoovusi, soojendab merd ja tekitab ilmastikukõikumisi. Hinne tuuleenergia globaalses mastaabis - umbes 10 * 15 W, kuid suurem osa energiast koondub taevakõrgustel puhuvatesse tuultesse ja seetõttu pole see maapinnal kasutamiseks saadaval. Püsiva pinnatuule võimsus on umbes 10*12 W ja seda saab kasutada tuuleturbiinides ja meretranspordis.

Viimastel aastatel on ülemaailmne tuuleenergia tootmine kasvanud igal aastal 28%. Eeldatakse, et aastaks 2020 moodustab see energia kuni 10% maailma elektrienergiast.

2005. aastal võeti vastu Aserbaidžaani Vabariigi seadus päikese- ja tuuleenergia kasutamise kohta, millest riigis piisab.

Mõõnade ja voolude energia

Looded on Kuu ja Päikese gravitatsioonilise külgetõmbe tulemus ning Kuu mõju on palju suurem. Loodete tugevus on planeedi pöörlemisjõu väljendus. Loodete kõrgus ei ole igal pool sama.

Ookeani sügavusel ületab see harva ühe meetri ja mandrilaval võib see ulatuda kuni 20 meetrini. Loodete võimsus on hinnanguliselt 0,85⋅10*20 J. Prantsusmaal (Rance River) ja Venemaal (Kislaya Guba) toodavad jaamad juba praegu tõusulainetest elektrit. Mõõnade ja mõõnade kõrvaldamisel on palju probleeme. Jaamade tõhusaks tööks on vajalik üle 5 m kõrgune tõusulaine ja kergete tammidega blokeeritud lahtede – suudmealade – olemasolu. Kuid peaaegu kõikjal on rannikualade loodete kõrgus umbes 2 m ja ainult umbes 30 kohta Maal vastab neile nõuetele. Olulisemad neist on: kaks kõrvuti asuvat lahte – Fundy (Kanada) ja Passamuquoddy (USA); Prantsuse rannik mööda La Manche'i väina, kus Rance'i jaam on juba aastaid edukalt tegutsenud, Iiri meri, Inglismaa jõgede suudmed, Valge meri (Venemaa) ja Kimberley rannik (Austraalia). Loodete energia võib tulevikus olla üsna oluline, sest see on üks väheseid energiasüsteeme, mis toimib ilma tõsiste keskkonnakahjustusteta.

Hüdroenergia

Ligikaudu 23% päikesekiirgusest kulub vee aurustamisele, mis seejärel langeb vihma ja lumena.

Vee energia on taastuv ressurss. Vee jõudu kasutati primitiivsel viisil tuhandeid aastaid enne 20. sajandit, mil jõgede ulatuslik tammimine hakkas tootma elektrit. Taastuvatest energiaallikatest kasutatakse kõige intensiivsemalt veeenergiat. Kuid ebasoodne asjaolu on see, et tammide eluiga on piiratud ja tõenäoliselt lühike. Liikuv veevool kannab endas suspensiooni peeneid saviosakesi; kui vool on blokeeritud ja vee kiirus langeb, ladestub see materjal ja reservuaar saab nendega täielikult täita 50–200 aasta pärast.

Selle energia suurimat kasutamata potentsiaali saab kasutada seal, kus on suured veeenergia varud.

Geotermiline energia

1 km sügavusele maasse sukeldudes tõuseb temperatuur 15-75 C. Maa tuumas ületab temperatuur tõenäoliselt 5000 C. Keskmiselt tuleb sisemusest pinnale 6,3⋅10*6 J energiat. Lisaks seostatakse geotermilist energiat radioaktiivsete elementide, näiteks U, lagunemisega

238, U 235, Th 232, K 40, mis on hajutatud kujul levinud kõikjal sügavuses. Samal ajal soojendatakse maa-alust vett ja see tuleb pinnale auru ja kuuma vee kujul (geisrid). Geotermilist kuuma vett kasutatakse Islandil, Jaapanis, Itaalias, Indoneesias, Filipiinidel, Venemaal, Ameerikas ja Uus-Meremaal majade, basseinide ja kasvuhoonete kütmiseks. Kuid võrreldes elektri tootmisega on neil siiski vähe tähtsust.

