Энергетика будущего. Возможные проблемы

С другой стороны, мы всегда можем  транспортировать саму электроэнергию.  Универсальным средством транспорта энергии являются линии электропередачи, или, как их кратко именуют, ЛЭП. Назначение ЛЭП-не только односторонняя передача энергии, как это производится, например, с помощью нефте- и газопроводов, но и осуществление связи между отдельными электростанциями и целыми энергетическими системами. Такая связь помогает повысить надежность работы энергосистемы, сократить необходимый резерв мощности, облегчить работу системы в периоды максимальной и минимальной потребности в электроэнергии. По основным экономическим показателям ЛЭП уступают не только нефтепроводам, но и газопроводам. Что касается перевозки угля на дальние расстояния железнодорожным транспортом, то ее экономичность близка к экономичности ЛЭП.

Широко используются два типа ЛЭП: на постоянном токе и на переменном токе. У каждого из типов есть свои преимущества и недостатки. Из-за более высокого допустимого рабочего напряжения в линии (в 1,5-2 раза больше, чем для ЛЭП на переменном токе) ЛЭП на постоянном токе могут сооружаться на более дальние расстояния. Во-вторых,  применения ЛЭП на постоянном токе для связи между собой энергетических систем исключается необходимость в синхронизации систем и строгом уравнивании их частот. Следовательно, ЛЭП на постоянном токе делают энергетические системы более устойчивыми.

Однако есть недостатки, а именно необходимость иметь два преобразователя, один на передающем конце линии для превращения переменного тока в постоянный и другой на принимающем конце линии для преобразования постоянного тока в переменный. Это является достаточно дорогим оборудованием, к тому же стоит учесть их количество в возможной электросети. Также если использовать ЛЭП на постоянном токе для передачи электроэнергии на небольшие расстояния, потери энергии в самих преобразователях будет выше потери ее в ЛЭП на переменном токе.

Однако ЛЭП на постоянном токе могут  найти свое применение для передачи энергии на большие расстояния ввиду их устойчивости.

Перспектива дальнейшего развития передачи электроэнергии по проводам связывается теперь не только с воздушными, но и с кабельными ЛЭП. Под кабельной  ЛЭП понимается такой способ передачи электрической энергии, при котором токопроводящие провода вместе с электрической изоляцией заключены в герметическую оболочку. Силовые кабели обычно располагают под землей. Что также имеет свои преимущества, например, для того, чтобы построит воздушную линию необходимо учитывать факторы окружающей среды такие, как перепады температур, ветра, влажность воздуха в данном месте, а просчеты могут выйти большими энергопотерями.

 

ЛЭП на переменном токе также находит  применение в современном мире. Большинство современных электрических приборов работают на переменном токе, следовательно будет необходим преобразователь постоянного в случае использования постоянного тока, а если учесть что вы находитесь в достаточно крупном городе, то электроэнергия вырабатывается в основном ТЭС, находящиеся недалеко от города, то получаем, что расстояние достаточно мало, следовательно использование постоянного тока экономически невыгодно, так как большая часть электрической энергии будет потеряна за счет ее преобразования. К тому же сама себестоимость такой энергии будет выше, так как постоянную энергию нужно преобразовывать. В этом заключается преимущество ЛЭП на переменном токе. Но есть и отрицательные качества: ЛЭП требует синхронизации всех источников и потребителей, также с увеличение расстояния увеличиваются энергопотери.

 

 «В одной из перспективных  кабельных ЛЭП изоляцией служит  находящийся под относительно  высоким давление газ, обладающий  низкой электропроводностью. Таким  газом, уже нашедшим применение  в технике, является, в частности, шестифтористая сера SF6, именуемая среди электротехников элегазом. Шестифтористая сера принадлежит к числу так называемых электроотрицательных газов, отличительным свойством молекул которых является способность присоединять к себе электроны и благодаря этому превращаться в отрицательные ионы. Это приводит к уменьшению концентрации свободных электронов в газе и вследствие этого снижению его проводимости. В настоящее время трудно сделать заключение о возможных масштабах применения элегаза, но это направление в развитии ЛЭП представляет интерес».⁷

Другой перспективной разработкой  является криогенные и сверхпроводящие  линий электропередачи. Идея криогенных ЛЭП основывается на том известном  факте, что электрическое сопротивление  металлов (особенно чистых) падает со снижением  их температуры. Например, если чистый алюминий охладить до температуры -253°С(температура жидкого водорода), то его электрическое сопротивление уменьшится примерно в 500 раз.

