Новый способ получения электроэнергии — Энергетика и промышленность России — № 15-16 (155-156) август 2010 года — WWW.EPRUSSIA.RU
Газета «Энергетика и промышленность России» | № 15-16 (155-156) август 2010 года
При этом создаваемый магнитный импульс создает в обмотке с ферромагнитным элементом импульс электрического тока.Известны следующие способы получения электроэнергии: химический, тепловой, с применением светочувствительных элементов и т. д., а также промышленные способы с применением генераторов переменного и постоянного тока, работающих на основе закона Ампера.
Наиболее близким к предлагаемому автором является способ получения электроэнергии от генератора постоянного или переменного тока, работающих на основе закона Ампера.
Недостатком выбранного в качестве прототипа способа является использование в качестве источника энергии механической силы. Получение этой силы сопровождается большими потерями, поэтому коэффициент полезного действия этого способа невысок.
Кроме того, использование преобразователей химической (или другой) энергии в механическую, а затем в электрическую значительно усложняет систему и снижает эффективность ее работы.
Целью изобретения является прямое преобразование химической энергии, запасенной в веществе, в электрическую.
Цель достигается тем, что для получения электроэнергии используется энергия движения и рекомбинации свободных радикалов молекул газа в постоянном внешнем магнитном поле, образующейся при подаче активизирующегося импульса.
Для образования активных свободных радикалов используются высокоактивные горючие газы. В результате быстрого распространения волны горения образуются устойчивые соединения, и это (распространение волны) способствует, при движении объема свободных радикалов, изменению внешнего магнитного поля.
Сопоставимый анализ с прототипом показывает, что предлагаемый способ получения электроэнергии отличается отсутствием промежуточных ступеней для ее получения.
Таким образом, предлагаемый способ получения электроэнергии вполне может считаться новым.
Способ заключается в следующем.
На круглый стержень из ферромагнитного материала намотан токопроводящий провод, причем на обмотку надеты полые немагнитные торроидальные кольца. Последние имеют два патрубка: впускной и выпускной, с управляемыми задвижками каждый. Между впускным и выпускным патрубками внутри торроидального кольца имеется плотная перегородка, в которую встроена запальная свеча, связанная с блоком управления. Ферромагнитный стержень усиливает создаваемые в объеме колец электромагнитные импульсы, а также может создавать вокруг себя постоянное магнитное поле.
Для получения электроэнергии открывают управляемый клапан и через впускной патрубок подают горючую газовую смесь в полое торроидальное кольцо. После заполнения кольца на запальную свечу подают короткий активизирующий импульс, при этом вокруг образовавшегося разряда возникает интенсивное образование свободных радикалов по мере движения волны горения по объему тора.
Использование предлагаемого способа получения электроэнергии обеспечивает по сравнению с существующими способами следующие преимущества:
– позволяет упростить конструкцию машин, производящих электроэнергию;
– по сравнению с существующими способами экономичен, обладает более высоким коэффициентом полезного действия;
– позволяет использовать экологически чистые виды топлива для производства электроэнергии.
Это изобретение (патент РФ № 2091975) вполне может быть использовано для более качественного промышленного получения электроэнергии.
Дешевый, безопасный, экологичный, но редкий способ получения электричества в промышленных масштабах
После Чернобыля мир не испугался и не прекратил строительство атомных электростанций.
Мир решил, наверное, что это сработал специфически советский человеческий фактор. После катастрофы на АЭС «Фукусима» в Японии человечество осознало, что атомная энергия опасна даже в руках осторожных, ответственных, и технически продвинутых цивилизаций. Германия и другие страны ЕС уже думают о полном прекращении использования АЭС. Поэтому поиск новых, менее опасных источников энергии сейчас актуален как никогда. Одним из таких источников может стать тепло земли.