Aatomienergia

Tuumaenergia võib saada kahe protsessi kaudu. Esimene neist on kergete elementide, näiteks vesiniku ja liitiumi liitmine või süntees, mis toodab raskemaid elemente. Need on protsessid, mis toimuvad Päikesel ja vesinikupommis, kuid neid on raske kontrollida; võib-olla võib tulevikus selliste elementide süntees saada peamiseks energiaallikaks. Teine protsess on raskete elementide, nagu uraan ja toorium, lõhustumine (lagunemine). See on protsess, mis toimub aatomipommis. Kuna seda reaktsiooni saab kontrollida, kasutatakse raskete elementide lõhustumist juba tuumaelektrijaamades elektri tootmiseks. Ainult uraan-235 omab looduslikku lagunemisvõimet, mis moodustab vaid 0,7% looduslike uraani aatomite koguarvust. Uraan-235 ahelreaktsiooni viis esmakordselt läbi professor Enrico Fermi 2. detsembril 1942 Maa ajaloo ühe olulisema katse käigus. Uraan-235 aatomite eraldamise hind on kõrge. Uraan-235 ühe aatomi lagunemisel vabaneb aga 3,2⋅10*11 J energiat.

Kuna 1 g uraan-235 aatomit sisaldab umbes 2,56⋅10-21 aatomit, tekib 1 g uraani lagunemisel umbes 8,19⋅10*10 J, mis võrdub 2,7 tonni kivisöe põletamisel saadava energiaga. Praegu töötab uraan-235 baasil umbes 300 tuumaelektrijaama. Tuumaenergia kasutamises on esikohal USA (umbes 50%), järgnevad Euroopa (30%) ja Jaapan (12%). Tuumaenergia kasutamisel on terav ohutuse probleem, aga ka radioaktiivsete jäätmete kõrvaldamise probleem.

Fossiilsed kütused

Praegu kasutatakse kolme tüüpi fossiilkütuseid: kivisüsi, nafta ja maagaas. Need annavad umbes 90% maailma energiast. Kivisüsi. Kõikide söeliikide varud maailmas on hinnanguliselt 13 800 miljardit tonni ja täiendavad potentsiaalsed ressursid 6650 miljardit tonni. Jaotusgeograafia on järgmine: ligikaudu 43% maailma kivisöest asub Venemaal, 29% Põhja-Ameerikas, 14,5%. Aasia riikides, peamiselt Hiinas, ja 5,5% Euroopas. Ülejäänud maailm moodustab 8%.

Kuigi kivisüsi ei ole maailmas juhtiv kütus, on see mõnes riigis siiski domineeriv ning on võimalik, et edaspidised raskused nafta ja gaasi tarnimisel toovad kaasa kivisöe kasutamise suurenemise. Söe kasutamisel on palju raskusi. See sisaldab 0,2–7% väävlit, mis esineb peamiselt püriidi FeS2, raudsulfaadi FeSO4⋅7H2O, kipsi CaSO4⋅2H2O ja mõnede orgaaniliste ühendite kujul.

Söe põlemisel eraldub oksüdeeritud väävlit, mis satub atmosfääri, põhjustades happevihmade ja sudu. Teine probleem on söekaevandamine ise. Allmaakaevandamise meetodid on keerulised ja isegi ohtlikud. Avakaevandamine on tõhusam ja vähem ohtlik, kuid põhjustab pinnakihi katkemist suurel alal. Kaasaegses maailmas kasutatakse energiaallikatena peamiselt naftat ja looduslikke süsivesinikgaase.

Energiaallikad Maal

Kõik energiaallikad pole võrdsed. Mõned neist pakuvad ainult fundamentaalset huvi, teised aga on seotud tsivilisatsiooni olemasoluga. Mõned allikad on praktiliselt ammendamatud, teised saavad lõpu järgmiste sajandite või isegi aastakümnete jooksul.