Преимущества таких ЛЭП очевидны, но оборудование для поддержания состояний пригодных для работы таких ЛЭП стоят достаточно дорого, что является недостатком, так как из-за этого электроэнергия начнет сильно дорожать.

И перед тем как завершить  вопрос транспортировки электроэнергии, хотелось рассмотреть еще один тип  передачи энергии, а именно  направленным лучом электромагнитного излучения, по сути его можно назвать электромагнитным, но его эффективность оценить достаточно сложно.

Данный тип передачи может быть полезен в случае создания мощных солнечных электростанций на околоземной  орбите. И для передачи можно  преобразовывать электроэнергию в электромагнитное излучение направленным пучком, а на Земле фокусировать и преобразовывать обратно.

А теперь давайте рассмотрим такую  проблему, как аккумулирования энергии.

Первым видом аккумуляторов  является маховик.

Он является механическим аккумулятором, так как способен накапливать механическую, а не электрическую, энергию. Запасаемая им энергия- кинетическая энергия самого маховика

 Для повышения кинетической  энергии маховика нужно увеличивать  его массу и число оборотов вращения. Но с ростом числа оборотов увеличивается центробежная сила, что может привести к разрыву маховика. Поэтому для маховиков используются самые прочные материалы. Например, сталь и стеклопластик. Уже изготовлены маховики, масса которых измеряется многими десятками килограммов, а частота вращения достигает 200 тыс. оборотов в минуту.

Потери энергии при вращении маховика вызываются трением между  поверхностью маховика и воздухом и  трением в подшипниках. Для уменьшения потерь маховик помещают в кожух, из которого откачивается воздух, т. е. внутри кожуха создается вакуум. Применяются самые совершенные конструкции подшипников. В этих условиях годовая потеря энергии маховиком может быть менее 20%.

Уже давно используется такой вид  аккумулятора, как электрохимический.

Электрохимический аккумулятор является одним из самых распространенных, но он имеет узкое применение в  современном мире.

Аккумулятор этого типа имеет два  электрода - положительный и отрицательный, погруженных в раствор - электролит. Преобразование химической энергии в электрическую происходит посредством химической реакции. Чтобы дать начало реакции, достаточно замкнуть внешнюю часть электрической цепи аккумулятора. На отрицательном электроде, содержащем восстановитель, в результате химической реакции происходит процесс окисления. Образующиеся при этом свободные электроны переходят по внешнему участку электрической цепи от отрицательного электрода к положительному. Иными словами, между электродами возникает разность потенциалов, создающая электрический ток. Таков процесс разрядки аккумулятора, когда он работает как источник тока. При зарядке аккумулятора химическая реакция протекает в обратном направлении. Главным недостатком такого аккумулятора является его «громоздкость», то есть низкая удельная энергия (т.е отношение энергии к массе Дж/кг). 

Также существуют тепловые аккумуляторы, то есть использование солнечной  энергии для нагревания рабочего тела иле перехода рабочего тела из одного агрегатного состояния в  другое.

Таким образом, несмотря на то, что сейчас энергетика развита неплохо, еще есть над чем работать, так как работа в этом направлении может уменьшит энергопотери, а следовательно снизить стоимость электричества.

Поэтому если мы хотим улучшить качество нашей жизни, стоит обратить внимание на проблему транспорта энергии, особенно это актуально для такой большой страны, как Россия, так как около70% нашей экономики основано на сырьевом рынке. Большинство полезных ископаемых находятся в Сибири, а для увеличения объема добываемого сырья необходимо большое количество электроэнергии. 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Заключение.