Сидим на грелке
Под наружной оболочкой Земли — земной корой — находится разогретая мантия, где, возможно, зарождаются вулканы (по другим теориям, вулканы зарождаются во внешней, расплавленной оболочке ядра). Горячая магма поднимается вверх по тектоническим трещинам и вступает в контакт с океанической водой, которая инфильтрируется из придонных областей океана в околомагматические зоны. Там вода нагревается, вбирает часть растворенных в магме газов — таких как сероводород и углекислый газ — и других химических веществ, захватывая и элементы из пород, сквозь которые она фильтруется.
На континентах земная кора обычно очень мощная — до 70, иногда до 100 километров. Более древние магматические породы обычно перекрыты толстым осадочным чехлом, и магме его просто не прорвать. Там же, где земная кора тоньше — например, в зонах перехода от континентальной коры к океанической — магме, раскаленным газам и перегретому водяному пару легче выбраться на поверхность. Именно в таких районах случаются самые интересные геологические события наших дней — извержения вулканов, землетрясения, именно там фыркают и плюются гейзеры, дымят фумаролы, и именно там сравнительно легок доступ к подземным источникам тепла. Вообще-то наиболее активные проявления вулканизма отмечаются в областях, где кора тоньше всего — на дне океанов, в зонах срединно-океанических хребтов, но ни видеть, ни толком изучать, ни тем более использовать этот вулканизм мы пока не научились.
Основная часть территории России расположена на двух древних, 2,5 — 3,5 млрд лет, платформах (Восточно-Европейской и Сибирской). Между ними лежит сравнительно молодая (всего 250-400 млн лет), но тоже надежная Западно-Сибирская плита. Поэтому в России районы с тонкой корой находятся только на дальних окраинах — на Камчатке и Курильских островах, которые входят в зону активных геологических процессов. «В областях современного вулканизма формируются и геотермальные месторождения, — говорит доктор геолого-минералогических наук, заведующий лабораторией тепломассопереноса ИВиС ДВО РАН Алексей Кирюхин. — Условия их формирования могут быть разными. Довольно часто работает правило: чем больше и активнее вулкан, тем меньше шансов найти в его окрестностях геотермальное месторождение (пример — вулкан Ключевский), чем крупнее геотермальное месторождение, тем меньше шансов увидеть в его пределах большой вулкан (пример — Долина гейзеров в Калифорнии)».
Области современного активного вулканизма в основном сосредоточены в так называемом Тихоокеанском огненном кольце — это практически все окраины Тихого Океана, включая Камчатку, Курилы, Японию, Индонезию, Филиппины, Анды и Кордильеры, цепочку Алеутских островов и архипелаг Огненная Земля.
Все эти территории относятся к зонам самой молодой, альпийской складчатости, и на окраинах материков подвержены процессу субдукции — поддвиганию океанической коры под континентальную. В процессе субдукции окраинные участки континентальной коры вздымаются, формируя горные хребты, а «ныряющая» фронтальная зона тонкой океанической коры плавится, давая «сырье» для современных вулканов.
К зонам альпийской складчатости относятся также Альпы и Пиренеи, Крым, Кавказ, Памир, Гималаи. Многие вулканы здесь уже прошли активную стадию, и в породах, перекрывающих остывающую магму, происходят постмагматические процессы. В таких районах затухающего или «дремлющего» вулканизма — который проявляется не столько извержениями, сколько работой гейзеров, фумарол, грязевых вулканов — как раз и существует возможность получения электричества в промышленных масштабах. В других, менее активных, областях, впрочем, тоже можно использовать земное тепло. Даже в стабильных платформенных областях встречаются источники термальных вод, да и геотермический градиент может быть достаточно высоким.
Креативная, дешевая и чистая технология
Использовать геотермальное тепло можно по-разному. Во-первых, как древние римляне, можно непосредственно применять термальные воды для обогрева и ванн. Бесчисленные горячие источники в Европе ли, в Америке, на Филиппинах, — это проявления все тех же поствулканических процессов. В России тепло подземных вод используется для обогрева зданий и теплиц в Калининградской области, в Западной Сибири, в Краснодарском крае. Такое «прямое» использование тепла позволяет сэкономить и снизить нагрузку на окружающую среду.
