فكر في مصادر الطاقة التي تستخدمها يوميًا. ملخص: مصادر الطاقة. جول من البوابات الدوارة

يستخدم البشر أشكالًا مختلفة من الطاقة في كل شيء بدءًا من الدفع الخاص بهم إلى إرسال رواد الفضاء إلى الفضاء.

هناك نوعان من الطاقة:

• القدرة على الالتزام (محتمل)
• العمل المناسب (الحركي)

يأتي بأشكال مختلفة:

• حرارة (حرارية)
• ضوء (مشع)
• حركة (حركية)
• كهربائي
• المواد الكيميائية
• الطاقة النووية
• الجاذبية

على سبيل المثال ، يحتوي الطعام الذي يأكله الشخص على مادة كيميائية ويخزنها جسمه حتى يستخدمها كطاقة حركية أثناء العمل أو الحياة.

تصنيف أنواع الطاقة

يستخدم الناس أنواعًا مختلفة من الموارد: الكهرباء في منازلهم ، الناتجة عن حرق الفحم أو التفاعل النووي أو الطاقة الكهرومائية في النهر. وهكذا ، يطلق على الفحم والنووي والمائي المصدر. عندما يملأ الناس خزانات الوقود الخاصة بهم بالبنزين ، يمكن أن يكون المصدر هو الزيت أو حتى زراعة الحبوب ومعالجتها.

تنقسم مصادر الطاقة إلى مجموعتين:

• قابل للتجديد
• غير متجدد

يمكن استخدام المصادر المتجددة وغير المتجددة كمصادر أولية لفوائد مثل الحرارة أو استخدامها لإنتاج مصادر طاقة ثانوية مثل الكهرباء.

عندما يستخدم الناس الكهرباء في منازلهم ، فمن المحتمل أن يتم توليد الكهرباء عن طريق حرق الفحم أو الغاز الطبيعي ، أو التفاعل النووي ، أو محطة الطاقة الكهرومائية على نهر ، أو من عدة مصادر. يستخدم الناس النفط الخام (غير المتجدد) لتزويد سياراتهم بالوقود ، ولكن يمكنهم أيضًا استخدام الوقود الحيوي (المتجدد) مثل الإيثانول ، المصنوع من الذرة المصنعة

قابل للتجديد

هناك خمسة مصادر رئيسية للطاقة المتجددة:

• شمسي
• الحرارة الجوفية داخل الأرض
• طاقة الرياح
• الكتلة الحيوية من النباتات
• الطاقة المائية من المياه الجارية

الكتلة الحيوية ، التي تشمل الخشب والوقود الحيوي ونفايات الكتلة الحيوية ، هي أكبر مصدر للطاقة المتجددة ، حيث تمثل حوالي نصف جميع مصادر الطاقة المتجددة وحوالي 5٪ من إجمالي الاستهلاك.

غير متجدد

معظم الموارد المستهلكة حاليًا هي من مصادر غير متجددة:

• منتجات الزيوت
• الغاز المسال الهيدروكربوني
• غاز طبيعي
• فحم
• الطاقة النووية

تمثل أنواع الطاقة غير المتجددة حوالي 90٪ من جميع الموارد المستخدمة.

هل يتغير استهلاك الوقود بمرور الوقت

تتغير مصادر الطاقة بمرور الوقت ، لكن التغيير بطيء. على سبيل المثال ، كان الفحم يستخدم على نطاق واسع كوقود تدفئة للمنازل والمباني التجارية ، لكن الاستخدام المحدد للفحم لهذا الغرض قد انخفض خلال نصف القرن الماضي.

على الرغم من أن حصة الوقود المتجدد في إجمالي استهلاك الطاقة الأولية لا تزال صغيرة نسبيًا ، إلا أن استخدامها يتزايد في جميع الصناعات. بالإضافة إلى ذلك ، ازداد استخدام الغاز الطبيعي في صناعة الطاقة في السنوات الأخيرة بسبب انخفاض أسعار الغاز الطبيعي ، بينما انخفض استخدام الفحم في هذا النظام.

شعار المشروع: الادخار خير من الثروة. (مثل روسي)

نوع المشروع: عملي المنحى

بواسطة عدد المشاركين:جماعي

سن المشاركات: الصف الرابع

الموضوع: سلامة الحياة ، فنون جميلة ، رياضيات ، العالم من حولنا مدة: طويل

أهداف وغايات المشروع ؛ تعليم الوعي البيئي بين الأطفال وجذب انتباه الجمهور لمشاكل استخدام الطاقة ، وتوفير الطاقة وموارد الطاقة ، وحماية البيئة.

من المهم ليس فقط إعطاء الأطفال المعرفة حول الطاقة وعلاقتها بالبيئة ، ولكن أيضًا لخلق الحافز للحفاظ على الموارد والطاقة ، وتطوير المهارات من أجل نمط حياة مستدام بيئيًا وآمنًا ، وإشراكهم في أنشطة مفيدة للحفاظ على الطاقة والموارد ، لأن أطفال المدارس اليوم سيصبحون غدًا صناع القرار.

يوفر المشروع فرصًا رائعة للعمل مع الأطفال في المدرسة وخارجها. من خلال تجربة المشروع ، يمكن تقديم أشكال مختلفة من العمل تهدف إلى دراسة قضايا الطاقة والبيئة ، في التقييم العملي لكفاءة الطاقة في المباني المدرسية والفصول الدراسية ، في تنمية الميول والتطلعات الإبداعية للأطفال ، وخلق الدافع للأعمال النشطة اجتماعيا.

النشاط المعرفي للطلاب:

1. ابحث عن مواد في المكتبة ، الإنترنت
2. جمع المواد وتصنيفها
3. كتابة النصوص وتجميع الجداول وتعبئتها.
4. اختيار الرسومات والصور للنص.
5. مناقشة القضايا المتعلقة بالطاقة في درس الرياضيات ، العالم المحيط ، الفن ، سلامة الحياة ، في حجرة الدراسة الخاصة بالدائرة البيئية.
6. تجميع ومناقشة سلاسل الطاقة.
7. تطوير طرق الرحلات والمسارات البيئية والكشف عن موضوع الطاقة وتوفير الطاقة وعلاقتها بالحفاظ على الطبيعة
8. رحلات إلى مؤسسات الطاقة ، ودراسة مصادر الكهرباء والتدفئة لمدينتك ، منطقتك.
9. في دروس الفنون الجميلة - تقديم التطبيقات ومسابقات الرسم "ليكن الضوء دائمًا" ،
10. في دروس تطوير الكلام - تأليف ومناقشة القصص الخيالية حول الطاقة.
11. إقامة مسابقة لأعمال الأطفال الإبداعية. يمكن أن يكون نطاق ترشيحات المسابقة واسعًا جدًا: تقارير حول استهلاك الطاقة في المدرسة والمنزل ، والبحوث والأعمال المجردة ، ومشاريع ونماذج رائعة لمحطات الطاقة والمؤسسات الصديقة للبيئة ، والرسومات ، والمنشورات ، والصحف الجدارية.

المهام العملية للطلاب وأشكال العمل البحثي.

نتائج هذا العمل ذات أهمية عملية كبيرة ، فهي تلفت انتباه الأطفال وأولئك الذين يتفاعلون معهم إلى الموارد الحقيقية وطرق توفير الطاقة. بالإضافة إلى ذلك ، عند إجراء البحث العملي ، يتم تطبيق المعرفة المكتسبة في الدروس المدرسية.

1. ملاحظات وقياسات إنفاق الطاقة في المدرسة والمنزل.

2. تجميع جواز سفر الطاقة للمدرسة.

3. زراعة النباتات على الوقود الحيوي في المدرسة ، في المنزل ("حديقة على حافة النافذة").

4. نهج إيكولوجي لتنظيم حياة المرء.

5. العمل البحثي على أساس نتائج الرحلات إلى مرافق الطاقة.

6. تحديد ودراسة أسباب فقدان الطاقة في الحي (على سبيل المثال ، تسرب الماء الساخن) ، في المدرسة ، في المنزل.

7. تقييم مردود أجهزة مراقبة تدفق المياه والغاز والحرارة.

8. تحليل استخدام الموارد الطبيعية للمدينة من خلال منظور الزمن: في الماضي ، اليوم ، التنبؤ بالمستقبل.

9. تحليل تأثير مرافق الطاقة على البيئة (ملخص أو بحث عن مثال تأثير مرافق الطاقة في منطقتك على الماء والهواء والتربة والكائنات الحية).

10. إنشاء خريطة "النقاط الساخنة" ، أمثلة على فقدان الطاقة. يمكن أن تكون هذه تسريبات من غرفة التدفئة الرئيسية ، وغرف الغلايات المدخنة ، والمنازل ذات الأبواب الأمامية المكسورة ، وما إلى ذلك.

11. تطوير المشاريع الفردية حول موضوع: "أنا صاحب المستقبل".

12. التحدث إلى الطلاب الأصغر سنًا ، وجذب الطلاب الأكبر سنًا إلى موقف حذر تجاه الكهرباء.

دورة المحادثات حول توفير الطاقة.

في عام 1992 ، في البرازيل ، استضافت ريو دي جانيرو مؤتمر الأمم المتحدة حول البيئة والتنمية. وحضره ممثلو 197 دولة في العالم. واعتمد المؤتمر ما يسمى ب "برنامج التنمية المستدامة". الفكرة الرئيسية لهذا البرنامج هي أنه على جميع مستويات المجتمع الحديث - بين الولايات ، والدولة ، والمحلية ، والفردية - يجب اتخاذ تدابير عاجلة لمنع وقوع كارثة بيئية في جميع أنحاء العالم. أي كل واحد منايجب أن يدركوا مسؤوليتهم عن مستقبل الكوكب.

يلعب الحفاظ على الطاقة دورًا رئيسيًا في منع حدوث كارثة بيئية. تعد مشكلة الاستخدام الرشيد للطاقة واحدة من أكثر مشاكل البشرية حدة. يقوم الاقتصاد الحديث على استخدام موارد الطاقة التي استنفدت احتياطياتها ولا يمكن تجديدها. لكن هذا ليس هو الهدف. تسبب الأساليب الحديثة لإنتاج الطاقة أضرارًا لا يمكن إصلاحها على الطبيعة والإنسان. يعتقد الأطباء أن صحة الناس تعتمد بنسبة 20٪ على حالة البيئة.

يؤدي تلوث الغلاف الجوي الناجم عن استخدام مصادر الطاقة غير المتجددة إلى الاحتباس الحراري وذوبان الجليد القطبي وارتفاع مستويات سطح البحر على مدى القرون القادمة. لا نعرف بالضبط متى ستؤثر هذه التغييرات ، لكن لجنة المناخ التابعة للأمم المتحدة تقول إن الاحتباس الحراري قد بدأ بالفعل. هناك شيء يجب القيام به الآن لمنع وقوع كارثة بيئية.

الاستخدام الفعال للطاقة هو مفتاح الحل الناجح لمشكلة بيئية!

أبسط حل

أسهل طريقة لتقليل التلوث البيئي هي الحفاظ على الطاقة ، أو بعبارة أخرى ، استخدام الطاقة بشكل أكثر ذكاءً. في كلمة واحدة يطلق عليه "توفير الطاقة".يجب على البشرية جمعاء وكل شخص على حدة توفير الطاقة. باستخدام مصادر طاقة غير متجددة أقل ، نقوم بتقليل كمية الانبعاثات الضارة في الغلاف الجوي.

هل هناك طاقة كافية لكل ساكن على وجه الأرض؟

استهلاك الطاقة من قبل البشرية في تزايد مستمر. إن الفارق بين إنسان العصر الحجري والإنسان الحديث كبير ، خاصة في استخدام الطاقة. استهلك رجل الكهف حوالي 1٪ من كمية الطاقة التي يستهلكها سكان الأرض المعاصرون. هل هذا يعني أن هناك المزيد من الطاقة على الأرض؟ لا! أصبح الوصول إليه أكثر سهولة ، لكنه لم يصبح أكثر من ذي قبل. كمية الطاقة في الطبيعة ثابتة. إنه لا ينشأ من العدم ولا يختفي إلى العدم. إنه ببساطة يتغير من شكل إلى آخر. لم يستطع أحد حتى الآن إثبات ذلك نظريًا ، لكن الحقيقة باقية ، وعلينا قبولها والالتزام بها حتى يثبت أحدهم عكس ذلك.

لكن استخدام الطاقة في المجتمع البدائي كان مختلفًا تمامًا عما هو عليه الآن. من الأسهل بالنسبة لنا أن نقارن أنفسنا بأناس الستينيات ، عندما تم استخدام نفس مصادر الطاقة ، وكان المجتمع هو نفسه تقريبًا. لذلك ، قبل 40 عامًا ، كانت البشرية تستهلك نصف الطاقة التي تستهلكها اليوم.

وفقًا لقرار الأمم المتحدة ، من الضروري إشراك الأطفال والشباب في جميع أنحاء العالم في حماية البيئة. يتمثل التحدي في إعطاء جيل الشباب مزيدًا من المعرفة حول الطاقة وإقناع الشباب بالحاجة إلى إنشاء مجتمع قائم على الاستخدام المستدام والصديق للبيئة للطاقة. يجب علينا نحن أنفسنا أن نستخدم الطاقة بشكل أكثر عقلانية وأن نعلم الآخرين عنها. الآن ، جنبًا إلى جنب مع المعلمين والطلاب من العديد من دول العالم ، قلنا: "نعم ، نتفق" على القيام بدور نشط في توفير الطاقة في المدرسة ، في المنزل ، في كل مكان. في المهام العملية والأمثلة ، سوف نتعلم فن الاستهلاك الدقيق والمعقول للطاقة ونبدأ في توفير الطاقة شيئًا فشيئًا. لا تتوقع أنك ستفهم كل شيء على الفور وتكون قادرًا على فعل كل شيء بشكل صحيح. هدفنا هو أن يستخدم كل منا الطاقة بشكل أكثر ذكاء مما نفعله الآن. والأهم من ذلك ، عليك أن تبدأ بنفسك والآن!

ورشة عمل

المهمة.

اختبار توفير الطاقة.

أجب على الاستبيان وتحقق مما إذا كنت تعرف كيفية توفير الطاقة.

في منزلنا		نعم		لا	اجمع كل الإجابات نعم.إذا نجحت: من 1 إلى 5 إجابات نعم: لا يزال لديك الكثير لتتعلمه ، لذا ابدأ الآن. من 6 إلى 10 نعم إجابات: لديك العديد من العادات الجيدة التي يمكن أن تكون بمثابة أساس لمزيد من العمل على نفسك. 11 إلى 15 نعم إجابات: أنت مثال جيد للجميع. 16 إلى 20 نعم إجابات: يجب أن يصبح شخص ما من عائلتك وزير حماية الطبيعة.
نسجل استهلاكنا للطاقة
نطفئ الضوء في الغرفة عندما نغادرها.
تكون الغسالة ممتلئة دائمًا عند استخدامها.
الثلاجة في غرفة باردة.
لا نضع الأثاث أمام السخانات.
بدأنا في استخدام المصابيح الموفرة للطاقة
نستخدم الإضاءة المحلية (مصباح طاولة ، مصباح حائط ، مصباح أرضي)
نقوم بالتهوية بسرعة وكفاءة ، في غضون دقائق قليلة في كل مرة.
نحن نغلق النوافذ لفصل الشتاء.
نقوم بتعمية النوافذ في الليل.
نضع غطاء على القدر عندما نطبخ.
غالبًا ما نقوم بإذابة الثلاجة.
نستخدم الحوض لغسل الأطباق.
نحن نستحم ، لا نستحم.
نحن نمشي أو نذهب بالدراجة إلى المدرسة والعمل.
نخفض درجة حرارة الغرفة عندما نخرج.
نخفض درجة حرارة الغرفة في الليل.
نقوم بإعادة تدوير الزجاج والورق والمعادن.
نحن لا نشتري أشياء يمكن استخدامها مرة واحدة فقط.
نحن لا نشتري البضائع في أغلفة كبيرة.
نصلح الأشياء بدلاً من استبدالها.

توفير الطاقة.

ما المقصود بمصطلح "توفير الطاقة"؟ بصرف النظر عن مكافحة سوء الإدارة الصريح في استخدام الطاقة (على الرغم من أنه ، بالطبع ، يجب محاربتها بلا رحمة!) ، يمكن التمييز بين ثلاثة مجالات رئيسية لتوفير الطاقة:

• الاستخدام المفيد (الاستخدام *) لفقد الطاقة ،
• * تحديث المعدات من أجل تقليل فقد الطاقة ،
• * توفير الطاقة بشكل مكثف.