В заключение хочется сказать, что, учитывая прогнозы по истощению органического топлива, а именно запасы газа и нефти с учетом современного потребления должно хватить на 100 лет, запасы угля несколько больше – 300 лет, ядерного топлива не менее чем на 1000 лет, можно сказать, что традиционные источники энергии еще достаточно долго будут преобладать. Сначала перестанут использовать ТЭС на нефти и газе, так как это станет слишком дорого и невыгодно, взамен широкое распространение получат ТЭС на угле, но ближе к 2100 году уголь начнет дорожать, следовательно,   лидирующим видом «классических» электростанций является атомные электростанции. Несмотря на то, что запасы ядерного топлива не так велики, по сравнению с запасами угля, из ядерного топлива можно получить в 100 раз больше энергии, чем из угля. Но существует проблема, которая препятствует атомной энергетике стать лидирующей - это захоронение отработанного топлива и, разумеется, вопрос безопасности. Например, уже сейчас в Европе хотят запретить использование АЭС, что, конечно, не уместно исходя из потребности общества в энергии.

Что касается альтернативной энергетики, она только развивается и неразумно  в данный момент ожидать от нее многого. Ее развитие напрямую зависит от развития человеческого общества, так как для развития этих электростанций необходимо решить ряд технических вопросов, но отчасти она уже нашла применение и уже заинтересовала инвесторов, что ускорит ее развитие. Например, в 2008 году впервые в альтернативную энергетику инвестировали больше, чем в «классическую, обосновав это, тем что альтернативная энергетика может принести неплохую прибыль в долгосрочной перспективе, инвестировав при этом: в альтернотивную-140млрд.$, а «классическую»-110 млрд.$⁸. 

Таким образом, для гармоничного и  стремительного развития не нужно сосредотачиваться  только на одном виде энергетики классической или альтернативной, нужно модернизировать то, что уже у нас есть, и развивать то, что нам предстоит открыть.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Литература

1.В.А.Кирилин-Энергетика.Главные проблемы    

http://physiclib.ru/books/item/f00/s00/z0000004/index.shtml ссылка действительна на 25.03.2012

2.Н.С.Пурышева,Н.Е.Важеевская,В.М.Чаругин-учебник  физики 9 класс. М. Дрофа, 2006

3. www.guardian.co.uk/enviroment/2009/jun/03/renewables-energe/print-Guardian-News Terry Macalister действительно на 25.03.2012

4. Климов А. Н. Ядерная физика и ядерные реакторы. М. Атомиздат, 1971

¹ В.А Кирилин Энергетика. Главные проблемы. Каковы перспективы теплоэнергетики? http://physiclib.ru/books/item/f00/s00/z0000004/st003.shtml данные действительны на 25.03.2012

² Имеется в виду в мировой энергетике

³ В.А.Кирилин Энергетика. Главные проблемы. Каково будущее атомной энергетики? http://physiclib.ru/books/item/f00/s00/z0000004/st006.shtml данные действительны на 25.03.2012

⁴ В.А.Кирилин Энергетика. Главные проблемы.  Чего можно ожидать от геотермальной энергии? http://physiclib.ru/books/item/f00/s00/z0000004/st012.shtml данные действительны на 25.03.2012

⁵ В.А.Кирилин- Энергетика. Главные проблемы. Какова перспектива использования приливных электростанций?  http://physiclib.ru/books/item/f00/s00/z0000004/st010.shtml данные действительны на 25.03.2012

⁶ Н.С.Пурышева, Н.Е.Важеевская, В.М.Чаругин учебник физики 9 класс. М:. Дрофа 2006 стр.208

⁷ В. А. Кириллин - Энергетика. Главные проблемы. Как обстоит дело с транспортом энергии? http://physiclib.ru/books/item/f00/s00/z0000004/st013.shtml данные действительны на 25.03.2012

⁸ www.guardian.co.uk/enviroment/2009/jun/03/renewables-energe/print-Guardian News Terry Macalister действительно на 25.03.2012