Новозеландская геотермальная станция Ваиракеи открыта в 1958 году, первой после войны и второй в мире (самая первая построена в итальянском городе Лардерелло в 1904 году).
Фото: National Geographic/Getty Images/Fotobank
Можно использовать тепловые насосы, позволяющие обогревать или охлаждать жилые дома за счет разницы температур между воздухом и грунтом.
А можно — в дополнение к простому обогреву — построить геотермальную электростанцию и получать очень дешевую электроэнергию. В зависимости от геологических условий, — то есть от температуры пород, наличия и состава воды в них — могут использоваться разные типы гидротермоэлектростанций.
В некоторых случаях геотермальная энергия позволяет убить сразу нескольких зайцев. Например, «Шеврон» использует для ее получения горячие воды, выкачиваемые из недр вместе с нефтью. На поверхности раскаленная смесь воды и пара отделяется от нефти, сепарируется, пар вращает турбины и дает электроэнергию, вода же закачивается обратно в породу. Это позволяет одновременно решить проблему токсичных сбросов и поддержать давление в нефтяном пласте, тем самым улучшая его нефтеотдачу и увеличивая срок использования скважины.
Геотермальная энергетика, новая отрасль на стыке нескольких наук и промышленности, привлекает внимание ученых и практиков разных специальностей. Одни задумываются, как добыть редкие и благородные металлы, растворенные в горячих подземных водах.
Может быть, именно в фазе охлаждения этих вод когда-нибудь и удастся извлечь золото и платину.
Другие изобретают способы применения низкотемпературных вод. Главный инженер ОАО «Геотерм» Дмитрий Колесников считает, что вскоре будет разработана технология вторичного использования сепарата, то есть частично охлажденной воды: «Ее можно будет использовать на любых промышленных предприятиях, где есть горячие стоки. Больших мощностей ожидать не стоит, но, во-первых, горячая вода идет на второй цикл, то есть снижается непроизводственное использование энергии, а во-вторых, можно будет решать проблему энергоснабжения самого предприятия».
Россия отличается стабильностью
Геотермальная энергетика в России начала развиваться в 1960 годах. Тогда были построены первые — по сути, экспериментальные — электростанции. Паужетская ГеоЭС (11 МВт), на одноименном геотермальном месторождении была построена в 1967 году. «Эта электростанция служила как бы опытной площадкой, на ней опробовались технологии, испытывалась паро-водяная смесь», — рассказал Колесников.
Неподалеку от нее расположены Мутновская ГеоЭС (50 МВт) и Верхне-Мутновская (12 МВт) ГеоЭС. На Курилах, на островах Кунашир и Итуруп, тоже работают две относительно небольшие ГеоЭС — 6 и 2,6 МВт. Собственно, этим недлинным списком и ограничивается действующая российская геотермальная энергетика.
Первая в России геотермальная электростанция — Паужетская — введена в эксплуатацию в 1966 году.
Фото: РИА НОВОСТИ
Не в силу политико-экономических или исторических причин, не потому, что за рубежом лучше головы или технологии, но исключительно из-за высокого уровня стабильности российского геологического устройства западные, восточные, юго-восточные и даже некоторые африканские страны оставили нас далеко позади в области геотермальной энергетики. В Исландии на геотермальных электростанциях получают 30% электроэнергии, на Филиппинах — более 25%, в Сальвадоре и Коста-Рике — около 15%, в Новой Зеландии и Никарагуа — 10%.
В США доля «геотермального» электричества невелика, всего 0,3%, но по объемам выработки США опережают все остальные страны мира.
