Tipos de energia: tradicional e alternativa. Energia do futuro

2024 Autor: Howard Calhoun | [email protected]. Última modificação: 2023-12-17 10:38

Todas as áreas de energia existentes podem ser condicionalmente divididas em maduras, em desenvolvimento e em fase de estudo teórico. Algumas tecnologias estão disponíveis para implementação mesmo numa economia privada, enquanto outras só podem ser utilizadas no âmbito do apoio industrial. É possível considerar e avaliar tipos modernos de energia a partir de diferentes posições, mas critérios universais de viabilidade econômica e eficiência de produção são de fundamental importância. Em muitos aspectos, os conceitos de uso de tecnologias tradicionais e alternativas de geração de energia divergem hoje nesses parâmetros.

Energia Tradicional

Esta é uma ampla camada de indústrias de calor e energia estabelecidas, fornecendo cerca de 95% dos consumidores de energia do mundo. A geração do recurso ocorre em estações especiais - são objetos de usinas termelétricas, hidrelétricas, usinas nucleares, etc. é gerado. Distinguem-se as seguintes fases de produção de energia:

• Produção, preparação e entrega de matérias-primas paraobjeto de produção de um ou outro tipo de energia. Podem ser processos de extração e enriquecimento de combustível, combustão de derivados de petróleo, etc.
• Transferência de matéria prima para unidades e montagens que convertem energia diretamente.
• Processos de conversão de energia do primário para o secundário. Esses ciclos não estão presentes em todas as estações, mas, por exemplo, para a conveniência de entrega e posterior distribuição de energia, várias formas podem ser utilizadas - principalmente calor e eletricidade.
• Manutenção da energia convertida finalizada, sua transmissão e distribuição.

Na fase final, o recurso é enviado para os usuários finais, que podem ser tanto setores da economia nacional quanto proprietários comuns.

Indústria de energia térmica

A indústria de energia mais comum na Rússia. As usinas termelétricas do país produzem mais de 1.000 MW usando carvão, gás, derivados de petróleo, depósitos de xisto e turfa como matéria-prima. A energia primária gerada é posteriormente convertida em eletricidade. Tecnologicamente, essas estações têm muitas vantagens, que determinam sua popularidade. Isso inclui condições de operação pouco exigentes e facilidade de organização técnica do fluxo de trabalho.

As instalações termoelétricas na forma de instalações de condensação e usinas combinadas de calor e energia podem ser construídas diretamente nas áreas onde o recurso consumível é extraído ou onde o consumidor está localizado. As flutuações sazonais não afetam a estabilidade das estações, o que torna talfontes de energia são confiáveis. Mas os TPPs também têm desvantagens, que incluem o uso de recursos de combustível esgotáveis, poluição ambiental, a necessidade de conectar grandes quantidades de recursos de mão de obra, etc.

Hidrelétrica

As estruturas hidráulicas em forma de subestações de energia são projetadas para gerar eletricidade a partir da conversão da energia do fluxo de água. Ou seja, o processo tecnológico de geração é proporcionado por uma combinação de fenômenos artificiais e naturais. Durante a operação, a estação cria uma pressão de água suficiente, que é então direcionada para as pás da turbina e aciona os geradores elétricos. Os tipos hidrológicos de energia diferem no tipo de unidades utilizadas, na configuração da interação dos equipamentos com os fluxos naturais de água, etc. De acordo com os indicadores de desempenho, podem ser distinguidos os seguintes tipos de usinas hidrelétricas:

• Pequeno - gera até 5 MW.
• Médio - até 25 MW.
• Poderoso - mais de 25 MW.

A classificação também é aplicada dependendo da força da pressão da água:

• Estações de baixa pressão - até 25 m.
• Pressão média - a partir de 25 m.
• Alta pressão - acima de 60 m.