ومن الأمثلة على استخدام فاقد الطاقة استخدام "النفايات" الحرارية للإنتاج الصناعي لتدفئة الصوبات الزراعية. أثناء التحديث ، يتم تقليل فقد الطاقة في المعدات العاملة بالفعل ، لكن مبادئ التكنولوجيا والتكنولوجيا نفسها لا تتغير. ومن الأمثلة على ذلك تركيب أنظمة التحكم الأوتوماتيكية لعمليات الاحتراق في غلايات محطة توليد الكهرباء ، وإغلاق النوافذ والأبواب أثناء إصلاح المباني ، واستخدام النوافذ ذات الزجاج الثلاثي ، وما إلى ذلك. إدخال مبادئ جديدة لعملها تقلل بشكل كبير من استهلاك الطاقة. مثال على ذلك هو استبدال محركات الاحتراق الداخلي في السيارات بمحركات كهربائية تعمل بالخلايا الشمسية (EVs).

أول اتجاهين لتوفير الطاقة متاحان لنا. ماذا نستطيع ان نفعل؟

لا تضيعوا طاقتكم!

يعني توفير الطاقة أن نبدأ في استخدام طاقة أقل في نفس الوقت عن ذي قبل ، حيث نستخدم الطاقة بشكل أكثر عقلانية.

• استخدام المصابيح الاقتصادية (مصابيح الفلورسنت بدلاً من المصابيح المتوهجة) ،
• أطفئ الأنوار والسخانات عندما تغادر الغرفة
• استخدم النفايات الحرارية من المؤسسات الصناعية ومحطات الطاقة لتدفئة المباني السكنية.

لا تفقد جودة الطاقة!

يجعلك توفير الطاقة تفكر في السؤال: ما هي جودة الطاقة التي يجب استخدامها لأداء مهمة معينة؟ الاهتمام بجودة الطاقة سيزداد فقط في المستقبل.

فيما يلي أمثلة على توفير الطاقة:

• استخدام الطاقة الحيوية والطاقة الحرارية للتدفئة بدلاً من الكهرباء ،
• استخدام الحرارة المهدرة لتدفئة المباني ،
• استخدام الطاقة الشمسية لتدفئة المباني.

ورشة عمل

استخدام الطلاب للطاقة.

كل يوم نستخدم الطاقة بطرق مختلفة. يذهب لتدفئة منازلنا ، والإضاءة ، وتنفق في السيارات والنقل. اكتب قائمة بما أنفقت من طاقتك في آخر 24 ساعة وأكمل الجدول 1. في العمود الأيمن ، اشرح كيف يمكنك تقليل استهلاكك للطاقة في اليوم التالي.

2. ناقش النتائج أولاً على شكل أزواج ، ثم مع الفصل بأكمله.

الجدول 1.

الجدول 2.

عمل	نعم	لا	بعض الأحيان	يمكنني تغييره
أطفئ الماء عندما أرغي في الحمام
أغلق الصنبور بإحكام حتى لا يتساقط منه الماء
لا أغلق الماء عندما أغسل أسناني.
اكتب دائمًا على كلا وجهي الورقة
أطفئ الضوء عندما أغادر الغرفة
أغلق السخانات عند عدم الحاجة إليها
أغلق الموقد بعد الطهي

توفير الطاقة وحماية البيئة

تستهلك الأرض الكثير من الطاقة. مصادر الطاقة التي نستخدمها - النفط والفحم والغاز - تلوث البيئة لدرجة أنها تقلق العلماء بشدة. يجب تغيير هذا الوضع ، وأفضل طريقة للقيام بذلك هي تقليل استهلاك الطاقة. باستخدام طاقة أقل ، نحد من التلوث البيئي.

يعتبر توفير الطاقة أهم إجراء للحفاظ على البيئة. يمكنك البدء الآن: لا تنس إطفاء الضوء عند مغادرة الغرفة. يمكنك وضع المنظمين على مشعات التدفئة المركزية والحفاظ على درجة حرارة ثابتة تبلغ 20 درجة مئوية في الغرفة. وفي نفس الوقت ، لن نتجمد عندما تكون الغرفة 14 درجة مئوية ، وعلينا تشغيل السخانات الكهربائية و تنفق الكهرباء للتدفئة. لكن دعونا لا نتعرق عندما تكون درجة الحرارة 25 درجة مئوية في الفصل ، وعلينا فتح النوافذ أثناء موسم التدفئة وتدفئة البيئة. يمكنك الذهاب إلى أقرب متجر سيرًا على الأقدام أو ركوب الدراجة بدلاً من السيارة ، إلخ.

لن تحل مصادر الطاقة المتجددة الجديدة على الفور محل مصادر الطاقة غير المتجددة المستخدمة حاليًا. لذلك ، من المهم استخدام نفس القدر من الطاقة بالضبط حسب الضرورة ، وليس أكثر. من خلال القيام بذلك ، سنقلل من انبعاثات الملوثات في الغلاف الجوي ونحمي الطبيعة.

فكر ثم اجب:

أعط أمثلة غير منطقية ، في رأيك ، إنفاق الطاقة.

هل الأسباب الاقتصادية فقط (أنك تنفق طاقة أقل - تدفع أقل) هي التي تسببت في الحاجة إلى توفير الطاقة؟

ورشة عمل

الوضع للمناقشة.

تعيش كريستينا في شقة في النرويج ولا تهتم كثيرًا بكيفية استخدامها للكهرباء. نظرًا لأن لديها الكثير من المال ، والكهرباء رخيصة ، والوصول إلى الطاقة الكهرومائية سهل إلى حد ما ، فهي لا تعتقد أنه من المهم الاهتمام باستخدام الطاقة. والأكثر من ذلك ، أن الطاقة التي تستخدمها لا تؤثر على صحة الآخرين ، لأن الكهرباء التي تنتجها محطات الطاقة الكهرومائية لا تلوث الطبيعة. لكن هناك شيء واحد يزعجها - إنه التلوث الذي يدخل النرويج من بلدان أخرى. وهي قلقة بشكل خاص بشأن الأمطار الحمضية التي تلحق الضرر بالأشجار والأسماك في المياه النرويجية. تعتقد كريستينا أنه يجب اتخاذ خطوات حاسمة لوضع حد للتلوث.

تعيش مارينا في روسيا وتعمل في مصنع كبير يستخدم الفحم لتوليد الطاقة للإنتاج. يحتوي بيت المرجل في المصنع على مدخنة عالية تحمل الدخان والغازات والمواد السامة بعيدًا عن منطقة المصنع. قرأت مارينا في إحدى الصحف أن بعض الناس يجدون أنه من الخطير أن يلقي المصنع الكثير من النفايات في الهواء ، مما يؤدي أيضًا إلى تلويث الطبيعة وتدميرها في الأراضي البعيدة. ومع ذلك ، يعتقد مدير المصنع أنه ليس لديهم خيار ، لأنهم إذا كانوا سيحصلون على الطاقة من أي مصدر آخر ، فسيكون ذلك مكلفًا للغاية لدرجة أنهم سيضطرون إلى إغلاق المصنع وتسريح الآلاف من الموظفين.

يناقش:

• هل لكلتا القصتين أي علاقة بالقضايا البيئية؟
• هل لديهم أي شيء مشترك؟
• من المسؤول عن مشاكل التلوث البيئي؟
• ما الذي يمكن أن تفعله كريستينا للحد من تلوث الطبيعة؟
• ماذا يمكن أن تفعل مارينا لهذا؟
• ماذا نستطيع ان نفعل؟

المبادئ الأساسية لتوفير الطاقة.

في محاولة لتحسين الظروف المعيشية وتقليل الأثر البيئي ، من الضروري إيجاد طرق وتقنيات تسمح بما يلي:

1. استخدم الطاقة بكفاءة

يجب علينا استخدام الطاقة على أكمل وجه ممكن من أجل العمل المفيد وليس لأي شيء آخر! يجب تلبية احتياجاتنا لاستخدام الطاقة للأغراض المفيدة بحد أدنى من الإنفاق غير المجدي. ومن الأمثلة على ذلك: القضاء على تسرب الهواء الدافئ من الشقة ، واستخدام المصابيح الموفرة للطاقة ، وتقليل استخدام الماء الساخن.

2. استخدام مصادر طاقة منخفضة الجودة

يجب ألا نهدر طاقة عالية الجودة. حيث يمكن استخدام طاقة منخفضة الجودة (حرارة) ، لا ينبغي استخدام طاقة عالية الجودة (كهرباء).

ولكن حتى إذا اتبعنا هذه المبادئ بناءً على قوانين الطبيعة ، فإننا بحاجة إلى مزيد من الجهود لتنظيم المجتمع وحياتنا بطريقة مستدامة. يجب إشراك العلوم الاجتماعية والسياسة والمشاركة العامة في هذه العملية.

3. تنظيم المجتمع وحياتنا بطريقة مستدامة

يجب أن تتطور طريقة حياتنا في المجتمع الحديث وفقًا للقواعد المذكورة أعلاه. يجب أن يعزز تنظيم المجتمع ، بما في ذلك القوانين والأدوات الاقتصادية ، كفاءة الطاقة ، وإعادة تدوير المواد ، وتطوير وسائل النقل العام والمكونات الأخرى لنمط حياة مستدام.

مخطط تحويل الطاقة

للمناقشة:

انظر إلى الرسم التخطيطي لتحويل الطاقة إلى عمل مفيد وحاول العثور على أمثلة لفقد الطاقة وتحديد تدابير توفير الطاقة الممكنة ، وفقًا للمبادئ الثلاثة لتوفير الطاقة.

هل تعرف أن …

... هل تشعر بالبرد حتى مع ارتفاع درجة حرارة الهواء ، وإذا كانت أسطح الغرفة باردة؟

... هل ستخلق سترة الصوف والنعال الجيد إحساسًا بالدفء دون زيادة درجة الحرارة في الغرفة؟

... بسبب الموصلية الحرارية المنخفضة لجلد القدمين ، يستطيع الناس المشي على الجمر الساخن دون حرق أنفسهم؟

... حتى شمس الشتاء المنخفضة يمكنها تسخين الغرفة من خلال النوافذ ، لذا اسحب الستائر إذا كنت بحاجة إلى مزيد من الدفء؟

... روسيا هي واحدة من أكبر المناطق في العالم التي تنتشر فيها CHP (محطات الطاقة الحرارية) على نطاق واسع؟ مع زيادة الكفاءة ، يمكن أن تصبح أفضل أنظمة الطاقة وأكثرها مرونة في أوروبا.

نصائح للحفاظ على بيئة الفصل الدراسي جيدة

• قم بتهوية الفصل الدراسي لمدة 2-3 دقائق. هذا يسمح للهواء أن يتغير بدون تبريد. هذا أكثر فاعلية من الجلوس مع النافذة مفتوحة طوال الدرس.
• قم بتهوية الفصل الدراسي بعد كل درس.
• حرك المكاتب بعيدًا عن المشعات.
• ارتدِ ملابس مناسبة للطقس ودرجة الحرارة. تذكر أن بعض الناس يتعاملون مع الحرارة أو البرودة أفضل من غيرهم.
• تبديل الأماكن ، فبعض الطلاب لا يتحملون البرودة جيداً ، والبعض الآخر لا يتحمل الحرارة.

المهمة.

فكر ثم اجب

رتب بترتيب زمني مصادر الطاقة التي أصبحت متاحة للبشرية ، بدءًا من الأقدم:

• الطاقه الذريه،
• الطاقة العضلية لحيوانات العمل ،
• نفط،
• طاقة الرياح،
• الطاقة العضلية البشرية
• فحم،
• طاقة الماء المتساقطة.

إضاءة.

الناس بحاجة للضوء للعمل. في البداية ، نحن مهيئون لقيادة حياة نشطة خلال ساعات النهار والنوم في الليل. في مجتمع اليوم ، يستمر النشاط لمدة 24 ساعة في اليوم ، ونقضي الكثير من الوقت داخل المباني حيث لا يصل ضوء النهار. ومن الأمور الكبيرة بشكل خاص الحاجة إلى إضاءة صناعية إضافية خلال أيام الشتاء القصيرة في المناطق الشمالية.

على مدار تاريخها ، استخدم البشر لإضاءة كل ما يمكن أن يحترق. بعد اختراع المصباح الكهربائي وإدخال الشبكات الكهربائية ، أثبت الضوء الكهربائي أنه أفضل طريقة للإضاءة الاصطناعية. تعد الإضاءة أحد تطبيقات الطاقة حيث يكون من المفيد حقًا استخدام طاقة كهربائية عالية الجودة ، ولكن يمكن أيضًا استخدام ضوء النهار جنبًا إلى جنب مع الإضاءة الاصطناعية.

ماذا يمكن ان يفعل:

استخدام تقنية الإضاءة المتقدمة (المصابيح الموفرة للطاقة ، أنظمة الإضاءة) يوفر ما يصل إلى 80٪ من الكهرباء.

شرط الاستخدام الاقتصادي للإضاءة هو التوافق بين الحاجة إلى الإضاءة ومعدات الإضاءة المركبة. ثريا متعددة المصابيح في السقف توفر إضاءة للغرفة بأكملها ، لكنها تؤدي إلى ظلال غير مرغوبة عند العمل على مكتب ، وماكينة خياطة ، وفي ركن به ألعاب. الإضاءة المحلية المستهدفة ، على الرغم من الطاقة المنخفضة للمصابيح ، ستوفر إضاءة أفضل بدون ظلال غير مرغوب فيها.

إجراءات بسيطة:

• أطفئ الضوء عند عدم الحاجة.
• استخدم مصابيح الفلورسنت الموفرة للطاقة. ستكون الطاقة التي استخدمتها لمصباح كهربائي واحد كافية لخمس مصابيح كهربائية جديدة.
• في بعض الأحيان يكون تغيير عاكس الضوء أفضل من تثبيت إضاءة إضافية.
• دع في ضوء النهار ، افصل الستائر ...

هل تعرف أن …

• هل المصابيح والأجهزة الكهربائية تتلقى حمولة كبيرة لحظة تشغيلها؟ لإطالة عمر أجهزتك ، يجب تركها تعمل إذا كنت تعلم أنك ستحتاج إلى استخدامها مرة أخرى قريبًا.
• هل تستهلك أجهزة التلفزيون والأجهزة الأخرى التي تحتوي على وظيفة "الاستعداد" الكهرباء حتى إذا تم إيقاف تشغيلها باستخدام جهاز التحكم عن بعد؟ لإيقاف التشغيل تمامًا في الليل ، استخدم زر إيقاف التشغيل لتوفير الطاقة وتقليل مخاطر نشوب حريق.
• هل تعكس الجدران الفاتحة 70-80٪ من الضوء بينما تعكس الجدران الداكنة 10-15٪ فقط؟

واجب منزلي.

اكتب مقالاً عن موضوع "الطاقة ونحن" حول دور الطاقة في حياتنا وحياة الكوكب. لماذا يجب أن نستخدم الطاقة بكفاءة أكبر؟ كيف يمكننا توفير الطاقة؟ صِف بالضبط ما تفعله الآن لتوفير الطاقة؟ هل شرحت لأصدقائك ووالديك أسباب الحفاظ على الطاقة؟

اصنع موقفًا لتوفير الطاقة.

قص الملاحظات حول توفير الطاقة من الصحف والمجلات. ناقش محتوى الملاحظات. قم بإجراء مسابقة للحصول على أفضل رسم أو صورة حول موضوع "توفير الطاقة". الصق هذه الملاحظات والصور والرسومات على لوحة العرض وعلقها حيث يمكن لكل من الطلاب والمعلمين رؤيتها. دع والديك أو إخوتك الأكبر سنًا أو أخواتك أو أصدقائك يساعدونك في تصميم الكابينة الخاصة بك.

قياس الطاقة في المنزل

كل مساء خلال الأسبوع يجب شطب قراءات عداد الطاقة الكهربائية. بهذه الطريقة يمكنك معرفة مقدار الطاقة التي تستخدمها في المنزل. يرجى توضيح ما إذا كنت تستخدم تدفئة المنطقة أو الفحم أو الغاز أو الزيت أو الوقود الحيوي (الخشب) للتدفئة.

اكتب الطاقة المستخدمة في آخر 24 ساعة

كيلوواط ساعة	الإثنين	يوم الثلاثاء	الأربعاء	يوم الخميس	يوم الجمعة	يوم السبت	الأحد
20
19
18
17
16
15
14
13
12
11
10
9
8
7
6
5
4
3
2
1
0

تدفئة المنطقة ، غاز الفحم ، النفط ، الوقود الحيوي (الخشب)

قم بتمييز ما تستخدمه

ابدأ بقراءة العداد مساء الاثنين. يوم الثلاثاء ، سوف تحتاج إلى أن تفعل الشيء نفسه. لمعرفة مقدار الطاقة المستخدمة في آخر 24 ساعة ، اطرح قراءة العداد المأخوذة يوم الاثنين من قراءة العداد المأخوذة يوم الثلاثاء. ضع علامة تقاطع على النتيجة في السطر المناسب في عمود الثلاثاء. في النهاية ، ارسم خطًا بين جميع الصلبان. ستحصل على جدول زمني لاستخدام الكهرباء حسب يوم الأسبوع. اجمع كل النتائج لتحصل على الكمية الإجمالية للطاقة المستخدمة في منزلك خلال الأسبوع. تذكر أن تبرز مصدر الطاقة الذي تستخدمه.