В США к широко известным геотермальным электростанциям в Калифорнии и Неваде в 2006 году добавилась маленькая, но необычная электростанция в самой что ни на есть глубокой американской глубинке — на Аляске, на курорте China Hot Springs. Хотя термальные источники там горячи для человека (74С), эта температура все же слишком низка для производства энергии по обычной технологии. Тем не менее, решение — применение бинарного цикла — было найдено: в теплообменнике природная вода отдает свое тепло специальному реагенту, который закипает даже при столь низкой температуре. Слегка охлажденная (примерно до 70 градусов) вода честно возвращается в исходный горизонт. За пять лет эксплуатации температура поступающей воды упала примерно на градус. Три генератора могут давать 650 кВт в час, что достаточно, например, для обслуживания целого поселка. Каждый генератор стоит около $800 000, и окупаемости за полгода ожидать не стоит.
Но лет за 10 эти инвестиции окупятся даже при цене электричества в 6 центов за киловатт. Генератор, работающий на мазуте, «стоил» 30 центов за киловатт, так что разница очевидна.
А бинарная технология, использованная на Аляске, вообще-то изобретена в России еще в 1967 году, и использована на Паратунском геотермальном месторождении на Камчатке.
Экономика горячей воды
Как считает Дмитрий Колесников, преимущества геотермальной энергетики — в простоте процесса и дешевизне получаемой энергии. «Собственно, бурится скважина, из которой идет паро-водяная смесь, которая на станции сепарируется, пар вращает турбину, и дальше все работает как в обычной котельной», — объяснил он принцип работы.
Возле исландского города Гриндавика геотермальная электростанция совмещена со spa-курортом
Фото: AFP/EASTNEWS
Геотермальная энергия действительно обходится очень дешево, прежде всего за счет экономии на углеводородном сырье.
Самое дорогое — это скважины и линии электропередач. Правда, там, где можно построить ГЭС, геотермальные электростанции будут не столь экономически привлекательными. Но в России мощнейшие ГЭС строились тогда, когда понятия частной собственности на землю не было. Сегодня, чтобы затопить гигантские территории, нужно будет их у кого-то выкупить, что сильно поднимет цену киловатт-часа. Да и землю жалко (поэтому современные ГЭС строятся в основном в горах, где площадь затопления минимальна). А вот при сравнении цены «геотермального» киловатт-часа с ценой электричества, вырабатываемого ТЭС, разница уже сегодня не в пользу углеводородной энергетики.
Экология соленой воды
Люди, которые занимаются геотермальной энергетикой, как-то с восхищением к ней относятся. Они понимают, что это сравнительно дешевый, сравнительно безопасный способ получения электроэнергии из возобновляемых источников. Тем не менее, как и во всех отраслях промышленности, здесь есть свои проблемы.
Да, углеводородного топлива на ГеоЭС нет, но проблема отходов существует.
«Отходы» — это остывшая подземная вода, часто сильно соленая. Ее нельзя сбросить в ближайшую речку, она слишком токсична. Кроме того, при изъятии материала из недр обычно повышается сейсмическая активность, и из-за сейсмодислокаций приток пароводяной смеси на поверхность может вообще прекратиться. «Воды у нас (на Паужетской электростанции) — 1000 тонн в час, в идеале должен быть замкнутый цикл, на поверхность мы эту воду сливать не можем. Воду — сепарат — мы закачиваем обратно в пласт. Правда, не в то место, откуда мы ее берем, иначе мы быстро охладим «дающий» участок. Поэтому закачиваем не в него, а в соседние зоны», — объясняет Колесников.
В связи с высокой агрессивностью горячих подземных вод возникает проблема коррозии, износа оборудования. Но с коррозией, по мнению Колесникова, бороться можно — надо просто правильно подбирать материалы.
Геотермальную энергию добывать не всегда легко. Часто геотермальные месторождения находятся в труднодоступных местах или в зонах повышенной сейсмической активности.
В сейсмически активных зонах постройка ГеоЭС не только сопряжена с угрозой для работников, но может оказаться экономически бессмысленной: при структурных подвижках геотермальное месторождение может просто исчезнуть или поменять режим так, что работа станции станет невыгодной.