As vantagens das usinas hidrelétricas incluem respeito ao meio ambiente, disponibilidade econômica (energia gratuita), recurso de trabalho inesgotável. Ao mesmo tempo, as estruturas hidráulicas exigem grandes custos iniciais para a organização técnica da infraestrutura de armazenamento, além de apresentarem restrições delocalização geográfica das estações - somente onde os rios fornecem pressão de água suficiente.

Indústria de energia nuclear

Em certo sentido, esta é uma subespécie de energia térmica, mas na prática, os indicadores de desempenho das usinas nucleares são uma ordem de grandeza maior do que as usinas termelétricas. A Rússia usa ciclos completos de geração de energia nuclear, o que permite gerar grandes quantidades de recursos energéticos, mas também há grandes riscos de usar tecnologias de processamento de minério de urânio. A discussão de questões de segurança e popularização das tarefas desta indústria, em particular, é realizada pelo ANO "Centro de Informações sobre Energia Nuclear", que possui escritórios de representação em 17 regiões da Rússia.

O reator desempenha um papel fundamental na execução dos processos de geração de energia nuclear. Esta é uma unidade projetada para suportar as reações de fissão dos átomos, que, por sua vez, são acompanhadas pela liberação de energia térmica. Existem diferentes tipos de reatores, diferindo no tipo de combustível e refrigerante utilizado. A configuração mais comumente usada é com um reator de água leve usando água comum como refrigerante. O minério de urânio é o principal recurso de processamento na indústria de energia nuclear. Por esse motivo, as usinas nucleares geralmente são projetadas para localizar reatores próximos a depósitos de urânio. Hoje, existem 37 reatores em operação na Rússia, cuja capacidade total de geração é de cerca de 190 bilhões de kWh/ano.

Características da energia alternativa

Quase todas as fontes alternativas de energia se comparam favoravelmenteacessibilidade financeira e respeito ao meio ambiente. De fato, neste caso, o recurso processado (petróleo, gás, carvão etc.) é substituído por energia natural. Pode ser a luz solar, as correntes de vento, o calor da terra e outras fontes naturais de energia, com exceção dos recursos hidrológicos, que hoje são considerados tradicionais. Os conceitos de energias alternativas existem há muito tempo, mas até hoje ocupam uma pequena parcela do suprimento total de energia mundial. Atrasos no desenvolvimento dessas indústrias estão associados a problemas na organização tecnológica dos processos de geração de energia elétrica.

Mas qual é a razão para o desenvolvimento ativo de energia alternativa hoje? Em grande medida, a necessidade de reduzir a taxa de poluição ambiental e os problemas ambientais em geral. Além disso, em um futuro próximo, a humanidade pode enfrentar o esgotamento dos recursos tradicionais usados na produção de energia. Portanto, mesmo apesar dos obstáculos organizacionais e econômicos, cada vez mais atenção é dada aos projetos para o desenvolvimento de formas alternativas de energia.

Energia Geotérmica

Uma das formas mais comuns de obter energia em casa. A energia geotérmica é gerada no processo de acumulação, transferência e transformação do calor interno da Terra. Em escala industrial, as rochas subterrâneas são atendidas em profundidades de até 2-3 km, onde a temperatura pode exceder 100°C. Quanto ao uso individual de sistemas geotérmicos, os acumuladores de superfície são mais usados, localizados não em poços em profundidade, mashorizontalmente. Ao contrário de outras abordagens de geração de energia alternativa, quase todas as fontes de energia geotérmica no ciclo de produção dispensam uma etapa de conversão. Ou seja, a energia térmica primária na mesma forma é fornecida ao consumidor final. Portanto, um conceito como sistemas de aquecimento geotérmico é usado.

Energia Solar

Um dos mais antigos conceitos de energia alternativa, utilizando sistemas fotovoltaicos e termodinâmicos como equipamentos de armazenamento. Para implementar o método de geração fotoelétrica, são utilizados conversores da energia dos fótons de luz (quanta) em eletricidade. As instalações termodinâmicas são mais funcionais e, devido aos fluxos solares, podem gerar calor com eletricidade e energia mecânica para criar uma força motriz.