Juba mitu miljardit aastat on meie planeedisüsteemi peamine valvur Päike saatnud Maale oma eluandvaid kiiri. Seda energiaallikat võib julgelt nimetada ammendamatuks. Iga maapinna ruutmeeter saab Päikeselt umbes 1,5 kW keskmise võimsusega energiat; aastas annab see umbes 10 miljonit kilokalorit energiat – selle soojushulga annab sadu kilogramme kivisütt. Kui palju soojust saab kogu maakera Päikeselt? Arvutades Maa pindala ja võttes arvesse maapinna ebaühtlast valgustust päikesekiirte poolt, saame umbes 10 14 kW. See on 100 tuhat korda rohkem energiat, mida kõik tehased, tehased, elektrijaamad, auto- ja lennukimootorid saavad kõigist Maa energiaallikatest, ühesõnaga - 100 tuhat korda rohkem energiat, mida tarbib kogu maakera elanikkond (umbes miljard kilovatti ).

Vaatamata paljudele projektidele kasutatakse päikeseenergiat aga väga vähe. Tõepoolest, meie arvutused andsid tohutu arvu, kuid see energiahulk jõuab kõigisse kohtadesse maakeral: ligipääsmatute mägede nõlvadel ja ookeanide pinnal, mis hõivab suurema osa maapinnast, ja liivale. mahajäetud kõrbed.

Lisaks pole energia hulk väikese ala kohta üldsegi nii suur. Kuid vaevalt on soovitatav luua üle ruutkilomeetrite ulatuvaid energiavastuvõtjaid. Lõpuks on ilmne, et päikeseenergia muundamine soojuseks on mõttekas piirkondades, kus on palju päikesepaistelisi päevi.

Huvi päikeseenergia otsese kasutamise vastu on viimasel ajal mõnevõrra suurenenud, kuna on tekkinud võimalused päikeseenergia otse elektrienergiaks muundamiseks. See võimalus on loomulikult väga atraktiivne. Seni on seda aga rakendatud väga vähesel määral.

Suhteliselt hiljuti avastati meie peade kohal – atmosfääri ülemistes kihtides – päikeseenergia akumulaator. Selgus, et hapnik 150–200 km kõrgusel maapinnast on päikesekiirguse toimel dissotsieerunud olekus: selle molekulid lagunevad aatomiteks. Nende aatomite ühendamisel hapnikumolekulideks võiks vabaneda 118 kcal/mol energiat. Kui suur on selle energia koguvaru? Näidatud kõrgusel 50 km paksuses kihis hoitakse 10 13 kcal - sama palju, kui eraldub mitme miljoni tonni kivisöe täielikul põlemisel. NSV Liidus kaevandatakse selline kogus kivisütt mõne päevaga. Kuigi suurel kõrgusel dissotsieerunud hapniku energia uueneb pidevalt, seisame siin taas silmitsi madala kontsentratsiooni probleemiga: seadet selle energia praktiliseks kasutamiseks pole nii lihtne välja mõelda.

Tuleme tagasi energiaallikate arutelu juurde. Maa atmosfääri õhumassid on pidevas liikumises. Tsüklonid, tormid, pidevalt puhuvad passaattuuled, kerged tuuled – õhuvoogude energia avaldub mitmeti. Tuuleenergiat on kasutatud purjelaevade liikuma panemiseks ja tuuleveskites iidsetest aegadest peale. Kogu Maa õhuvoolude aasta keskmine võimsus ei ole väiksem kui 100 miljardit kW.

Ärme aga pane tuulele kui energiaallikale suuri lootusi. See allikas pole mitte ainult vale – tuulevaikud põhjustasid purjelaevade ajastul nii palju ebaõnne ja pettumust –, vaid sellel on sama miinus kui päikeseenergial: pinnaühiku kohta vabanev energia hulk on suhteliselt väike; Tehase mastaabis energia tootmiseks loodud tuuleturbiini labad peaksid saavutama praktiliselt võimatud suurused. Sama oluline puudus on tuule tugevuse muutlikkus. Seetõttu kasutatakse tuuleenergiat või, nagu seda poeetiliselt nimetatakse, sinist kivisütt, ainult väikestes mootorites - "tuulikutes". Tuule korral annavad need elektriga põllumajandusmasinatele ja valgustavad maju. Kui tekib üleliigne energia, salvestatakse see akudesse (nn energiasalvestitesse). Seda ülejääki saab kasutada vaiksel ajal. Tuuleveski peale muidugi loota ei saa – see saab täita vaid abimootori rolli.