بعد ذلك يمكنك التوقف عن قياس استهلاك الطاقة بالمنزل لمدة أسبوع. في هذا الوقت ، ادرس بعناية استهلاكك للطاقة وحاول تقليله. ثم كرر قياس استهلاك الكهرباء لمدة أسبوع. افعل ذلك بنفس الطريقة واكتب النتائج في نفس المربعات ، لكن استخدم ألوانًا مختلفة عما كانت عليه في الأسبوع الأول. قارن النتائج في النهاية. هل حققت وفورات في الطاقة؟

قم بإنشاء "جواز سفر للطاقة" لشقتك أو منزلك

للقيام بذلك ، املأ الجداول التالية:

الجدول 1. أنواع ومصادر الطاقة

الجدول 2.

№	اسم	الكمية ، أجهزة الكمبيوتر	إجمالي الطاقة	وقت العمل في اليوم ، ساعة	الكهرباء المستهلكة في اليوم ، كيلوواط ساعة
1	مصابيح كهربائية
2	ثلاجات
3	أفران كهربائية
4	غسالة ملابس
5	التلفزيونات
6	شريط تسجيلات
7	أجهزة الكمبيوتر
8	غلايات كهربائية
9	مكاوي
10	آخر معدات
إجمالي استهلاك الكهرباء في اليوم

لإكمال الجداول ، ستحتاج إلى طلب المساعدة من والديك. يشار إلى قوة الجهاز في جواز السفر الخاص به أو على الجهاز نفسه (مثال: المصابيح الكهربائية).

يتم حساب الطاقة المستهلكة على النحو التالي:

الطاقة = وقت تشغيل الطاقة

باستخدام البيانات الواردة في الجدول 3 ، احسب كمية الفحم والنفط والغاز التي تحتاج إلى حرقها للحصول على الطاقة الكهربائية التي تستهلكها أسرتك يوميًا وكمية ثاني أكسيد الكربون التي سيتم إطلاقها في هذه الحالة. استخدم البيانات الواردة في الجدول 3.

الجدول 3 خصائص مستهلكي الكهرباء

عند تحديد كتلة الوقود المستهلك وحجم ثاني أكسيد الكربون المنطلق في هذه الحالة ، استخدم التعبيرات التالية:

للبترول والفحم

كتلة الوقود = الطاقة: قيمة التسخين المحددة

حجم ثاني أكسيد الكربون \ u003d كتلة الوقود x كمية محددة من ثاني أكسيد الكربون

للغاز الطبيعي

حجم الوقود = الطاقة: القيمة الحرارية المحددة

حجم ثاني أكسيد الكربون \ u003d حجم الوقود x كمية محددة من ثاني أكسيد الكربون

لحل مشكلة الوقود الأحفوري المحدود ، يعمل الباحثون في جميع أنحاء العالم على إنشاء مصادر طاقة بديلة وتشغيلها. ونحن لا نتحدث فقط عن طواحين الهواء والألواح الشمسية المعروفة. يمكن استبدال الغاز والنفط بالطاقة من الطحالب والبراكين والخطوات البشرية. اختارت شركة Recycle عشرة من أكثر مصادر الطاقة إثارة ونظيفة في المستقبل.

جول من البوابات الدوارة

يمر آلاف الأشخاص كل يوم عبر البوابات الدوارة عند مدخل محطات السكك الحديدية. في وقت واحد في العديد من مراكز الأبحاث في العالم ، بدت الفكرة وكأنها تستخدم تدفق الأشخاص كمولد مبتكر للطاقة. قررت شركة East Japan Railway Company اليابانية تجهيز كل باب دوار في محطات السكك الحديدية بالمولدات. يعمل التثبيت في محطة قطار في منطقة شيبويا بطوكيو: عناصر كهرضغطية مدمجة في الأرضية تحت البوابات الدوارة ، والتي تولد الكهرباء من الضغط والاهتزاز الذي يتلقاه الناس عندما يدوسون عليها.

هناك تقنية أخرى من "بوابات الطاقة" قيد الاستخدام بالفعل في الصين وهولندا. في هذه البلدان ، قرر المهندسون عدم استخدام تأثير الضغط على العناصر الكهرضغطية ، ولكن تأثير الدفع لمقابض الأبواب الدوارة أو الأبواب الدوارة. ينطوي مفهوم الشركة الهولندية Boon Edam على استبدال الأبواب القياسية عند مدخل مراكز التسوق (التي تعمل عادةً على نظام الخلايا الكهروضوئية وتبدأ في غزل نفسها) بأبواب يجب على الزائر دفعها وبالتالي توليد الكهرباء.

في المركز الهولندي Natuurcafe La Port ، ظهرت بالفعل مولدات الأبواب هذه. ينتج كل واحد منهم حوالي 4600 كيلوواط / ساعة من الطاقة سنويًا ، والتي قد تبدو للوهلة الأولى غير مهمة ، لكنها مثال جيد لتقنية بديلة لتوليد الكهرباء.

لماذا ظهر السؤال الآن ، كما لم يحدث من قبل: ما الذي ينتظر البشرية - الجوع للطاقة أو وفرة الطاقة؟ مقالات عن أزمة الطاقة لا تترك صفحات الصحف والمجلات. بسبب النفط ، تنشأ الحروب ، تزدهر الدول وتصبح أفقر ، يتم استبدال الحكومات. بدأت التقارير حول إطلاق منشآت جديدة أو عن اختراعات جديدة في مجال الطاقة تُنسب إلى فئة الأحاسيس الصحفية. يجري تطوير برامج طاقة عملاقة ، وسيتطلب تنفيذها جهودًا هائلة ونفقات مادية ضخمة.

إذا كانت الطاقة الأكثر شيوعًا الآن - الطاقة - لعبت دورًا مساعدًا وغير مهم في التوازن العالمي في نهاية القرن الماضي ، ففي عام 1930 تم إنتاج حوالي 300 مليار كيلوواط / ساعة من الكهرباء في العالم. إن التوقعات التي تشير إلى أنه سيتم إنتاج 30000 مليار كيلوواط / ساعة في عام 2000 واقعية للغاية! أرقام عملاقة ومعدلات نمو غير مسبوقة! وسيظل هناك القليل من الطاقة ، والطلب عليها ينمو بشكل أسرع.

يعتمد مستوى المواد ، وفي النهاية الثقافة الروحية للناس بشكل مباشر على كمية الطاقة المتاحة لهم. لاستخراج الخام ، لصهر المعدن منه ، لبناء منزل ، لصنع أي شيء ، تحتاج إلى استهلاك الطاقة. وتتزايد احتياجات الإنسان في كل وقت ، وهناك المزيد والمزيد من الناس.

فلماذا تتوقف؟ لقد طور العلماء والمخترعون منذ فترة طويلة طرقًا عديدة لإنتاج الطاقة ، في المقام الأول الكهربائية. فلنقم بعد ذلك ببناء المزيد والمزيد من محطات الطاقة ، وسيكون هناك قدر كبير من الطاقة حسب الحاجة! اتضح أن مثل هذا الحل الواضح لمشكلة معقدة محفوف بالعديد من المزالق.

تنص قوانين الطبيعة التي لا هوادة فيها على أنه لا يمكن الحصول على الطاقة الصالحة للاستخدام إلا من خلال تحولها من أشكال أخرى. آلات الحركة الدائمة ، التي يُفترض أنها تنتج الطاقة ولا تأخذها من أي مكان ، للأسف ، مستحيلة. وقد تطور هيكل اقتصاد الطاقة العالمي اليوم بطريقة يتم فيها الحصول على أربعة من كل خمسة كيلووات يتم إنتاجها من حيث المبدأ بنفس الطريقة التي اعتاد الإنسان البدائي على التدفئة ، أي عن طريق حرق الوقود ، أو باستخدام الطاقة الكيميائية المخزنة فيه ، وتحويلها إلى كهرباء في محطات الطاقة الحرارية.

بالطبع ، أصبحت طرق حرق الوقود أكثر تعقيدًا وكمالًا.

عوامل جديدة - ارتفاع أسعار النفط ، التطور السريع للطاقة النووية ، زيادة الطلب على حماية البيئة ، تتطلب نهجًا جديدًا للطاقة.

شارك في تطوير برنامج الطاقة أبرز علماء بلادنا مختصين من مختلف الوزارات والإدارات. بمساعدة أحدث النماذج الرياضية ، حسبت أجهزة الكمبيوتر الإلكترونية عدة مئات من الخيارات لهيكل ميزان الطاقة المستقبلي للبلاد. تم العثور على حلول أساسية تحدد استراتيجية تنمية الطاقة في البلاد للعقود القادمة.

على الرغم من أن قطاع الطاقة في المستقبل القريب سيظل قائمًا على هندسة الطاقة الحرارية باستخدام موارد غير متجددة ، إلا أن هيكله سيتغير. يجب تقليل استخدام الزيت. سيزداد إنتاج الكهرباء في محطات الطاقة النووية بشكل كبير. سيبدأ استخدام الاحتياطيات العملاقة من الفحم الرخيص ، والتي لم يتم التطرق إليها بعد ، على سبيل المثال ، في أحواض كوزنيتسك ، وكانسك-أشينسك ، وإكيباستوز. سيتم استخدام الغاز الطبيعي على نطاق واسع ، وستتجاوز احتياطياته في البلاد بكثير تلك الموجودة في البلدان الأخرى.

برنامج الطاقة في البلاد هو أساس تقنيتنا واقتصادنا عشية القرن الحادي والعشرين.

لكن العلماء يتطلعون أيضًا إلى المستقبل ، بعد المواعيد النهائية التي حددها برنامج الطاقة. على أعتاب القرن الحادي والعشرين ، وهم يعدون أنفسهم بعقلانية في حقائق الألفية الثالثة. لسوء الحظ ، احتياطيات النفط والغاز والفحم لا تنتهي بأي حال من الأحوال. لقد استغرقت الطبيعة ملايين السنين لإنشاء هذه المحميات ، وسيتم استخدامها في مئات السنين. اليوم ، بدأ العالم يفكر بجدية في كيفية منع نهب الثروة الأرضية. بعد كل شيء ، فقط في ظل هذه الحالة ، يمكن أن يستمر احتياطي الوقود لعدة قرون. لسوء الحظ ، فإن العديد من الدول المنتجة للنفط تعيش اليوم. إنهم ينفقون بلا رحمة احتياطيات النفط التي تمنحها لهم الطبيعة. الآن العديد من هذه البلدان ، وخاصة في الخليج الفارسي ، تسبح في الذهب ، دون التفكير في أن هذه الاحتياطيات ستنفد في غضون بضعة عقود. ماذا سيحدث بعد ذلك - وسيحدث هذا عاجلاً أم آجلاً - عندما يتم استنفاد حقول النفط والغاز؟ دفعنا الارتفاع الأخير في أسعار النفط ، وهو أمر ضروري ليس فقط للطاقة ، ولكن أيضًا للنقل والكيمياء ، إلى التفكير في أنواع أخرى من الوقود مناسبة لاستبدال النفط والغاز. كانت تلك البلدان التي لا توجد فيها احتياطيات خاصة من النفط والغاز والتي يتعين عليها شرائها ، مدروسة بشكل خاص في ذلك الوقت.

في غضون ذلك ، يبحث المزيد والمزيد من العلماء والمهندسين في العالم عن مصادر جديدة غير تقليدية يمكن أن تأخذ على الأقل جزءًا من الاهتمامات لتزويد البشرية بالطاقة. يبحث الباحثون عن حلول لهذه المشكلة بطرق مختلفة. الأمر الأكثر إغراءً ، بالطبع ، هو استخدام مصادر الطاقة المتجددة الأبدية - طاقة المياه المتدفقة والرياح ، والمد المحيطات ، وحرارة باطن الأرض ، والشمس. يتم إيلاء الكثير من الاهتمام لتطوير الطاقة النووية ، يبحث العلماء عن طرق لإعادة إنتاج العمليات التي تحدث في النجوم على الأرض وتزويدهم باحتياطيات هائلة من الطاقة.

الطاقة - حيث بدأ كل شيء

قد يبدو لنا اليوم أن تطور الإنسان وتحسينه كان بطيئًا بشكل لا يمكن تصوره. كان عليه فعليًا انتظار خدمات الطبيعة. لقد كان عمليا أعزل ضد البرد ، وكان يتعرض للتهديد المستمر من قبل الحيوانات البرية ، وحياته معلقة باستمرار في الميزان. لكن تدريجيًا ، تطور الإنسان كثيرًا لدرجة أنه تمكن من العثور على سلاح ، والذي ، جنبًا إلى جنب مع القدرة على التفكير والإبداع ، رفعه أخيرًا فوق كل البيئة المعيشية. في البداية ، تم استخراج النار عن طريق الصدفة - على سبيل المثال ، من حرق الأشجار التي ضربها البرق ، ثم بدأوا في التنقيب عن وعي: عن طريق فرك قطعتين مناسبتين من الخشب ضد بعضهما البعض ، أشعل الشخص النار أولاً 80-150 ألفًا سنين مضت. يمنح الحياة ، والغموض ، والملهم الثقة والشعور بالفخر.

بعد ذلك ، لم يعد الناس يرفضون فرصة استخدام النار في مكافحة البرد القارس والحيوانات المفترسة ، لطهي الطعام الذي يتم الحصول عليه بصعوبة. ما مقدار البراعة والمثابرة والخبرة والحظ الذي تطلبه! تخيل شخصًا محاطًا بالطبيعة البكر - بدون مبانٍ تحميه ، دون معرفة على الأقل بالقوانين الفيزيائية الأولية ، بمفردات لا تتجاوز عدة عشرات. (بالمناسبة ، كم منا ، حتى أولئك الذين لديهم خلفية علمية قوية ، يمكنهم إشعال النار دون اللجوء إلى أي وسيلة تقنية ، حتى أعواد الثقاب؟) ذهب الإنسان إلى هذا الاكتشاف لفترة طويلة جدًا وانتشر. ببطء ، ولكن شكلت واحدة من نقاط التحول الرئيسية في تاريخ الحضارة.

مر الوقت. تعلم الناس أن يشعروا بالدفء ، لكن كبار السن لم يكن لديهم أي قوة تحت تصرفهم ، باستثناء عضلاتهم ، والتي من شأنها أن تساعدهم على إخضاع الطبيعة. ومع ذلك ، بدأوا تدريجياً ، شيئًا فشيئًا ، في استخدام قوة الحيوانات الأليفة والرياح والمياه. وفقًا للمؤرخين ، تم تسخير أول حيوانات الجر في المحراث منذ حوالي 5000 عام. يشير ذكر الاستخدام الأول للطاقة المائية - إطلاق أول مطحنة بعجلة يقودها تيار مائي - إلى بداية التسلسل الزمني لدينا. ومع ذلك ، فقد استغرق الأمر ألف سنة أخرى قبل أن ينتشر هذا الاختراع. وتم بناء أقدم طواحين الهواء المعروفة اليوم في أوروبا في القرن الحادي عشر.

لقرون ، ظل استخدام مصادر الطاقة الجديدة - الحيوانات الأليفة والرياح والمياه - منخفضًا للغاية. كانت قوة ذراعيه ورجليه هي المصدر الرئيسي للطاقة ، الذي بمساعدة الإنسان في بناء المساكن وزراعة الحقول و "السفر" والدفاع عن نفسه والهجوم. وهكذا استمرت حتى منتصف الألفية. صحيح ، في عام 1470 تم إطلاق أول سفينة كبيرة بأربعة صوار ؛ في حوالي عام 1500 ، اقترح ليوناردو دافنشي اللامع ليس فقط نموذجًا بارعًا جدًا للنول ، ولكن أيضًا مشروعًا لبناء آلة طيران. كما أنه يمتلك العديد من الآخرين ، وفي ذلك الوقت كانت مجرد أفكار وخطط رائعة ، كان من المفترض أن يساهم تنفيذها في توسيع المعرفة والقوى الإنتاجية. لكن نقطة التحول الحقيقية في الفكر التقني للبشرية جاءت مؤخرًا نسبيًا ، منذ أكثر من ثلاثة قرون بقليل.