Геотермы вообще недостаточно изучены. Поверхностные, более легкодоступные геотермы часто имеют довольно короткий срок жизни. Исследования же глубоко залегающих, более крупных геотермальных месторождений требуют больших средств. Пока российская экономика живет за счет высоких цен на углеводородное сырье, научные и практические работы по геотермам будут оставаться недофинансированными. Это приведет к тому, что Россия, некогда первой применившая бинарную технологию, вновь окажется в хвосте, как и со сланцевым газом.
«Хотим, не хотим, а развивать будем»
Вряд ли геотермальная энергия придет в каждый дом. В России, во всяком случае, не завтра. Низкотемпературные технологии получения электричества пока еще дороги, а самое главное — в платформенных областях, где проживает большая часть населения России, горячие напорные подземные воды редки.
Поэтому в ближайшее время можно ожидать только развития применения тепловых насосов, которые позволяют напрямую использовать тепло земли.
Возможности для постройки ГеоТЭС, кроме Камчатки и Курил, существуют на Урале, в Краснодарском крае, на Ставрополье. Анализируются возможности строительства ГеоЭС в южных областях Западной Сибири. «А вообще, должна быть энергетическая стратегия по регионам, комплексный подход. Если есть возможность построить геотермальную электростанцию — надо строить: это и дешевая энергия, и отсутствие потребности в углеводородном сырье», — считает Колесников.
Алексей Кирюхин уверен, что геотермальную энергию можно получать всюду — вопрос в количестве и качестве. Но, конечно, для гидротермальных электростанций главным ограничивающим фактором еще долго будет служить строгая привязанность к источникам тепла.
Даже если экономия на геотермальной электроэнергии окажется меньше ожидаемой, выигрыш для природы очевиден. Валентина Свалова из Института геоэкологии РАН в работе «Геотермальные ресурсы России и их комплексное использование» показала, что если за счет геотермальной энергетики удастся достичь выработки электричества в 7800 ГВт.
ч, то это позволит сэкономить 15,4 млн баррелей нефти, что исключит выброс приблизительно 7 млн тонн СО2.
Возобновляемость и дешевизна делают геотермальную энергию крайне привлекательной. «Хотя геотермальные электростанции имеют более низкий потенциал, дают меньшую мощность, они не требуют использования углеводородного сырья, — повторяет Колесников. — Ситуация с нефтью понятна, цены будут только расти, поэтому, хотим мы или не хотим, а геотермальную энергетику развивать будем».
Суммарная мощность геотермальных электростанций
Татьяна Крупина
Найден новый способ получения электричества: Город: Среда обитания: Lenta.ru
Житель республики Сьерра-Леоне в Западной Африке Джеремия Торонка (Jeremiah Thoronka) разработал специальную установку, которая позволяет обеспечить электричеством тысячи домов без особых усилий и вреда природе. Молодой человек нашел способ производства «чистой» энергии из вибраций в окружающей среде, сообщает «Би-би-си».
Третий год подряд Торонка, которому сейчас 20 лет, занимается решением проблемы дефицита энергоснабжения родной страны, с которой сам сталкивался с детства.
Поступив в Африканский университет лидерства в Руанде (African Leadership University in Rwanda), молодой человек основал инновационный стартап по производству электричества Optim Energy.
В основе технологии лежит пьезоэлектрическое устройство, которое использует энергию тепла, движения и давления из окружающей среды. Когда установка находится под дорогой с интенсивным движением транспорта и пешеходным трафиком, она поглощает вибрации и использует их для генерации электрического тока. Выбросов парникового газа, в отличие от классических электростанций, при этом нет, так как отсутствует процесс сжигания топлива.
Материалы по теме
08:01 — 20 апреля
00:00 — 17 июня
Новое величие.
Россия может возглавить мировую энергетическую революцию. Что ей мешает?
Такой источник электричества имеет преимущества и перед некоторыми альтернативными установками для выработки энергии. Работа вибрационных устройств не зависит от погодных условий, как солнечные и ветряные станции.