Os esquemas são bastante simples, mas existem muitos problemas na operação de tais equipamentos. Isso se deve ao fato de que a energia solar, em princípio, é caracterizada por várias características: instabilidade devido a flutuações diárias e sazonais, dependência do clima, baixa densidade de fluxos de luz. Portanto, na fase de projeto de painéis solares e baterias, muita atenção é dada ao estudo de fatores meteorológicos.

Energia das ondas

O processo de geração de eletricidade a partir das ondas ocorre como resultado da transformação da energia da maré. No coração da maioria das usinas deste tipo está uma piscina,que se organiza quer durante a separação da foz do rio, quer bloqueando a baía com uma barragem. Bueiros com turbinas hidráulicas são dispostos na barreira formada. À medida que o nível da água muda durante as marés altas, as pás das turbinas giram, o que contribui para a geração de eletricidade. Em parte, esse tipo de energia se assemelha aos princípios de funcionamento das hidrelétricas, mas a mecânica de interação com o próprio recurso hídrico apresenta diferenças significativas. As estações de ondas podem ser utilizadas nas costas dos mares e oceanos, onde o nível da água chega a 4 m, possibilitando a geração de energia de até 80 kW/m. A f alta de tais estruturas se deve ao fato de que os bueiros atrapalham a troca de água doce e do mar, e isso afeta negativamente a vida dos organismos marinhos.

Energia Eólica

Outro método de geração de eletricidade disponível para uso em residências particulares, caracterizado pela simplicidade tecnológica e acessibilidade econômica. A energia cinética das massas de ar atua como um recurso processado, e um motor com pás rotativas atua como uma bateria. Normalmente, a energia eólica utiliza geradores de corrente elétrica, que são acionados como resultado da rotação de rotores verticais ou horizontais com hélices. Uma estação doméstica média deste tipo é capaz de gerar 2-3 kW.

Tecnologias de energia do futuro

Segundo especialistas, até 2100 a participação combinada de carvão e petróleo no balanço global será de cerca de 3%, o que deve fazer retroceder a energia termonuclearcomo fonte secundária de recursos energéticos. As estações solares devem ocupar o primeiro lugar, assim como novos conceitos de conversão de energia espacial com base em canais de transmissão sem fio. Os processos de se tornar a energia do futuro devem começar já em 2030, quando chegará o período de abandono das fontes de hidrocarbonetos e a transição para recursos "limpos" e renováveis.

Perspectivas da Energia Russa

O futuro da energia doméstica está associado principalmente ao desenvolvimento das formas tradicionais de transformação dos recursos naturais. O lugar-chave na indústria terá que ser ocupado pela energia nuclear, mas em versão combinada. A infra-estrutura das usinas nucleares terá que ser complementada por elementos de engenharia hidráulica e meios de processamento de biocombustíveis ecologicamente corretos. Nem o último lugar nas possíveis perspectivas de desenvolvimento é dado às baterias solares. Na Rússia, ainda hoje, esse segmento oferece muitas ideias atraentes - em particular, painéis que podem funcionar mesmo no inverno. As baterias convertem a energia da luz como tal, mesmo sem carga térmica.

Conclusão

Problemas modernos de fornecimento de energia colocam os maiores estados diante de uma escolha entre energia e limpeza ambiental de geração de calor e eletricidade. A maioria das fontes alternativas de energia desenvolvidas, com todas as suas vantagens, não são capazes de substituir totalmente os recursos tradicionais, que, por sua vez, podem ser utilizados por várias décadas. Portanto, a energia do futuro é muitasespecialistas o apresentam como uma espécie de simbiose de vários conceitos de geração de energia. Além disso, novas tecnologias são esperadas não apenas no nível industrial, mas também nas residências. A este respeito, pode-se notar os princípios gradiente-temperatura e biomassa de geração de energia.