كان إسحاق نيوتن من أوائل العمالقة على طريق التقدم العلمي للبشرية. كرّس عالم الطبيعة الإنجليزي هذا حياته الطويلة وموهبته البارزة لعلوم الفيزياء والفلك والرياضيات. صاغ القوانين الأساسية للميكانيكا الكلاسيكية ، وطور نظرية الجاذبية ، ووضع أسس الديناميكا المائية والصوتيات ، وساهم بشكل كبير في تطوير علم البصريات ، وخلق مع ليبيتز المبادئ النظرياتحساب التفاضل والتكامل من اللامتناهيات في الصغر ونظرية الوظائف المتماثلة. تسمى فيزياء القرنين الثامن عشر والتاسع عشر النيوتونية بحق. ساعدت أعمال إسحاق نيوتن بطرق عديدة على زيادة قوة العضلات البشرية والإمكانيات الإبداعية للدماغ البشري.

مزايا محطات الطاقة الكهرومائية واضحة - مصدر طاقة متجدد باستمرار بطبيعته ، سهولة التشغيل ، وعدم وجود تلوث بيئي. ويمكن أن تساعد تجربة بناء وتشغيل عجلات المياه بشكل كبير في صناعة الطاقة الكهرومائية. ومع ذلك ، فقد ثبت أن بناء سد كبير لتوليد الطاقة الكهرومائية مهمة أكثر صعوبة من بناء سد صغير لدوران عجلة طاحونة. لضبط التوربينات المائية القوية الدورانية ، من الضروري تجميع كميات هائلة من المياه خلف السد. يتطلب بناء سد الكثير من المواد لوضعها بحيث يبدو حجم الأهرامات المصرية العملاقة غير ذي أهمية بالمقارنة.

لذلك ، في بداية القرن العشرين ، تم بناء عدد قليل فقط من محطات الطاقة الكهرومائية. بالقرب من بياتيغورسك ، في شمال القوقاز ، على نهر بودكوموك الجبلي ، تم تشغيل محطة طاقة كبيرة إلى حد ما تحمل اسمًا ذا معنى "الفحم الأبيض" بنجاح. هذه كانت البداية فقط.

بالفعل في الخطة التاريخية لـ GOELRO ، تم تصور بناء محطات كبيرة لتوليد الطاقة الكهرومائية. في عام 1926 ، تم تشغيل محطة فولكهوفسكايا لتوليد الطاقة الكهرومائية ، وفي العام التالي ، بدأ بناء محطة دنيبر لتوليد الطاقة الكهرومائية الشهيرة. أدت سياسة الطاقة بعيدة النظر المتبعة في بلدنا إلى حقيقة أننا ، مثل أي دولة أخرى في العالم ، قمنا بتطوير نظام من محطات الطاقة الكهرومائية القوية. لا توجد دولة واحدة يمكنها التباهي بعمالقة الطاقة مثل فولغا وكراسنويارسك وبراتسك وسايانو شوشينسكايا HPPs. أصبحت هذه المحطات ، التي توفر محيطات من الطاقة بالمعنى الحرفي للكلمة ، مراكز تطورت حولها مجمعات صناعية قوية.

ولكن حتى الآن ، لا يخدم الناس سوى جزء صغير من إمكانات الطاقة الكهرومائية للأرض. في كل عام ، تتدفق تيارات ضخمة من المياه ، تكونت من الأمطار وذوبان الجليد ، إلى البحار غير مستخدمة. إذا كان من الممكن تأخيرها بمساعدة السدود ، فستحصل البشرية على كمية هائلة إضافية من الطاقة.

الطاقة الحرارية الأرضية

الأرض ، هذا الكوكب الأخضر الصغير ، هي موطننا المشترك ، الذي لا يمكننا أن نغادر منه بعد ، ولا نريد أن نغادر. بالمقارنة مع عدد لا يحصى من الكواكب الأخرى ، فإن الأرض صغيرة حقًا: معظمها مغطى بالخضرة المريحة والحيوية. لكن هذا الكوكب الجميل والهادئ يأتي أحيانًا في حالة غضب ، ومن ثم تكون النكات سيئة معه - فهو قادر على تدمير كل ما قدم لنا بلطف من زمن سحيق. تحصد الأعاصير والأعاصير الرهيبة الآلاف من الأرواح ، وتدمر مياه الأنهار والبحار التي لا تقهر كل شيء في طريقها ، وتدمر حرائق الغابات مناطق شاسعة إلى جانب المباني والمحاصيل في غضون ساعات.

لكن كل هذه أشياء تافهة مقارنة بانفجار بركان مستيقظ. بالكاد ستجد أمثلة أخرى على الإطلاق التلقائي للطاقة الطبيعية على الأرض والتي يمكن أن تنافس بقوة بعض البراكين.

منذ العصور القديمة ، عرف الناس المظاهر العفوية للطاقة العملاقة الكامنة في أحشاء الكرة الأرضية. تحتفظ ذاكرة البشرية بالأساطير حول الانفجارات البركانية الكارثية التي أودت بحياة الملايين من البشر ، والتي غيرت مظهر العديد من الأماكن على الأرض بشكل لا يمكن التعرف عليه. إن قوة ثوران البركان الصغير نسبيًا هائلة ، فهي تفوق في كثير من الأحيان قوة أكبر محطات توليد الطاقة التي أنشأتها أيدي البشر. صحيح ، ليست هناك حاجة للحديث عن الاستخدام المباشر لطاقة الانفجارات البركانية - حتى الآن لا تتاح للناس الفرصة لكبح هذا العنصر المانع ، ولحسن الحظ ، فإن هذه الانفجارات هي أحداث نادرة جدًا. لكن هذه مظاهر للطاقة الكامنة في أحشاء الأرض ، عندما يجد جزء صغير فقط من هذه الطاقة التي لا تنضب مخرجًا من خلال فتحات تنفث النار في البراكين.

طاقة الأرض - تعتمد الطاقة الحرارية الأرضية على استخدام الحرارة الطبيعية للأرض. يحتوي الجزء العلوي من قشرة الأرض على تدرج حراري يتراوح بين 20 و 30 درجة مئوية لكل كيلومتر عمق ، ووفقًا لـ White (1965) ، فإن كمية الحرارة الموجودة في القشرة الأرضية تصل إلى عمق 10 كيلومترات (باستثناء السطح) تبلغ درجة الحرارة حوالي 12.6-10 ^ 26 J. وتعادل هذه الموارد المحتوى الحراري البالغ 4.6 10 16 طنًا من الفحم (بافتراض أن متوسط ​​القيمة الحرارية للفحم هو 27.6-10 9 جول / طن) ، أي أكثر من 70 ألفًا. مرات أعلى من المحتوى الحراري لجميع موارد الفحم العالمية القابلة للاسترداد تقنيًا واقتصاديًا. ومع ذلك ، فإن الحرارة الجوفية في الجزء العلوي من قشرة الأرض (حتى عمق 10 كم) مشتتة للغاية بحيث لا يمكنها حل مشاكل الطاقة العالمية على أساسها. الموارد المناسبة للاستخدام الصناعي هي الرواسب الفردية للطاقة الحرارية الأرضية ، المركزة على عمق يمكن الوصول إليه من أجل التطوير ، ولها أحجام ودرجات حرارة معينة كافية لاستخدامها لإنتاج الكهرباء أو الحرارة.

من وجهة النظر الجيولوجية ، يمكن تقسيم موارد الطاقة الحرارية الأرضية إلى أنظمة الحمل الحراري المائي ، وأنظمة الحرارة الجافة الساخنة من أصل بركاني ، وأنظمة ذات تدفق حراري مرتفع.

الأنظمة المائية الحرارية

تشتمل فئة أنظمة الحمل الحراري المائي على برك بخار أو ماء ساخن تحت الأرض يصل إلى سطح الأرض ، ويشكل السخانات ، وبحيرات الطين الكبريتية والفومارول. يرتبط تكوين مثل هذه الأنظمة بوجود مصدر حرارة لصخور ساخنة أو منصهرة تقع بالقرب نسبيًا من سطح الأرض. فوق هذه المنطقة من الصخور ذات درجة الحرارة المرتفعة ، يوجد تكوين صخري منفذ يحتوي على ماء يرتفع نتيجة الصخور الساخنة الموجودة تحته. الصخر المنفذ ، بدوره ، يعلوه صخور غير منفذة لتشكيل "مصيدة" للمياه شديدة السخونة. ومع ذلك ، فإن وجود تشققات أو مسام في هذا الصخر يسمح للماء الساخن أو خليط بخار الماء بالارتفاع إلى سطح الأرض. عادة ما توجد أنظمة الحمل الحراري المائي على طول حدود الصفائح التكتونية لقشرة الأرض ، والتي تتميز بالنشاط البركاني.

من حيث المبدأ ، لإنتاج الكهرباء في حقول الماء الساخن ، يتم استخدام طريقة تعتمد على استخدام البخار المتولد عن تبخر السائل الساخن على السطح. تستخدم هذه الطريقة ظاهرة أنه عندما يقترب الماء الساخن (تحت ضغط عالٍ) من الآبار من البركة إلى السطح ، ينخفض ​​الضغط ويغلي حوالي 20٪ من السائل ويتحول إلى بخار. يتم فصل هذا البخار عن الماء بواسطة فاصل وإرساله إلى التوربين. قد يخضع الماء الخارج من الفاصل لمزيد من المعالجة اعتمادًا على محتواه المعدني. يمكن ضخ هذه المياه مرة أخرى في الصخور على الفور أو ، إذا كان هناك ما يبرر اقتصاديًا ، مع الاستخراج الأولي للمعادن منها. ومن الأمثلة على حقول الطاقة الحرارية الجوفية للمياه الساخنة: Wairakei و Broadlands في نيوزيلندا ، و Cerro Prieto في المكسيك ، و Salton Sea في كاليفورنيا ، و Otake في اليابان.

طريقة أخرى لتوليد الكهرباء من المياه الجوفية ذات درجة الحرارة العالية أو المتوسطة هي استخدام عملية تستخدم دورة مزدوجة (ثنائية). في هذه العملية ، يتم استخدام الماء الذي يتم الحصول عليه من البركة لتسخين المبرد الثانوي (الفريون أو الأيزوبيوتان) ، والذي يحتوي على نقطة غليان منخفضة. يستخدم البخار الناتج عن غليان هذا السائل لتشغيل التوربين. يتكثف بخار العادم ويمرر عبر المبادل الحراري مرة أخرى ، مما يؤدي إلى إنشاء دورة مغلقة. يتم حاليًا إعداد التركيبات التي تستخدم الفريون كمبرد ثانوي للتطوير الصناعي في نطاق درجة حرارة 75-150 درجة مئوية وبطاقة كهربائية في نطاق 10-100 كيلو واط. يمكن استخدام هذه التركيبات لتوليد الكهرباء في المواقع المناسبة ، وخاصة في المناطق الريفية النائية.

الأنظمة الساخنة من أصل بركاني

النوع الثاني من موارد الطاقة الحرارية الأرضية (الأنظمة الساخنة من أصل بركاني) هو الصهارة والصخور الجافة الساخنة غير المنفذة (مناطق من الصخور الصلبة حول الصهارة والصخور التي تعلوها). الحصول على الطاقة الحرارية الأرضية مباشرة من الصهارة ليس ممكناً من الناحية الفنية بعد. التكنولوجيا اللازمة لتسخير قوة الصخور الجافة الساخنة بدأت للتو في التطور. توفر التطورات التقنية الأولية لطرق استخدام موارد الطاقة هذه لإنشاء دائرة مغلقة بسائل يدور خلالها ، ويمر عبر الصخور الساخنة ( أرز. خمسة). أولا ، حفر بئر وصولا إلى منطقة الصخور الساخنة. ثم يتم ضخ الماء البارد من خلاله إلى الصخر تحت ضغط عالٍ مما يؤدي إلى تكون تشققات فيه. بعد ذلك ، يتم حفر بئر ثانٍ عبر المنطقة المتشكلة على هذا النحو من الصخور المكسورة. أخيرًا ، يتم ضخ الماء البارد من السطح إلى البئر الأول. أثناء مروره عبر الصخور الساخنة ، يتم تسخينه ويتم استخراجه من خلال بئر ثانٍ على شكل بخار أو ماء ساخن ، والذي يمكن استخدامه بعد ذلك لتوليد الكهرباء بإحدى الطرق التي تمت مناقشتها سابقًا.

أنظمة تدفق الحرارة العالية

توجد أنظمة حرارة الأرض من النوع الثالث في المناطق التي يقع فيها حوض رسوبي عميق الجذور في منطقة ذات قيم عالية لتدفق الحرارة. في مناطق مثل أحواض باريس أو المجر ، يمكن أن تصل درجة حرارة المياه القادمة من الآبار إلى 100 درجة مئوية.

توجد فئة خاصة من الرواسب من هذا النوع في المناطق التي يكون فيها التدفق الطبيعي للحرارة عبر الأرض محاصرًا في طبقات طينية عازلة غير منفذة تتشكل في مناطق جيوسينكلانية سريعة الانحدار أو في مناطق هبوط قشرة الأرض. يمكن أن تصل درجة حرارة المياه القادمة من الرواسب الحرارية الجوفية في مناطق الضغط الجيولوجي إلى 150-180 درجة مئوية ، والضغط عند فوهة البئر هو 28-56 ميجا باسكال. يمكن أن يصل الإنتاج اليومي لكل بئر إلى عدة ملايين من الأمتار المكعبة من السوائل. تم العثور على برك حرارية أرضية في مناطق ذات ضغط جغرافي متزايد في العديد من المناطق أثناء التنقيب عن النفط والغاز ، على سبيل المثال ، في أمريكا الشمالية والجنوبية ، والشرق الأقصى والشرق الأوسط ، وأفريقيا وأوروبا. لم يتم بعد إثبات إمكانية استخدام هذه الرواسب لأغراض الطاقة.

طاقة المحيطات

أدت الزيادة الحادة في أسعار الوقود ، وصعوبات الحصول عليها ، والتقارير عن نضوب موارد الوقود - كل هذه العلامات المرئية لأزمة الطاقة إلى اهتمام كبير في العديد من البلدان في السنوات الأخيرة بمصادر الطاقة الجديدة ، بما في ذلك طاقة المحيطات.

الطاقة الحرارية للمحيطات

من المعروف أن احتياطيات الطاقة في المحيط العالمي هائلة ، لأن ثلثي سطح الأرض (361 مليون كيلومتر مربع) تشغلها البحار والمحيطات - المحيط الهادئ 180 مليون كيلومتر مربع . المحيط الأطلسي - 93 مليون كيلومتر مربع ، الهندي - 75 مليون كيلومتر مربع. تقدر التيارات بقيمة 10 18 ياء. ومع ذلك ، لا يستطيع الناس حتى الآن استخدام سوى جزء ضئيل من هذه الطاقة ، وحتى في ذلك الوقت بتكلفة استثمارات رأسمالية كبيرة وتؤتي ثمارها ببطء ، بحيث بدت هذه الطاقة حتى الآن غير واعدة.

تميز العقد الماضي ببعض النجاحات في استخدام الطاقة الحرارية للمحيطات. وهكذا ، تم إنشاء تركيبات mini-OTES و OTES-1 (OTES هي الأحرف الأولى للكلمات الإنجليزية تحويل الطاقة الحرارية للمحيطات ، أي تحويل الطاقة الحرارية للمحيطات - نحن نتحدث عن التحويل إلى طاقة كهربائية). في أغسطس 1979 ، بدأت محطة طاقة حرارية صغيرة OTES تعمل بالقرب من جزر هاواي. أظهر التشغيل التجريبي للتركيب لمدة ثلاثة أشهر ونصف موثوقيته الكافية. مع التشغيل المستمر على مدار الساعة ، لم تكن هناك أعطال ، ولكن إذا قمت بحساب المشكلات الفنية البسيطة التي تظهر عادةً عند اختبار أي عمليات تثبيت جديدة. بلغ متوسط ​​قوتها الإجمالية 48.7 كيلو واط ، بحد أقصى -53 كيلو واط ؛ أعطى التثبيت 12 كيلوواط (15 كحد أقصى) للشبكة الخارجية لحمولة ، وبشكل أكثر دقة ، لشحن البطاريات. تم إنفاق باقي الطاقة المولدة على احتياجات المحطة الخاصة. وتشمل هذه تكاليف الطاقة لتشغيل ثلاث مضخات ، والفقد في مبادلين حراريين ، وتوربين ومولد طاقة كهربائية.

مطلوب ثلاث مضخات من الحساب التالي: واحدة لتزويد الأنواع الدافئة من المحيط ، والثانية لضخ الماء البارد من عمق حوالي 700 متر ، والثالثة لضخ سائل العمل الثانوي داخل النظام نفسه ، أي من المكثف إلى المبخر. تستخدم الأمونيا كسائل عمل ثانوي.