Tasuta energiaallikaks on ka liikuv vesi – ookeanide tõusulaine, mis levib pidevalt maismaal, ning jõevee ojad, mis voolavad meredesse ja ookeanidesse.

Maakera kõigi jõgede võimsust mõõdetakse miljardites kilovattides, kuid võimsust kasutatakse vaid umbes 40 miljonit kW, s.o. siiani umbes 1%. NSV Liidu jõgede potentsiaalne võimsus ulatub 400 miljoni kW-ni ja sellest on praeguseks kasutatud umbes 20 miljonit kW.

Kui meilt jäeti ilma kivisöest, naftast ja muudest energiaallikatest ning mindi üle ainult valgele kivisöele – jõgede energiale, siis seda energiat täiel määral kasutades (eeldusel, et kõikvõimalikud hüdroelektrijaamad on ehitatud kõikidele maakera jõgedele) peaks vähendama energiatarbimist maailmas. Maakera energiatarbimine ületab praegu miljardit kilovatti – inimkonnale piisaks praegu ainuüksi hüdroenergiast.

Aga hiidlaine? Selle energia on väga märkimisväärne, kuigi umbes kümme korda väiksem kui jõgede energia. Paraku on seda energiat seni kasutatud väga vähesel määral: loodete pulseeriv iseloom muudab kasutamise keeruliseks. Nõukogude ja Prantsuse insenerid leidsid aga praktilisi viise selle raskuse ületamiseks. Nüüd pakub loodete elektrijaam garanteeritud võimsust tippnõudluse tundidel. Prantsusmaal on rajatud ja juba töötab eksperimentaalne Saint-Malo elektrielektrijaam ning NSV Liidus ehitatakse jaam Murmanski oblastis Kislaya Gubasse. See viimane on kogemuseks projekteeritud võimsate loodete elektrijaamade ehitamisel Valge mere Lumbovski ja Mezenski lahtedesse. Prantsusmaal käivitatakse 1965. aastaks loodete jaam võimsusega 240 tuhat kW.

Suure sügavusega ookeanide vee temperatuur erineb pinnakihtide temperatuurist 10–20° võrra. See tähendab, et on võimalik ehitada soojusmasin, mille küttekehaks keskmistel laiuskraadidel oleks pealmine veekiht ja külmik - süvakiht. Sellise masina efektiivsus on 1–2%. Aga see on muidugi ka väga kontsentreerimata energiaallikas.

Päike, õhk ja vesi on tasuta energiaallikad*16. Vabad selles mõttes, et nende energia kasutamisega ei kaasne mingite maiste väärtuste vähenemist. Tuulikute töö ei vähenda maakera õhuhulka, hüdroelektrijaamade töö ei vähenda jõgede sügavust ja päikesemasinate töö ei kasuta maiste ainete varusid.

Selles mõttes on seni kirjeldatud energiaallikatel kütuste ees suur eelis. Kütus põletatakse. Söe, nafta, puidu energia kasutamine on maiste väärtuste pöördumatu hävitamine. Väga ahvatlev oleks rakendada fotokeemilist mootorit, s.t. saada energiat fotosünteesi mehhanismi kaudu, mis tagab kütuseenergia akumuleerumise. Iga taime roheline leht on taim, mis vee ja süsinikdioksiidi molekulidest toodab tänu päikesevalguse energiale orgaanilisi aineid, mille molekulides on suur energiavaru. See protsess taimedes on madala kasuteguriga (~1%), kuid sellegipoolest on taimede poolt aastas salvestatav energia 2·10 15 kWh, s.o. sadu kordi suurem kui kõigi maailma elektrijaamade aastane energiatoodang. Fotosünteesi mehhanismi pole veel täielikult mõistetud, kuid pole kahtlust, et tulevikus on võimalik mitte ainult kunstlikes tingimustes fotosünteesi läbi viia, vaid ka selle efektiivsust tõsta. Kuid selles vallas ei suuda inimene veel loodusega võistelda ja on sunnitud kasutama selle kingitusi puidu, õli ja kivisütt põletades.