يتم تثبيت وحدة mini-OTES على صندل. يوجد تحت قاعها خط أنابيب طويل لسحب الماء البارد. خط الأنابيب عبارة عن أنبوب بولي إيثيلين طوله 700 متر وقطره الداخلي 50 سم ، ويتم توصيل خط الأنابيب بأسفل الوعاء بقفل خاص يسمح عند الضرورة بالفصل السريع. يتم استخدام أنبوب البولي إيثيلين في نفس الوقت لتثبيت نظام وعاء الأنابيب. إن أصالة مثل هذا الحل لا شك فيها ، لأن إرساء أنظمة OTEC الأكثر قوة التي يتم تطويرها حاليًا يمثل مشكلة خطيرة للغاية.

لأول مرة في تاريخ التكنولوجيا ، تمكنت وحدة mini-OTES من نقل الطاقة المفيدة إلى حمل خارجي ، مع تغطية احتياجاتها الخاصة في نفس الوقت. جعلت الخبرة المكتسبة أثناء تشغيل mini-OTES من الممكن بناء محطة طاقة حرارية أكثر قوة OTEC-1 بسرعة والبدء في تصميم أنظمة أكثر قوة من هذا النوع.

محطات OTES الجديدة بسعة عشرات ومئات ميغاواطصممت بدون سفينة. هذا أنبوب فخم واحد ، يوجد في الجزء العلوي منه غرفة آلة مستديرة ، حيث توجد جميع الأجهزة اللازمة لتحويل الطاقة ( أرز. 6). يقع الطرف العلوي لخط أنابيب المياه في المحيط على عمق 25-0 م.تم تصميم غرفة الآلة حول الأنبوب على عمق حوالي 100 متر ، وسيتم تركيب وحدات توربينية تعمل على أبخرة الأمونيا ، بالإضافة إلى جميع المعدات الأخرى. كتلة الهيكل بأكمله تتجاوز 300000 طن.إنه أنبوب وحش يمتد لمسافة كيلومتر واحد تقريبًا في أعماق المحيط الباردة ، وفي الجزء العلوي منه يوجد ما يشبه جزيرة صغيرة. ولا توجد سفينة ، باستثناء ، بالطبع ، السفن المعتادة اللازمة للحفاظ على النظام والتواصل مع الشاطئ.

طاقة المد والجزر.

لقرون ، فكر الناس في سبب مد وجزر البحر. نحن نعلم اليوم على وجه اليقين أن ظاهرة طبيعية قوية - الحركة الإيقاعية لمياه البحر - ناتجة عن قوى الجذب للقمر والشمس. نظرًا لأن الشمس تبعد 400 مرة عن الأرض ، فإن الكتلة الأصغر للقمر تؤثر على مواقد الأرض ضعف كتلة الشمس. لذلك ، يلعب المد والجزر الناجم عن القمر (المد القمري) دورًا حاسمًا. في البحر ، يتناوب ارتفاع المد والجزر مع انخفاض المد من الناحية النظرية بعد 6 ساعات و 12 دقيقة و 30 ثانية. إذا كان القمر والشمس والأرض على نفس الخط المستقيم (ما يسمى syzygy) ، فإن الشمس تقوي تأثير القمر بجاذبيته ، ثم يحدث مد قوي (المد والجزر ، أو ارتفاع المياه). عندما تكون الشمس في الزاوية اليمنى لمقطع الأرض والقمر (مربع) ، يحدث مد ضعيف (مربع ، أو ماء منخفض). المد والجزر القوية والضعيفة تتناوب كل سبعة أيام.

ومع ذلك ، فإن المسار الحقيقي لانحسار المد والجزر معقد للغاية. يتأثر بملامح حركة الأجرام السماوية وطبيعة الساحل وعمق المياه والتيارات البحرية والرياح.

تحدث أعلى وأقوى موجات المد والجزر في الخلجان الضحلة والضيقة أو أفواه الأنهار التي تتدفق إلى البحار والمحيطات. تتدحرج موجة المد في المحيط الهندي ضد تيار نهر الغانج على مسافة 250 كم من فمه. تمتد موجة المد في المحيط الأطلسي لمسافة 900 كيلومتر فوق نهر الأمازون. في البحار المغلقة ، مثل البحر الأسود أو البحر الأبيض المتوسط ​​، توجد موجات مد صغيرة بارتفاع 50-70 سم.

يتم التعبير عن أقصى قوة ممكنة في دورة واحدة من ارتفاع المد - المد والجزر ، أي من المد العالي إلى آخر ، بواسطة المعادلة

أين ص – كثافة الماء ، زهو تسارع الجاذبية ، سهي منطقة حوض المد والجزر ، ص- الاختلاف في مستويات المد والجزر.

كما يتضح من (الصيغة ، لاستخدام طاقة المد والجزر ، يمكن اعتبار مثل هذه الأماكن على ساحل البحر الأكثر ملاءمة ، حيث يكون للمد والجزر اتساعًا كبيرًا ، ويسمح محيط وتضاريس الساحل بترتيب "حمامات" كبيرة مغلقة.

قد تكون قدرة محطات الطاقة في بعض الأماكن 2-20 ميغاواط.

نظرًا لأن طاقة الإشعاع الشمسي يتم توزيعها على مساحة كبيرة (بمعنى آخر ، فهي منخفضة الكثافة) ، يجب أن يحتوي أي تركيب للاستخدام المباشر للطاقة الشمسية على جهاز تجميع (مُجمع) بمساحة سطحية كافية.

أبسط جهاز من هذا النوع هو مجمع مسطح ؛ من حيث المبدأ ، هذه لوحة سوداء ، معزولة جيدًا من الأسفل ، مغطاة بالزجاج أو البلاستيك ، تنقل الضوء ، لكنها لا تكشف عن الأشعة تحت الحمراء الحرارية. في الفراغ بين النحاس والزجاج ، غالبًا ما يتم وضع الأنابيب السوداء ، والتي يتدفق من خلالها الماء والزيت والزئبق والهواء والأنهيدريد الكربوني وما إلى ذلك. ص.الإشعاع الشمسي ، اختراق كاي عيرالزجاج أو البلاستيك في المجمع ، تمتصه الأنابيب والصفيحة السوداء وتسخين العمل لهافي الجسم في الأنابيب. لا يمكن للإشعاع الحراري مغادرة المجمع ، وبالتالي فإن درجة الحرارة فيه أعلى بكثير (بمقدار 200-500 درجة مئوية) من درجة حرارة الهواء المحيط. هذا هو ما يسمى تأثير الاحتباس الحراري. الباروكات العادية للحديقة هي في الواقع مجمعات بسيطة للإشعاع الشمسي. ولكن كلما كان ذلك بعيدًا عن المناطق المدارية ، قل ذلك إفالمجمع الأفقي على ما يرام ، ومن الصعب والمكلف للغاية تدويره لمتابعة الشمس. لذلك ، عادة ما يتم تثبيت هذه المجمعات بزاوية مثالية معينة في الجنوب.

المجمع الأكثر تعقيدًا وتكلفة هو مرآة مقعرة ، والتي تركز الإشعاع الساقط في حجم صغير بالقرب من نقطة هندسية معينة ، التركيز. يتكون السطح العاكس للمرآة من البلاستيك المعدني أو يتكون من العديد من المرايا الصغيرة المسطحة المتصلة بقاعدة كبيرة على شكل قطع مكافئ. بفضل الآليات الخاصة ، يتم توجيه المجمعات من هذا النوع باستمرار نحو الشمس - وهذا يسمح لك بجمع أكبر قدر ممكن من الإشعاع الشمسي. تصل درجة الحرارة في مساحة العمل لمجمعات المرآة إلى 3000 درجة مئوية وما فوق.

الطاقة الشمسية هي واحدة من أكثر أنواع إنتاج الطاقة كثافة في استخدام المواد. يستلزم الاستخدام الواسع النطاق للطاقة الشمسية زيادة هائلة في الحاجة إلى المواد ، وبالتالي ، لموارد العمل لاستخراج المواد الخام ، وإثرائها ، وإنتاج المواد ، وتصنيع المروحيات ، والمجمعات ، وغيرها من المعدات ، ونقلهم. تظهر الحسابات أنه لإنتاج 1 ميغاواط * سنة من الكهرباء باستخدام الطاقة الشمسية ، سوف يستغرق الأمر من 10000 إلى 40000 ساعة عمل. في الطاقة التقليدية على الوقود الأحفوري ، هذا الرقم هو 200-500 ساعة عمل.

حتى الآن ، تعد الطاقة الكهربائية الناتجة عن أشعة الشمس أغلى بكثير من تلك التي يتم الحصول عليها بالطرق التقليدية. يأمل العلماء في أن تساعد التجارب التي سيجرونها في المنشآت والمحطات التجريبية ليس فقط في حل المشكلات الفنية بل الاقتصادية أيضًا. ولكن ، مع ذلك ، يتم بناء محطات تحويل الطاقة الشمسية وهي تعمل.

منذ عام 1988 ، تعمل محطة الطاقة الشمسية في القرم في شبه جزيرة كيرتش. يبدو أن الفطرة نفسها قد حددت مكانها. حسنًا ، إذا كانت هذه المحطات سيتم بناؤها في أي مكان ، فهي في المقام الأول في منطقة المنتجعات والمصحات والاستراحات والطرق السياحية ؛ في منطقة تحتاج إلى قدر كبير من الطاقة ، ولكن الأهم من ذلك هو الحفاظ على البيئة نظيفة ، حيث أن رفاهيتها ، وفوق كل شيء نقاء الهواء ، هو شفاء للبشر.

محطة الطاقة الشمسية في القرم صغيرة - تبلغ سعتها 5 ميجاوات فقط. بمعنى ما ، إنها اختبار للقوة. على الرغم من أنه يبدو ، ما الذي يجب تجربته أيضًا عند معرفة تجربة بناء محطات الطاقة الشمسية في البلدان الأخرى.

في جزيرة صقلية في أوائل الثمانينيات ، أعطت محطة طاقة شمسية بسعة 1 ميجاوات تيارًا. مبدأ عملها هو أيضا برج. تقوم المرايا بتركيز أشعة الشمس على جهاز استقبال يقع على ارتفاع 50 مترًا. هناك ، يتم توليد البخار بدرجة حرارة تزيد عن 600 درجة مئوية ، مما يدفع التوربين التقليدي مع مولد التيار المتصل به. لقد ثبت بلا شك أن محطات الطاقة التي تبلغ سعتها 10-20 ميجاوات ، وأيضًا أكثر من ذلك بكثير ، يمكن أن تعمل وفقًا لهذا المبدأ إذا تم تجميع وحدات مماثلة معًا عن طريق توصيلها ببعضها البعض.

نوع مختلف قليلاً من محطة توليد الكهرباء في Alqueria في جنوب إسبانيا. يكمن الاختلاف في أن الحرارة الشمسية المركزة على الجزء العلوي من البرج تعمل على تحريك دورة الصوديوم ، والتي تقوم بالفعل بتسخين الماء لتكوين البخار. هذا الخيار له عدد من المزايا. لا يضمن تراكم حرارة الصوديوم التشغيل المستمر لمحطة الطاقة فحسب ، بل يتيح أيضًا إمكانية تجميع الطاقة الزائدة جزئيًا للتشغيل في الطقس الغائم وفي الليل. تبلغ سعة المحطة الإسبانية 0.5 ميجاوات فقط. ولكن من حيث المبدأ ، يمكن إنشاء أكبر بكثير - حتى 300 ميجاوات. في المنشآت من هذا النوع ، يكون تركيز الطاقة الشمسية مرتفعًا لدرجة أن كفاءة عملية التوربينات البخارية ليست أسوأ من محطات الطاقة الحرارية التقليدية.

وفقًا للخبراء ، فإن الفكرة الأكثر جاذبية فيما يتعلق بتحويل الطاقة الشمسية هي استخدام التأثير الكهروضوئي في أشباه الموصلات.

ولكن ، على سبيل المثال ، محطة طاقة شمسية بالقرب من خط الاستواء بإنتاج يومي يبلغ 500 ميجاوات في الساعة (تقريبًا كمية الطاقة المولدة من محطة طاقة كهرومائية كبيرة نسبيًا) بكفاءة تبلغ تتطلب نسبة 10٪ سطحًا فعالاً يبلغ حوالي 500000 م 2. من الواضح أن مثل هذه الكمية الهائلة من خلايا أشباه الموصلات الشمسية يمكنها ذلك. تؤتي ثمارها فقط عندما يكون إنتاجها رخيصًا حقًا. ستكون كفاءة محطات الطاقة الشمسية في مناطق أخرى من الأرض منخفضة بسبب الظروف الجوية غير المستقرة ، والشدة المنخفضة نسبيًا للإشعاع الشمسي ، الذي يمتصه الغلاف الجوي هنا حتى في الأيام المشمسة ، فضلاً عن التقلبات الناتجة عن تناوب ليلا و نهارا.

ومع ذلك ، فإن الخلايا الكهروضوئية الشمسية تجد بالفعل تطبيقاتها المحددة اليوم. لقد تبين أنها مصادر لا غنى عنها عمليًا للتيار الكهربائي في الصواريخ والأقمار الصناعية والمحطات الآلية بين الكواكب ، وعلى الأرض - بشكل أساسي لتشغيل شبكات الهاتف في المناطق غير المكهربة أو للمستهلكين الصغار الحاليين (معدات الراديو وآلات الحلاقة الكهربائية والولاعات ، إلخ. ). تم تركيب الألواح الشمسية شبه الموصلة لأول مرة على القمر الصناعي السوفيتي الثالث للأرض الاصطناعية (تم إطلاقه في المدار في 15 مايو 1958).

العمل في التقدم ، التقييمات في التقدم. حتى الآن ، يجب الاعتراف بأنهم لا يفضلون محطات الطاقة الشمسية: لا تزال هذه الهياكل اليوم من بين أكثر الطرق الفنية تعقيدًا والأكثر تكلفة لاستخدام الطاقة الشمسية. نحتاج إلى خيارات جديدة وأفكار جديدة. لا يوجد نقص فيها. التنفيذ أسوأ.

الطاقه الذريه.

عند دراسة اضمحلال النوى الذرية ، اتضح أن كل نواة تزن أقل من مجموع كتل بروتوناتها ونيوتروناتها. هذا لأنه عندما تتحد البروتونات والنيوترونات لتشكيل نواة ، يتم إطلاق الكثير من الطاقة. يعادل الخسارة في كتلة النوى لكل 1 جرام كمية الطاقة الحرارية التي يمكن الحصول عليها عن طريق حرق 300 عربة من الفحم. لذلك ليس من المستغرب أن يبذل الباحثون قصارى جهدهم للعثور على المفتاح الذي يسمح "بفتح" نواة الذرة وإطلاق الطاقة الهائلة المخبأة فيها.

في البداية ، بدت هذه المهمة مستحيلة. ليس من قبيل المصادفة أن العلماء اختاروا النيوترون كأداة. هذا الجسيم متعادل كهربائيًا ولا يتأثر بقوى التنافر الكهربائي. لذلك ، يمكن للنيوترون أن يخترق بسهولة نواة الذرة. لقد قصفت النيوترونات نوى ذرات العناصر الفردية. عندما جاء دور اليورانيوم ، اتضح أن هذا العنصر الثقيل يتصرف بشكل مختلف عن العناصر الأخرى. بالمناسبة ، يجب أن نتذكر أن اليورانيوم الموجود بشكل طبيعي يحتوي على ثلاثة نظائر: اليورانيوم -238 (238 يو) واليورانيوم -235 (235 يو) واليورانيوم -234 (234 يو) ، والرقم يعني العدد الكتلي.

تبين أن النواة الذرية لليورانيوم -235 أقل استقرارًا بكثير من نوى العناصر والنظائر الأخرى. تحت تأثير نيوترون واحد ، يحدث انشطار (انقسام) اليورانيوم ، وتتحلل نواته إلى جزأين متطابقين تقريبًا ، على سبيل المثال ، إلى نواة الكريبتون والباريوم. تنتشر هذه الشظايا في اتجاهات مختلفة بسرعات كبيرة.

لكن الشيء الرئيسي في هذه العملية هو أن اضمحلال نواة يورانيوم ينتج اثنين أو ثلاثة نيوترونات حرة جديدة. والسبب هو أن نواة اليورانيوم الثقيل تحتوي على نيوترونات أكثر مما هو مطلوب لتكوين نواتين ذريتين أصغر حجمًا. هناك الكثير من "مواد البناء" ويجب على النواة الذرية التخلص منها.

يمكن لكل من النيوترونات الجديدة أن تفعل ما فعله الأول عندما قسمت نواة واحدة. في الواقع ، عملية حسابية مفيدة: بدلاً من نيوترون واحد ، نحصل على اثنين أو ثلاثة بنفس القدرة على تقسيم نواة اليورانيوم 235 الثلاثة التالية. وهكذا يستمر: يحدث تفاعل متسلسل ، وإذا لم يتم التحكم فيه ، فإنه يتحول إلى انهيار جليدي وينتهي بانفجار قوي - انفجار قنبلة ذرية. بعد أن تعلموا تنظيم هذه العملية ، حصل الناس على فرصة لتلقي الطاقة بشكل شبه مستمر من النوى الذرية لليورانيوم. يتم التحكم في هذه العملية في المفاعلات النووية.

المفاعل النووي هو جهاز يحدث فيه تفاعل متسلسل محكوم. في هذه الحالة ، يعمل اضمحلال النوى الذرية كمصدر منظم للحرارة والنيوترونات.

تم تطوير أول مشروع لمفاعل نووي في عام 1939 من قبل العالم الفرنسي فريدريك جوليو كوري. لكن سرعان ما احتل النازيون فرنسا ، ولم يتم تنفيذ المشروع.

تم تنفيذ التفاعل المتسلسل لانشطار اليورانيوم لأول مرة في عام 1942 في الولايات المتحدة ، في مفاعل قامت مجموعة من الباحثين بقيادة العالم الإيطالي إنريكو فيرمي ببنائه في ملعب جامعة شيكاغو. كان لهذا المفاعل أبعاد 6x6x6.7 م وبطاقة 20 كيلوواط ؛ عملت بدون تبريد خارجي.

تم بناء أول مفاعل نووي في اتحاد الجمهوريات الاشتراكية السوفياتية (وفي أوروبا) تحت قيادة أكاد. I.V Kurchatov وأطلق في عام 1946

تتطور الطاقة النووية بوتيرة غير مسبوقة اليوم. على مدار ثلاثين عامًا ، نمت الطاقة الإجمالية لوحدات الطاقة النووية من 5 آلاف إلى 23 مليون كيلوواط! يرى بعض العلماء أنه بحلول القرن الحادي والعشرين ، سيتم توليد حوالي نصف الكهرباء في العالم بواسطة محطات الطاقة النووية.

من حيث المبدأ ، فإن مفاعل الطاقة النووية بسيط للغاية - حيث يتحول الماء فيه ، تمامًا كما هو الحال في الغلاية التقليدية ، إلى بخار. للقيام بذلك ، استخدم الطاقة المنبعثة أثناء التفاعل المتسلسل لتحلل ذرات اليورانيوم أو الوقود النووي الآخر. لا توجد غلاية بخار ضخمة في محطة للطاقة النووية ، تتكون من آلاف الكيلومترات من الأنابيب الفولاذية ، والتي يدور خلالها الماء تحت ضغط هائل ، ويتحول إلى بخار. تم استبدال هذا العملاق بمفاعل نووي صغير نسبيًا.

تختلف المفاعلات النووية على النيوترونات الحرارية عن بعضها البعض بشكل رئيسي بطريقتين: ما هي المواد المستخدمة كمهدئ للنيوترونات وأيها كمبرد ، بمساعدة يتم إزالة الحرارة من قلب المفاعل. الأكثر انتشارًا في الوقت الحاضر هي مفاعلات الماء المضغوط ، حيث يعمل الماء العادي كمهدئ نيوتروني ومبرد ، مفاعلات اليورانيوم الجرافيت (الوسيط هو الجرافيت ، المبرد هو الماء العادي) ، مفاعلات الجرافيت الغازي (الوسيط هو الجرافيت المبرد عبارة عن غاز ، وغالبًا ما يكون ثاني أكسيد الكربون) ، مفاعلات الماء الثقيل (المهدئ - الماء الثقيل ، المبرد - الماء الثقيل أو العادي).

لا هذا ولا ذاك أرز. تسعتم تقديم رسم تخطيطي لمفاعل الماء المضغوط. قلب المفاعل عبارة عن وعاء سميك يحتوي على الماء وعناصر الوقود المغمورة فيه. يتم امتصاص الحرارة الناتجة عن قضبان الوقود بواسطة الماء ، حيث ترتفع درجة حرارته بشكل كبير.

جلب المصممون قوة هذه المفاعلات إلى مليون كيلووات. تم تركيب وحدات الطاقة القوية في Zaporozhye و Balakovo ومحطات الطاقة النووية الأخرى. قريباً ، ستلحق مفاعلات هذا التصميم ، على ما يبدو ، من حيث القوة مع صاحب الرقم القياسي - مليون ونصف من محطة Ignalina للطاقة النووية.

ولكن مع ذلك ، فإن مستقبل الطاقة النووية ، على ما يبدو ، سيبقى مع النوع الثالث من المفاعلات ، التي اقترح العلماء مبدأ التشغيل والتصميم لها - مفاعلات النيوترونات السريعة. وتسمى أيضًا المفاعلات المولدة. تستخدم المفاعلات التقليدية نيوترونات بطيئة ، والتي تسبب تفاعلًا متسلسلًا في نظير نادر نوعًا ما - اليورانيوم -235 ، والذي يمثل حوالي 1 بالمائة فقط من اليورانيوم الطبيعي. هذا هو السبب في أنه من الضروري بناء مصانع ضخمة حيث يتم غربلة ذرات اليورانيوم حرفيًا ، واختيار ذرات نوع واحد فقط من اليورانيوم 235 منها. لا يمكن استخدام ما تبقى من اليورانيوم في المفاعلات التقليدية. السؤال الذي يطرح نفسه: هل سيكون هذا النظير النادر لليورانيوم كافياً لفترة طويلة ، أم ستواجه البشرية مرة أخرى مشكلة نقص موارد الطاقة؟

منذ أكثر من ثلاثين عامًا ، تم طرح هذه المشكلة على طاقم مختبر معهد الطاقة الفيزيائية. تم حلها. اقترح رئيس المختبر ، ألكسندر إيليتش لايبونسكي ، تصميم مفاعل نيوتروني سريع. في عام 1955 ، تم بناء أول تركيب من هذا القبيل. إن مزايا المفاعلات النيوترونية السريعة واضحة. في نفوسهم ، يمكن استخدام جميع احتياطيات اليورانيوم الطبيعي والثوريوم للحصول على الطاقة ، وهي ضخمة - أكثر من أربعة مليارات طن من اليورانيوم تذوب في المحيط العالمي وحده.

لا شك أن الطاقة النووية قد احتلت مكانة ثابتة في ميزان الطاقة للبشرية. ومن المؤكد أنها ستتطور في المستقبل ، دون أن تفشل في إمداد الناس بالطاقة التي يحتاجون إليها بشدة. ومع ذلك ، ستكون هناك حاجة إلى تدابير إضافية لضمان موثوقية محطات الطاقة النووية وتشغيلها بدون مشاكل ، وسيتمكن العلماء والمهندسون من إيجاد الحلول اللازمة.

طاقة الهيدروجين

يعرب العديد من الخبراء عن قلقهم بشأن الاتجاه المتزايد باستمرار نحو الكهربة المستمرة للاقتصاد والاقتصاد: يتم حرق المزيد والمزيد من الوقود الكيميائي في محطات الطاقة الحرارية ، ومئات من محطات الطاقة النووية الجديدة ، وكذلك محطات الطاقة الشمسية وطاقة الرياح والطاقة الحرارية الأرضية الوليدة ، سيكون على نطاق واسع بشكل متزايد (وفي النهاية حصريًا) للعمل من أجل إنتاج الطاقة الكهربائية. لذلك ، ينشغل العلماء بالبحث عن أنظمة طاقة جديدة بشكل أساسي.

نجاعة محطات الطاقة الحرارية منخفضة نسبيًا ، على الرغم من أن المصممين يبذلون قصارى جهدهم لزيادتها. تبلغ النسبة في محطات الطاقة الحديثة بالوقود الأحفوري حوالي 40٪ ، وفي محطات الطاقة النووية تبلغ 33٪. في هذه الحالة ، تُفقد نسبة كبيرة من الطاقة مع الحرارة المهدرة (على سبيل المثال ، مع الماء الدافئ الذي يتم تصريفه من أنظمة التبريد) ، مما يؤدي إلى ما يسمى بالتلوث الحراري للبيئة. ويترتب على ذلك أنه يجب بناء محطات الطاقة الحرارية في تلك الأماكن التي توجد فيها كمية كافية من مياه التبريد ، أو في المناطق العاصفة حيث لن يؤثر تبريد الهواء سلبًا على المناخ المحلي. يضاف إلى ذلك قضايا السلامة والنظافة. هذا هو السبب في أن محطات الطاقة النووية الكبيرة في المستقبل يجب أن تكون بعيدة قدر الإمكان عن المناطق المكتظة بالسكان. لكن بهذه الطريقة ، يتم إزالة مصادر الكهرباء من مستهلكيها ، مما يعقد مشكلة نقل الطاقة بشكل كبير.

إن نقل الكهرباء عن طريق الأسلاك مكلف للغاية: فهو يمثل حوالي ثلث تكلفة الطاقة بالنسبة للمستهلك. وللحفاظ على انخفاض التكاليف ، يتم بناء خطوط الكهرباء بجهد أعلى بشكل متزايد ، والتي ستصل قريبًا إلى 1500 كيلو فولت. لكن خطوط الجهد العالي العلوية تتطلب عزل مساحة كبيرة من الأرض ، بالإضافة إلى أنها عرضة للرياح القوية للغاية وعوامل الأرصاد الجوية الأخرى. وتكلف خطوط الكابلات الأرضية ما بين 10 إلى 20 ضعفًا ، ولا يتم وضعها إلا في حالات استثنائية (على سبيل المثال ، عندما يكون سببها اعتبارات معمارية أو موثوقية).

أخطر مشكلة هي تراكم وتخزين الكهرباء ، لأن محطات توليد الطاقة تعمل بشكل اقتصادي في الغالب بطاقة ثابتة وحمل كامل. في غضون ذلك ، يتغير الطلب على الكهرباء خلال اليوم والأسبوع والسنة ، بحيث يجب تكييف طاقة محطات توليد الكهرباء معها. الطريقة الوحيدة لتخزين كميات كبيرة من الكهرباء للاستخدام المستقبلي يتم توفيرها حاليًا من خلال محطات توليد الطاقة التي يتم ضخها ، ولكنها بدورها ترتبط بالعديد من المشكلات.

كل هذه المشاكل التي تواجه الطاقة الحديثة ، وفقًا للعديد من الخبراء ، يمكن أن تسمح باستخدام الهيدروجين كوقود وخلق ما يسمى باقتصاد طاقة الهيدروجين.

يمكن اعتبار الهيدروجين ، وهو أبسط العناصر الكيميائية وأخفها ، وقودًا مثاليًا. وهي متوفرة حيثما توجد المياه. عند حرق الهيدروجين يتكون الماء والذي يمكن أن يتحلل مرة أخرى إلى هيدروجين وأكسجين وهذه العملية لا تسبب أي تلوث بيئي. لا يطلق لهب الهيدروجين في الغلاف الجوي منتجات تصاحب احتراق أي نوع آخر من الوقود: ثاني أكسيد الكربون ، أول أكسيد الكربون ، ثاني أكسيد الكبريت ، الهيدروكربونات ، الرماد ، الأكاسيد الفوقية العضوية ، إلخ. للهيدروجين قيمة حرارية عالية جدًا: عند الاحتراق 1 غرام من الهيدروجين ، و 120 جول من الطاقة الحرارية ، وعند حرق 1 غرام من البنزين - 47 ج فقط.

يمكن نقل الهيدروجين وتوزيعه عبر خطوط الأنابيب مثل الغاز الطبيعي. يعتبر نقل الوقود عبر خطوط الأنابيب أرخص وسيلة لنقل الطاقة لمسافات طويلة. بالإضافة إلى ذلك ، يتم مد خطوط الأنابيب تحت الأرض ، مما لا يزعج المناظر الطبيعية. تحتل خطوط أنابيب الغاز مساحة أرض أقل من الخطوط الكهربائية العلوية. إن نقل الطاقة على شكل غاز الهيدروجين عبر خط أنابيب بطول 750 مم يزيد عن 80 كم سيكلف أقل من نقل نفس الكمية من الطاقة في شكل تيار متناوب عبر كابل تحت الأرض. على مسافات تزيد عن 450 كيلومترًا ، يكون نقل الهيدروجين عبر خطوط الأنابيب أرخص من استخدام خط طاقة علوي 40 كيلو فولت تيار مستمر ، وعلى مسافة تزيد عن 900 كيلومتر يكون أرخص من خط طاقة علوي بتيار متردد 500 كيلوفولت.

الهيدروجين وقود اصطناعي. يمكن الحصول عليها من الفحم أو النفط أو الغاز الطبيعي أو عن طريق تحلل الماء. وفقًا للتقديرات ، ينتج العالم اليوم ويستهلك حوالي 20 مليون طن من الهيدروجين سنويًا. يتم إنفاق نصف هذا المبلغ على إنتاج الأمونيا والأسمدة ، والباقي - على إزالة الكبريت من الوقود الغازي ، وفي علم المعادن ، ولهدرجة الفحم وأنواع الوقود الأخرى. في اقتصاد اليوم ، يظل الهيدروجين مادة كيميائية أكثر من كونها مادة أولية للطاقة.

الأساليب الحديثة والواعدة في إنتاج الهيدروجين

اليوم ، ينتج الهيدروجين بشكل رئيسي (حوالي 80٪) من النفط. لكن هذه عملية غير اقتصادية للطاقة ، لأن الطاقة التي يتم الحصول عليها من هذا الهيدروجين تكلف 3.5 أضعاف الطاقة الناتجة عن حرق البنزين. بالإضافة إلى ذلك ، فإن تكلفة هذا الهيدروجين تتزايد باستمرار مع ارتفاع أسعار النفط.

يتم إنتاج كمية صغيرة من الهيدروجين عن طريق التحليل الكهربائي. إن إنتاج الهيدروجين عن طريق التحليل الكهربائي للماء أغلى من إنتاجه من النفط ، لكنه سيتوسع ويصبح أرخص مع تطوير الطاقة النووية. يمكن وضع محطات التحليل الكهربائي للمياه بالقرب من محطات الطاقة النووية ، حيث سيتم استخدام كل الطاقة المتولدة من محطة الطاقة لتحليل المياه بتكوين الهيدروجين. صحيح أن سعر الهيدروجين الإلكتروليتي سيظل أعلى من سعر التيار الكهربائي ، لكن تكاليف نقل وتوزيع الهيدروجين صغيرة جدًا لدرجة أن السعر النهائي للمستهلك سيكون مقبولًا تمامًا مقارنة بسعر الكهرباء.

اليوم ، يعمل الباحثون بشكل مكثف لتقليل تكلفة العمليات التكنولوجية لإنتاج الهيدروجين على نطاق واسع بسبب تحلل الماء الأكثر كفاءة باستخدام التحليل الكهربائي لبخار الماء بدرجة حرارة عالية ، باستخدام المحفزات ، والأغشية شبه غير المنفذة ، إلخ.

يتم إيلاء الكثير من الاهتمام لطريقة التحلل الحراري ، والتي تتكون (في المستقبل) من تحلل الماء إلى هيدروجين وأكسجين عند درجة حرارة 2500 درجة مئوية. لكن المهندسين لم يتقنوا بعد مثل هذا الحد من درجات الحرارة في الوحدات التكنولوجية الكبيرة ، بما في ذلك تلك التي تعمل بالطاقة الذرية (في المفاعلات عالية الحرارة ، حتى الآن لا يعتمدون إلا على درجة حرارة تبلغ حوالي 1000 درجة مئوية). لذلك ، يسعى الباحثون جاهدين لتطوير العمليات التي تتم على عدة مراحل ، والتي من شأنها أن تسمح بإنتاج الهيدروجين في درجات حرارة تقل عن 1000 درجة مئوية.

في عام 1969 ، في الفرع الإيطالي من Euratom ، تم تشغيل مصنع لإنتاج الهيدروجين بالحرارة ، ويعمل بكفاءة. 55٪ عند 730 درجة مئوية. في هذه الحالة ، تم استخدام بروميد الكالسيوم والماء والزئبق. يتحلل الماء في النبات إلى هيدروجين وأكسجين ، وتدور الكواشف المتبقية في دورات متكررة. أخرى - منشآت مصممة تعمل - في درجات حرارة 700-800 درجة مئوية. من المعتقد أن مفاعلات درجات الحرارة العالية ستزيد من الكفاءة. تصل هذه العمليات إلى 85٪. اليوم ، نحن غير قادرين على التنبؤ بدقة بكمية الهيدروجين التي ستكلف. ولكن بالنظر إلى أن أسعار جميع أشكال الطاقة الحديثة تميل إلى الارتفاع ، يمكن الافتراض أنه على المدى الطويل ، ستكون الطاقة في شكل الهيدروجين أرخص من الغاز الطبيعي ، وربما في شكل كهرباء.