Millised on maakera kütusevarud? Tavalisele kütusele, s.o. need, mis põlevad tulest, on kivisüsi ja nafta. Nende varud maakeral on äärmiselt väikesed. Kaasaegse naftatarbimise juures lõpevad selle tõestatud varud järgmise aastatuhande alguseks. Söevarusid on veidi rohkem. Söe kogust Maal väljendatakse kümne tuhande miljardi tonniga. Kilogramm kivisütt toodab põletamisel 7000 kcal soojust. Seega mõõdetakse kivisöe koguenergiavarusid suurusjärgus 10 20 kcal. See on tuhandeid kordi rohkem kui aastane energiatarbimine.

Tuhande aasta energiavaru tuleb tunnistada väga väikeseks. Tuhat aastat on pikk aeg ainult võrreldes inimelu kestusega ja inimelu on maakera elu ja tsiviliseeritud maailma eksisteerimise ajaga võrreldes tähtsusetu hetk. Lisaks kasvab pidevalt energiatarbimine elaniku kohta. Seega, kui kütusevarud vähendataks naftale ja kivisöele, tuleks energiavarudega asjade seisu Maa peal pidada katastroofiliseks.

Meie sajandi neljakümnendate alguses tõestati praktiline võimalus kasutada täiesti uut tüüpi kütust, mida nimetatakse tuumakütuseks. Meil on märkimisväärsed tuumakütuse varud.

See ei ole koht, kus peatuda aatomi ja selle tuuma – aatomituuma – struktuuril ega sellel, kuidas aatomituumadest siseenergiat ammutada. Tuumaenergiat saab olulisel määral vabastada vaid nn tuumajaamades. Tuumaenergia vabaneb soojuse kujul, mida kasutatakse täpselt samamoodi nagu kivisöel töötavates elektrijaamades.

Praegu saame tööstuslikus koguses energiat vabastada kahest elemendist – uraanist ja tooriumist. Tuumakütuse eripära, mis on selle peamiseks eeliseks, on selle erakordne energiakontsentratsioon. Kilogramm tuumkütust toodab 2,5 miljonit korda rohkem energiat kui kilogramm kivisütt. Seetõttu on nende elementide suhteliselt madalast levimusest hoolimata nende energiavarud maakeral üsna märkimisväärsed. Ligikaudsed arvutused näitavad, et tuumakütuse varud on oluliselt suuremad kui kivisöevarud. Uraani ja tooriumi lisamine kütusele ei lahenda aga põhimõttelist inimkonna energianäljast vabastamise probleemi – maapõue mineraalide varud on piiratud.

Kuid nüüd on võimalik näidata tõeliselt piiramatut energiaallikat. Me räägime nn termotuumareaktsioonidest. Need on võimalikud ainult ülikõrgetel temperatuuridel, umbes kakskümmend miljonit kraadi. Seda temperatuuri on seni saavutatud vaid aatomiplahvatuste käigus.

Nüüd seisab teadlaste ees ülesanne saada kõrgeid temperatuure mitte plahvatusohtlikult ning esimesed katsed saavutada miljonikraadist temperatuuri olid edukad.

Kui füüsikud suudavad töötada nõutavate kümnete miljonite kraadiste temperatuuridega, mis on saadud mitteplahvatuslikult, saab võimalikuks vesiniku aatomituumade kontrollitud ühinemisreaktsioon (mida nimetatakse termotuumadeks). See reaktsioon vabastab ühe kilogrammi kütuse kohta tohutult energiat. Selleks, et praegu inimkonda üheks aastaks energiaga varustada, piisab kümnete miljonite tonnide vee töötlemisel termotuumaenergia vabastamisest.

Maailmameredesse on salvestatud nii palju termotuumaenergiat, et sellest piisab inimkonna kogu energiavajaduse katmiseks ajaks, mis ületab päikesesüsteemi vanuse. See on tõesti piiramatu energiaallikas.

2. Keemilised vooluallikad HIT-id on seadmed, mida kasutatakse keemilise reaktsiooni energia otseseks muundamiseks elektrienergiaks. HIT-e kasutatakse erinevates tehnoloogiavaldkondades. Side: raadio, telefon, telegraaf; elektrilises mõõtmises