استخدام الهيدروجين

عندما يصبح الهيدروجين وقودًا ميسور التكلفة مثل الغاز الطبيعي اليوم ، سيكون قادرًا على استبداله في كل مكان. يمكن حرق الهيدروجين في المواقد ، وسخانات المياه ، ومواقد التدفئة المجهزة بمواقد لا تختلف قليلاً أو لا تختلف عن مواقد اليوم المستخدمة لحرق الغاز الطبيعي.

كما قلنا ، عندما يتم حرق الهيدروجين ، لا تبقى أي منتجات احتراق ضارة. لذلك ، ليست هناك حاجة لأنظمة إزالة هذه المنتجات لأجهزة التدفئة التي تعمل بالهيدروجين.علاوة على ذلك ، يمكن اعتبار بخار الماء المتكون أثناء الاحتراق منتجًا مفيدًا - فهو يرطب الهواء (كما تعلم ، في الشقق الحديثة ذات التدفئة المركزية ، الهواء جاف جدا). ولا يساعد عدم وجود مداخن على توفير تكاليف البناء فحسب ، بل يزيد أيضًا من كفاءة التدفئة بنسبة 30٪.

يمكن أن يعمل الهيدروجين أيضًا كمواد خام كيميائية في العديد من الصناعات ، على سبيل المثال ، في إنتاج الأسمدة والمواد الغذائية ، في علم المعادن والبتروكيماويات. يمكن استخدامه أيضًا لتوليد الكهرباء في محطات الطاقة الحرارية المحلية.

خاتمة.

لا جدال في دور الطاقة في الحفاظ على الحضارة وتطويرها. في المجتمع الحديث ، من الصعب العثور على مجال واحد على الأقل من النشاط البشري لا يتطلب - بشكل مباشر أو غير مباشر - طاقة أكثر مما يمكن أن توفره العضلات البشرية.

استهلاك الطاقة هو مؤشر مهم لمستويات المعيشة. في تلك الأيام التي كان فيها الشخص يحصل على الطعام عن طريق جمع ثمار الغابات وصيد الحيوانات ، كان يحتاج إلى حوالي 8 ميجا جول من الطاقة يوميًا. بعد إتقان النار ، زادت هذه القيمة إلى 16 ميجا جول: في مجتمع زراعي بدائي ، كانت 50 ميجا جول ، وفي مجتمع أكثر تطورًا ، 100 ميجا جول.

خلال وجود حضارتنا عدة مرات ، كان هناك تغيير في مصادر الطاقة التقليدية إلى مصادر جديدة أكثر تقدمًا. وليس لأن المصدر القديم قد استنفد.

كانت الشمس تشرق دائمًا وتدفئ الرجل: ومع ذلك ، ذات يوم قام الناس بترويض النار وبدأوا في حرق الأخشاب. ثم أفسح الخشب الطريق للفحم. بدت مخزونات الخشب بلا حدود ، لكن المحركات البخارية تتطلب المزيد من "العلف" ذي السعرات الحرارية العالية.

لكن هذه كانت مجرد مرحلة. سرعان ما يفقد الفحم زمام الريادة في سوق الطاقة لصالح النفط.

والآن جولة جديدة في أيامنا هذه ، لا تزال أنواع الوقود الرئيسية هي النفط والغاز. لكن لكل متر مكعب جديد من الغاز أو طن من النفط ، عليك الذهاب شمالًا أو شرقًا ، والحفر أعمق في الأرض. لا عجب أن يكلفنا النفط والغاز المزيد والمزيد كل عام.

إستبدال؟ نحن بحاجة إلى قائد جديد للطاقة. سيكونون بلا شك مصادر نووية.

احتياطيات اليورانيوم ، على سبيل المثال ، لمقارنتها باحتياطيات الفحم ، لا تبدو كبيرة جدًا. لكن من ناحية أخرى ، لكل وحدة وزن ، تحتوي على ملايين المرات من الطاقة أكثر من الفحم.

والنتيجة هي كالتالي: عند توليد الكهرباء في محطات الطاقة النووية ، يُعتقد أنه يجب إنفاق أموال وعمالة أقل مائة ألف مرة مما هو عليه عند استخراج الطاقة من الفحم. ويأتي الوقود النووي ليحل محل النفط والفحم ... لقد كان دائمًا على هذا النحو: كان المصدر التالي للطاقة أيضًا أكثر قوة. كان هذا ، إذا جاز التعبير ، خط طاقة "متشدد".

سعياً وراء فائض الطاقة ، انغمس الشخص بشكل أعمق وأعمق في العالم الأساسي للظواهر الطبيعية وحتى بعض الوقت لم يفكر حقًا في عواقب أفعاله وأفعاله.

لكن الزمن تغير. الآن ، في نهاية القرن العشرين ، تبدأ مرحلة جديدة ومهمة من الطاقة الأرضية. كانت هناك طاقة "قليلة". بني بحيث لا يقطع الإنسان الغصن الذي يجلس عليه. لقد اعتنى بحماية المحيط الحيوي المتضرر بشدة بالفعل.

مما لا شك فيه ، أنه في المستقبل ، بالتوازي مع خط التنمية المكثفة ، ستحصل صناعة الطاقة على حقوق مواطنة واسعة وخط واسع: مصادر طاقة مشتتة ليست عالية الطاقة ، ولكن بكفاءة عالية ، وصديقة للبيئة ، وسهلة الاستخدام.

وخير مثال على ذلك هو البداية السريعة للطاقة الكهروكيميائية ، والتي على ما يبدو ستُستكمل بالطاقة الشمسية. تتراكم الطاقة بسرعة كبيرة ، وتستوعب ، وتمتص أحدث الأفكار والاختراعات وإنجازات العلم. هذا مفهوم: الطاقة مرتبطة حرفيًا بكل شيء ، وكل شيء ينجذب إلى الطاقة ، يعتمد عليه.

لذلك ، فإن كيمياء الطاقة ، وطاقة الهيدروجين ، ومحطات الطاقة الفضائية ، والطاقة المختومة في المادة المضادة ، والكواركات ، و "الثقوب السوداء" ، والفراغ - هذه ليست سوى أكثر المعالم البارزة ، واللمسات ، والسمات الفردية للسيناريو الذي يتم كتابته أمام أعيننا والتي يمكن أن يسمى غدا .. طاقة.

متاهات الطاقة. ممرات غامضة ، مسارات ضيقة ومتعرجة. مليئة بالأسرار والعقبات والرؤى غير المتوقعة وصراخ الحزن والهزيمة ونقرات الفرح والانتصارات. مسار الطاقة الشائك والصعب وغير المباشر للبشرية. لكننا نعتقد أننا في طريقنا إلى عصر الوفرة الحيوية وأنه سيتم التغلب على جميع العقبات والحواجز والصعوبات.

قصة الطاقة لا حصر لها ، وأشكال استخدامها البديلة لا حصر لها ، بشرط أن نطور أساليب فعالة واقتصادية لهذا الغرض. ما هو رأيك في احتياجات الطاقة ، وحول مصادر الطاقة وجودتها وتكلفتها ، ليس مهمًا جدًا. لنا ، على ما يبدو. على المرء أن يتفق فقط مع ما قاله الحكيم المتعلم ، والذي لا يزال اسمه مجهولاً: "لا توجد قرارات سهلة ، هناك فقط خيارات معقولة".

فهرس

1. 1. أوغستا غولدين. محيطات الطاقة. - لكل. من الانجليزية. - م: المعرفة 1983. - 144 ص.

2. Balanchevadze V. I. ، Baranovsky A. I. وآخرون ؛ إد. إيه إف دياكوفا. الطاقة اليوم وغدا. - م: Energoatomizdat، 1990. - 344 ص.

3. 3. أكثر من كاف. نظرة متفائلة لمستقبل الطاقة العالمية / إد. ر.كلارك: Per. من الانجليزية. - م: Energoatomizdat ، 1984. - 215 ص.

4. 4. Burdakov V.P. الكهرباء من الفضاء. - م: Energoatomizdat، 1991. - 152 ص.

5. 5. إن في فيرشينسكي ، طاقة المحيط. - م: نوكا ، 1986. - 152 ص.

6. 6. جورفيتش يو حرق بارد. // الكم. - 1990 - رقم 6. - فن. 9-15.

7. 7. مصادر الطاقة. حقائق ، مشاكل ، حلول. - م: العلوم والتكنولوجيا 1997. - 110 ص.

8. 8. Kirillin V. A. الطاقة. المشاكل الرئيسية: في الأسئلة والأجوبة. - م: المعرفة 1990. - 128 ص.

9. يو دي كونونوف ، الطاقة والاقتصاد. مشاكل الانتقال إلى مصادر طاقة جديدة. - م: نوكا ، 1981. - 190 ص.

10.10. Merkulov O. P. في أعقاب طاقة المستقبل. - ك .: نوكوفا دومكا ، 1991. - 123 ص.

11.11 الطاقة العالمية: توقعات التنمية حتى 2020 / Per. من الانجليزية. إد. يو إن. - م: الطاقة 1980. - 256 ص.

12.12 مصادر الطاقة غير التقليدية. - م: المعرفة 1982. - 120 ص.

13.13 Podgorny A. N. طاقة الهيدروجين. - م: نوكا ، 1988. - 96 ص.

14.14 سوسنوف أ. طاقة الأرض. - لام: Lenizdat، 1986. - 104 ص.

15.15 Sheidlin A. E. الطاقة الجديدة. - م: نوكا ، 1987. - 463 ص.

16.16 Shulga V. G.، Korobko B. P.، Zhovmir M. M. النتائج الرئيسية لإدخال مصادر الطاقة غير التقليدية والمبتكرة في أوكرانيا. // الطاقة والكهرباء. - 1995 - رقم 2. - فن. 39-42.

17.17 طاقة العالم: ترجمات تقارير المؤتمر الحادي عشر لـ MIREC / Ed. P. S. Neporozhny. - م: إنرجواتوميزدات 1982. - 216 ص.

18.18 موارد الطاقة في العالم / إد. PS نيبوروجني ، ف. بوبكوف. - م: Energoatomizdat ، 1995. - 232 ص.

19.19.Yu. Töldeshi ، Y. Lesny. يبحث العالم عن الطاقة. - م: مير ، 1981. - 440 ص.

20.20.Yudasin L.S. الطاقة: المشاكل والآمال. - م: التنوير ، 1990. - 207 ص.

ليس سراً أن الموارد التي تستخدمها البشرية اليوم محدودة ، علاوة على ذلك ، فإن المزيد من استخراجها واستخدامها يمكن أن يؤدي ليس فقط إلى الطاقة ، ولكن أيضًا إلى كارثة بيئية. الموارد المستخدمة تقليديا من قبل البشرية - الفحم والغاز والنفط - سوف تنفد في غضون بضعة عقود ، ويجب اتخاذ التدابير الآن ، في عصرنا. بالطبع ، يمكننا أن نأمل أن نجد مرة أخرى بعض الرواسب الغنية ، تمامًا كما كان الحال في النصف الأول من القرن الماضي ، لكن العلماء على يقين من أن هذه الرواسب الكبيرة لم تعد موجودة. ولكن على أي حال ، حتى اكتشاف الرواسب الجديدة لن يؤدي إلا إلى تأخير أمر لا مفر منه ، فمن الضروري إيجاد طرق لإنتاج طاقة بديلة والتحول إلى الموارد المتجددة مثل الرياح والشمس والطاقة الحرارية الأرضية وطاقة تدفق المياه وغيرها ، جنبًا إلى جنب مع هذا ، من الضروري الاستمرار في تطوير تقنيات توفير الطاقة.

في هذه المقالة ، سننظر في بعض الأفكار الواعدة ، في رأي العلماء المعاصرين ، والتي ستُبنى عليها طاقة المستقبل.

محطات الطاقة الشمسية

لطالما تساءل الناس عما إذا كان من الممكن تسخين المياه تحت أشعة الشمس وتجفيف الملابس والفخار قبل إرسالها إلى الفرن ، لكن لا يمكن وصف هذه الطرق بأنها فعالة. ظهرت الوسائل التقنية الأولى لتحويل الطاقة الشمسية في القرن الثامن عشر. أظهر العالم الفرنسي جي بوفون تجربة تمكن من خلالها من إشعال شجرة جافة بمساعدة مرآة مقعرة كبيرة في طقس صافٍ من مسافة حوالي 70 مترًا. استخدم مواطنه ، العالم الشهير A.Lavoisier ، العدسات لتركيز طاقة الشمس ، وفي إنجلترا ابتكروا زجاجًا محدبًا مزدوجًا ، والذي يركز على أشعة الشمس ويذيب الحديد الزهر في بضع دقائق فقط.

أجرى علماء الطبيعة العديد من التجارب التي أثبتت أن الشمس على الأرض ممكنة. ومع ذلك ، ظهرت بطارية شمسية من شأنها تحويل الطاقة الشمسية إلى طاقة ميكانيكية مؤخرًا نسبيًا ، في عام 1953. تم إنشاؤه من قبل علماء من وكالة الفضاء الوطنية الأمريكية. بالفعل في عام 1959 ، تم استخدام بطارية شمسية لأول مرة لتجهيز قمر فضائي.

ربما حتى ذلك الحين ، وإدراكًا منهم أن مثل هذه البطاريات أكثر كفاءة في الفضاء ، توصل العلماء إلى فكرة إنشاء محطات شمسية فضائية ، لأنه في غضون ساعة تولد الشمس قدرًا من الطاقة لا يستهلكه كل البشر في عام ، فلماذا لا تستخدمه؟ ماذا ستكون الطاقة الشمسية في المستقبل؟

من ناحية أخرى ، يبدو أن استخدام الطاقة الشمسية هو خيار مثالي. ومع ذلك ، فإن تكلفة محطة الطاقة الشمسية الفضائية الضخمة باهظة للغاية ، بالإضافة إلى أن تشغيلها سيكون مكلفًا. بمرور الوقت ، عندما يتم إدخال تقنيات جديدة لنقل البضائع إلى الفضاء ، وكذلك المواد الجديدة ، سيصبح تنفيذ مثل هذا المشروع ممكنًا ، ولكن في الوقت الحالي لا يمكننا استخدام سوى بطاريات صغيرة نسبيًا على سطح الكوكب. سيقول الكثير أن هذا أمر جيد أيضًا. نعم ، هذا ممكن في منزل خاص ، ولكن بالنسبة لإمدادات الطاقة للمدن الكبيرة ، على التوالي ، فأنت بحاجة إما إلى الكثير من الألواح الشمسية ، أو تقنية تجعلها أكثر كفاءة.

الجانب الاقتصادي من المشكلة موجود هنا أيضًا: أي ميزانية ستعاني بشكل كبير إذا تم تكليفها بمهمة تحويل مدينة بأكملها (أو دولة بأكملها) إلى ألواح شمسية. يبدو أنه من الممكن إلزام سكان المدينة بدفع بعض المبالغ لإعادة المعدات ، لكن في هذه الحالة سيكونون غير سعداء ، لأنه إذا كان الناس مستعدين للذهاب لمثل هذه النفقات ، لكانوا قد فعلوا ذلك بأنفسهم منذ فترة طويلة: الجميع لديه فرصة لشراء بطارية شمسية.

هناك مفارقة أخرى بخصوص الطاقة الشمسية: تكاليف الإنتاج. إن تحويل الطاقة الشمسية إلى كهرباء مباشرة ليس أكثر الأشياء كفاءة. حتى الآن ، لم يتم العثور على طريقة أفضل من استخدام أشعة الشمس لتسخين المياه ، والتي تتحول بدورها إلى بخار وتدور دينامو. في هذه الحالة ، يكون فقدان الطاقة ضئيلًا. تريد البشرية استخدام الألواح الشمسية "الخضراء" ومحطات الطاقة الشمسية للحفاظ على الموارد على الأرض ، لكن مثل هذا المشروع يتطلب قدرًا كبيرًا من نفس الموارد ، وطاقة "غير خضراء". على سبيل المثال ، في فرنسا ، تم بناء محطة للطاقة الشمسية مؤخرًا ، تغطي مساحة تبلغ حوالي كيلومترين مربعين. بلغت تكلفة البناء حوالي 110 مليون يورو ، غير شامل تكاليف التشغيل. مع كل هذا ، ينبغي ألا يغيب عن البال أن عمر خدمة هذه الآليات يبلغ حوالي 25 عامًا.

رياح

كما استخدم الناس طاقة الرياح منذ العصور القديمة ، وأبسط مثال على ذلك هو الإبحار وطواحين الهواء. لا تزال طواحين الهواء قيد الاستخدام حتى اليوم ، خاصة في المناطق ذات الرياح المستمرة ، مثل الساحل. يطرح العلماء باستمرار أفكارًا حول كيفية تحديث الأجهزة الموجودة لتحويل طاقة الرياح ، من بينها توربينات الرياح في شكل توربينات عملاقة. بسبب الدوران المستمر ، يمكن أن "تتدلى" في الهواء على مسافة عدة مئات من الأمتار من الأرض ، حيث تكون الرياح قوية وثابتة. هذا من شأنه أن يساعد في كهربة المناطق الريفية حيث لا يمكن استخدام طواحين الهواء القياسية. بالإضافة إلى ذلك ، يمكن تجهيز مثل هذه التوربينات الشاهقة بوحدات الإنترنت ، والتي سيتم من خلالها تزويد الأشخاص بإمكانية الوصول إلى شبكة الويب العالمية.

المد والجزر والأمواج

إن الطفرة في الطاقة الشمسية وطاقة الرياح تتلاشى تدريجياً ، وقد اجتذبت الطاقة الطبيعية الأخرى اهتمام الباحثين. والأكثر وعدا هو استخدام المد والجزر. بالفعل ، هناك حوالي مائة شركة حول العالم تتعامل مع هذا الموضوع ، وهناك العديد من المشاريع التي أثبتت فاعلية هذه الطريقة في توليد الكهرباء. الميزة على الطاقة الشمسية هي أن الخسائر أثناء نقل طاقة إلى أخرى ضئيلة: تقوم موجة المد بتدوير توربين ضخم يولد الكهرباء.

مشروع Oyster هو فكرة تركيب صمام مفصلي في قاع المحيط لتزويد الشاطئ بالمياه ، وبالتالي تدوير توربينات كهرومائية بسيطة. مجرد تركيب واحد من هذا القبيل يمكن أن يوفر الكهرباء لمقاطعة صغيرة صغيرة.

يتم بالفعل استخدام موجات المد والجزر بنجاح في أستراليا: في مدينة بيرث ، تم تركيب محطات تحلية تعمل على هذا النوع من الطاقة. يسمح عملهم بتزويد حوالي نصف مليون شخص بالمياه العذبة. يمكن أيضًا الجمع بين الطاقة الطبيعية والصناعة في هذا الفرع من إنتاج الطاقة.

يختلف الاستخدام إلى حد ما عن التقنيات التي تعودنا على رؤيتها في محطات الطاقة الكهرومائية النهرية. غالبًا ما تضر محطات الطاقة الكهرومائية بالبيئة: فغمرت المياه المناطق المجاورة ، ودُمر النظام البيئي ، لكن المحطات التي تعمل على موجات المد والجزر أكثر أمانًا في هذا الصدد.

الطاقة البشرية

أحد أكثر المشاريع الرائعة في قائمتنا هو استخدام طاقة الأشخاص الأحياء. يبدو الأمر مذهلاً وحتى مرعبًا إلى حد ما ، لكن ليس كل شيء مخيفًا جدًا. يعتز العلماء بفكرة كيفية استخدام الطاقة الميكانيكية للحركة. تدور هذه المشاريع حول الإلكترونيات الدقيقة وتقنيات النانو مع استهلاك منخفض للطاقة. في حين أنها تبدو وكأنها مدينة فاضلة ، إلا أنه لا توجد تطورات حقيقية ، لكن الفكرة شيقة للغاية ولا تترك أذهان العلماء. موافق ، ستكون الأجهزة المريحة للغاية ، مثل الساعات ذات الملء التلقائي ، سيتم شحنها من حقيقة أن المستشعر يتم تمريره بإصبع ، أو من حقيقة أن الجهاز اللوحي أو الهاتف يتدلى ببساطة في حقيبة عند المشي. ناهيك عن الملابس التي يمكن أن تحول طاقة حركة الإنسان إلى كهرباء ، مليئة بأجهزة ميكروية مختلفة.

في بيركلي ، في مختبر لورانس ، على سبيل المثال ، حاول العلماء تنفيذ فكرة استخدام الفيروسات لضغط الكهرباء. هناك أيضًا آليات صغيرة تعمل بالحركة ، ولكن حتى الآن لم يتم تشغيل هذه التكنولوجيا. نعم ، لا يمكن التعامل مع أزمة الطاقة العالمية بهذه الطريقة: كم عدد الأشخاص الذين سيتعين عليهم "التجوال" لجعل المصنع بأكمله يعمل؟ ولكن كواحد من التدابير المستخدمة مجتمعة ، فإن النظرية قابلة للتطبيق تمامًا.

ستكون هذه التقنيات فعالة بشكل خاص في الأماكن التي يصعب الوصول إليها ، في المحطات القطبية ، في الجبال والتايغا ، بين المسافرين والسائحين الذين لا تتاح لهم دائمًا الفرصة لشحن أجهزتهم ، ولكن البقاء على اتصال أمر مهم ، خاصة إذا كان المجموعة في وضع حرج. ما مقدار ما يمكن منعه إذا كان لدى الأشخاص دائمًا جهاز اتصال موثوق به لا يعتمد على "القابس".

خلايا وقود الهيدروجين

ربما كان كل مالك سيارة ، عند النظر إلى مؤشر كمية البنزين التي تقترب من الصفر ، يفكر في مدى روعة الأمر إذا كانت السيارة تسير على الماء. لكن ذراتها الآن لفتت انتباه العلماء كأشياء حقيقية للطاقة. الحقيقة هي أن جسيمات الهيدروجين - الغاز الأكثر شيوعًا في الكون - تحتوي على كمية هائلة من الطاقة. علاوة على ذلك ، يحرق المحرك هذا الغاز بدون أي منتجات ثانوية تقريبًا ، أي أننا نحصل على وقود صديق للبيئة للغاية.

يتم تغذية الهيدروجين بواسطة بعض الوحدات النمطية لمحطة الفضاء الدولية والمكوكات ، ولكنه موجود على الأرض بشكل أساسي في شكل مركبات مثل الماء. في الثمانينيات في روسيا ، كانت هناك تطورات في الطائرات التي تستخدم الهيدروجين كوقود ، وتم وضع هذه التقنيات موضع التنفيذ ، وأثبتت النماذج التجريبية فعاليتها. عندما يتم فصل الهيدروجين ، ينتقل إلى خلية وقود خاصة ، وبعد ذلك يمكن توليد الكهرباء مباشرة. هذه ليست طاقة المستقبل ، إنها حقيقة واقعة. يتم بالفعل إنتاج سيارات مماثلة وعلى دفعات كبيرة إلى حد ما. من أجل التأكيد على تنوع مصدر الطاقة والسيارة ككل ، أجرت هوندا تجربة نتج عنها توصيل السيارة بالشبكة الكهربائية المنزلية ، ولكن ليس من أجل إعادة شحنها. يمكن للسيارة توفير الطاقة لمنزل خاص لعدة أيام ، أو القيادة لما يقرب من خمسمائة كيلومتر دون التزود بالوقود.

العيب الوحيد لمصدر الطاقة هذا في الوقت الحالي هو التكلفة المرتفعة نسبيًا لمثل هذه السيارات الصديقة للبيئة ، وبالطبع عدد صغير نسبيًا من محطات تعبئة الهيدروجين ، لكن بناءها مخطط بالفعل في العديد من البلدان. على سبيل المثال ، لدى ألمانيا بالفعل خطة لتركيب 100 محطة تعبئة بحلول عام 2017.

دفء الأرض

إن تحويل الطاقة الحرارية إلى كهرباء هو جوهر الطاقة الحرارية الأرضية. في بعض البلدان حيث يصعب استخدام صناعات أخرى ، يتم استخدامه على نطاق واسع. على سبيل المثال ، في الفلبين ، 27٪ من الكهرباء تأتي من محطات الطاقة الحرارية الأرضية ، بينما هذا الرقم في آيسلندا حوالي 30٪. إن جوهر طريقة إنتاج الطاقة هذه بسيط للغاية ، فالآلية تشبه المحرك البخاري البسيط. قبل "بحيرة" الصهارة المزعومة ، من الضروري حفر بئر يتم من خلالها إمداد المياه. عند ملامسة الصهارة الساخنة ، يتحول الماء على الفور إلى بخار. يرتفع حيث يدور توربين ميكانيكي ، وبالتالي يولد الكهرباء.

يتمثل مستقبل الطاقة الحرارية الأرضية في إيجاد "مخازن" كبيرة من الصهارة. على سبيل المثال ، في آيسلندا المذكورة أعلاه ، نجحوا: في جزء من الثانية ، حولت الصهارة الساخنة كل الماء الذي تم ضخه إلى بخار عند درجة حرارة حوالي 450 درجة مئوية ، وهو رقم قياسي مطلق. يمكن لمثل هذا البخار عالي الضغط أن يزيد من كفاءة محطة الطاقة الحرارية الأرضية عدة مرات ، ويمكن أن يصبح هذا دافعًا لتطوير الطاقة الحرارية الأرضية في جميع أنحاء العالم ، وخاصة في المناطق المشبعة بالبراكين والينابيع الحرارية.

استخدام النفايات النووية

الطاقة النووية ، في وقت واحد ، سببت تناثر. هكذا كان الأمر حتى أدرك الناس خطورة قطاع الطاقة هذا. الحوادث ممكنة ، لا أحد محصن من مثل هذه الحالات ، لكنها نادرة جدًا ، لكن النفايات المشعة تظهر بشكل ثابت وحتى وقت قريب ، لم يتمكن العلماء من حل هذه المشكلة. الحقيقة هي أن قضبان اليورانيوم ، "الوقود" التقليدي لمحطات الطاقة النووية ، لا يمكن استخدامها إلا بنسبة 5٪. بعد العمل على هذا الجزء الصغير ، يتم إرسال القضيب بالكامل إلى "التفريغ".

في السابق ، تم استخدام تقنية يتم فيها غمر القضبان في الماء ، مما يؤدي إلى إبطاء النيوترونات ، مما يحافظ على رد فعل ثابت. الآن تم استخدام الصوديوم السائل بدلاً من الماء. هذا الاستبدال يجعل من الممكن ليس فقط استخدام الحجم الكامل لليورانيوم ، ولكن أيضًا لمعالجة عشرات الآلاف من الأطنان من النفايات المشعة.

إن تخليص كوكب الأرض من النفايات النووية أمر مهم ، ولكن هناك واحد "لكن" في التكنولوجيا نفسها. اليورانيوم مورد ، واحتياطياته على الأرض محدودة. إذا تم تحويل الكوكب بأكمله حصريًا إلى الطاقة المتلقاة من محطات الطاقة النووية (على سبيل المثال ، في الولايات المتحدة ، تنتج محطات الطاقة النووية 20 ٪ فقط من إجمالي الكهرباء المستهلكة) ، فسيتم استنفاد احتياطيات اليورانيوم بسرعة كبيرة ، وهذا سيؤدي مرة أخرى إلى البشرية إلى عتبة أزمة طاقة ، لذا فإن الطاقة النووية ، وإن كانت حديثة ، إلا إجراء مؤقت.

وقود نباتي

حتى هنري فورد ، بعد أن ابتكر "الموديل T" ، توقع أنه سيعمل بالفعل على الوقود الحيوي. ومع ذلك ، في ذلك الوقت ، تم اكتشاف حقول نفط جديدة ، واختفت الحاجة إلى مصادر طاقة بديلة لعدة عقود ، لكنها الآن تعود مرة أخرى.

على مدى الخمسة عشر عامًا الماضية ، زاد استخدام الوقود النباتي مثل الإيثانول والديزل الحيوي عدة مرات. يتم استخدامها كمصادر مستقلة للطاقة وكمضافات للبنزين. منذ بعض الوقت ، كانت الآمال معلقة على ثقافة خاصة للدخن تسمى "الكانولا". إنه غير مناسب تمامًا للأغذية البشرية أو للماشية ، ولكنه يحتوي على نسبة عالية من الزيت. من هذا النفط بدأوا في إنتاج "وقود الديزل الحيوي". لكن هذا المحصول سيشغل مساحة كبيرة إذا حاولت زراعته بما يكفي لتوفير الوقود لجزء على الأقل من الكوكب.

يتحدث العلماء الآن عن استخدام الطحالب. يبلغ محتوى الزيت حوالي 50٪ ، مما يجعل من السهل استخراج الزيت ، ويمكن تحويل النفايات إلى أسمدة ، على أساسها ستزرع الطحالب الجديدة. تعتبر الفكرة مثيرة للاهتمام ، ولكن لم يتم إثبات جدواها بعد: لم يتم نشر نشر التجارب الناجحة في هذا المجال بعد.

اندماج نووي حراري

الطاقة المستقبلية للعالم ، وفقًا للعلماء المعاصرين ، مستحيلة بدون التكنولوجيا ، وهذا ، في الوقت الحالي ، هو أكثر التطورات الواعدة التي تُستثمر فيها مليارات الدولارات بالفعل.

في الطاقة المستخدمة للانشطار. إنه أمر خطير لأن هناك تهديدًا برد فعل غير منضبط سيدمر المفاعل ويؤدي إلى إطلاق كمية هائلة من المواد المشعة: ربما يتذكر الجميع الحادث الذي وقع في محطة تشيرنوبيل للطاقة النووية.

تستخدم تفاعلات الاندماج ، كما يوحي الاسم ، الطاقة المنبعثة عندما تندمج الذرات. نتيجة لذلك ، على عكس الانشطار الذري ، لا يتم إنتاج أي نفايات مشعة.

تكمن المشكلة الرئيسية في أنه نتيجة الاندماج النووي الحراري ، يتم تكوين مادة ذات درجة حرارة عالية بحيث يمكنها تدمير المفاعل بأكمله.

المستقبل هو الواقع. والأوهام هنا غير مناسبة ، في الوقت الحالي بدأ بناء المفاعل بالفعل في فرنسا. تم استثمار عدة مليارات من الدولارات في مشروع تجريبي تم تمويله من قبل العديد من الدول ، والتي تشمل ، بالإضافة إلى الاتحاد الأوروبي ، الصين واليابان والولايات المتحدة وروسيا ودول أخرى. في البداية ، كان من المقرر إطلاق التجارب الأولى في وقت مبكر من عام 2016 ، لكن الحسابات أظهرت أن الميزانية كانت صغيرة جدًا (بدلاً من 5 مليارات ، استغرق الأمر 19 عامًا) ، وتم تأجيل الإطلاق لمدة 9 سنوات أخرى. ربما في غضون سنوات قليلة سنرى ما يمكن للطاقة النووية الحرارية.

مشاكل الحاضر وفرص المستقبل

ليس فقط العلماء ، ولكن أيضًا كتاب الخيال العلمي ، يقدمون الكثير من الأفكار لتطبيق تكنولوجيا المستقبل في قطاع الطاقة ، لكن الجميع يتفقون على أنه حتى الآن لا يمكن لأي من الخيارات المقترحة أن تلبي تمامًا جميع احتياجات حضارتنا. على سبيل المثال ، إذا كانت جميع السيارات في الولايات المتحدة تعمل بالوقود الحيوي ، فيجب أن تغطي حقول الكانولا مساحة تساوي نصف البلد بأكمله ، بغض النظر عن حقيقة أنه لا يوجد الكثير من الأراضي المناسبة للزراعة في الولايات المتحدة. علاوة على ذلك ، فإن جميع طرق إنتاج الطاقة البديلة حتى الآن باهظة الثمن. ربما يوافق كل ساكن عادي في المدينة على أنه من المهم استخدام موارد صديقة للبيئة ومتجددة ، ولكن ليس عندما يتم إخبارهم بتكلفة هذا الانتقال في الوقت الحالي. لا يزال أمام العلماء الكثير من العمل للقيام به في هذا المجال. الاكتشافات الجديدة والمواد الجديدة والأفكار الجديدة - كل هذا سيساعد البشرية على التعامل بنجاح مع أزمة الموارد التي تلوح في الأفق. لا يمكن حل الكواكب إلا من خلال إجراءات معقدة. في بعض المناطق ، يكون استخدام توليد طاقة الرياح أكثر ملاءمة ، في مكان ما - الألواح الشمسية ، وما إلى ذلك. ولكن ربما يكون العامل الرئيسي هو تقليل استهلاك الطاقة بشكل عام وإنشاء تقنيات موفرة للطاقة. يجب أن يفهم كل شخص أنه مسؤول عن الكوكب ، ويجب على كل شخص أن يسأل نفسه السؤال: "ما نوع الطاقة التي أختارها للمستقبل؟" قبل الانتقال إلى الموارد الأخرى ، يجب أن يدرك الجميع أن هذا ضروري حقًا. فقط من خلال نهج متكامل سيكون من الممكن حل مشكلة استهلاك الطاقة.