Еще одним большим плюсом изобретения является отсутствие необходимости в батареях и подключении к внешнему источнику питания.
По данным организации «Устойчивая энергия для всех» (Sustainable Energy for All (SEforALL)), только 26 процентов населения Сьерра-Леоне имеют доступ к электричеству. В сельской местности большинство людей не могут подключиться к национальной сети. С доступным электричеством у детей появится больше времени для учебы и включения в цифровую среду мира, а у взрослых — возможность поддерживать экономическую деятельность, считает представитель университета Винни Мучина (Winnie Muchina).
Компания Optim Energy провела успешную пилотную программу в нескольких районах, и население с радостью приняло новинку. Используя два устройства, стартап бесплатно обеспечил электроэнергией 150 домов с населением в 1,5 тысячи человек, а также 15 школ. Кроме того, Торонка выпустил онлайн-калькулятор энергоэффективности, который отслеживает модели потребления людей в зависимости от использования ими разной бытовой техники.
Работа Торонки получила международное признание. В марте 2021 года ему вручили «Молодежную премию содружества» (Commonwealth Youth Award), которую ежегодно присуждают пяти молодым людям, изменившим жизнь своих сограждан в лучшую сторону. Приз в 2,8 тысячи долларов Торонка потратит на развертывание устройств еще в нескольких городах и прибрежных регионах Сьерра-Леоне, чтобы к 2030 году обеспечить электроэнергией около 100 тысяч человек.
В поисках новых источников энергии, которые являются безопасными для природы, другая африканская страна, Кения, решила подробнее изучить ресурсы подземных вод. Национальная электростанция Олкария компании Kenya Electricity Generating Co (KenGen) получает электричество из геотермальных залежей в вулканических зонах, пропитанных сернистыми газами.
Найден способ получения электроэнергии из дождевой воды
https://ria.ru/20200217/1564877667.html
Найден способ получения электроэнергии из дождевой воды
Найден способ получения электроэнергии из дождевой воды — РИА Новости, 17.
02.2020
Найден способ получения электроэнергии из дождевой воды
Ученые разработали новый метод получения электроэнергии из капель дождя. Благодаря предложенным усовершенствованиям им удалось добиться невероятной… РИА Новости, 17.02.2020
2020-02-17T15:43
2020-02-17T15:43
2020-02-17T15:43
наука
экология
энергетика
сша
китай
гонконг
открытия — риа наука
химия
/html/head/meta[@name=’og:title’]/@content
/html/head/meta[@name=’og:description’]/@content
https://cdnn21.img.ria.ru/images/149540/62/1495406286_0:138:2000:1263_1920x0_80_0_0_3f6e96c4f9e0cee44265e6375c49888c.jpg
МОСКВА, 17 фев — РИА Новости. Ученые разработали новый метод получения электроэнергии из капель дождя. Благодаря предложенным усовершенствованиям им удалось добиться невероятной эффективности: энергии одной дождевой капли хватает, что бы зажечь 100 светодиодных ламп. Описание приведено в журнале Nature.Попытки получать энергию из падающих с неба дождевых капель делались давно, но все они упирались в мощность генератора, которая оказывалась слишком малой.
В новом исследовании китайские инженеры в сотрудничестве с американскими коллегами предлагают новый интерфейс энергогенерирующей установки, при котором мощность генератора существенно увеличивается.Капли дождя, падая на поверхность пластин генератора, создают водяной мост между алюминиевым электродом и электродом из оксида индия и олова. Образуется замкнутый контур, в котором может высвобождаться энергия. Идея разработчиков заключалась в том, чтобы накрыть поверхность генератора пленкой из политетрафторэтилена (ПТФЭ), которая способна накапливать поверхностный заряд при непрерывном попадании капель воды, пока он не достигнет насыщения. В подобном устройстве капли действуют как резисторы, а поверхностное покрытие — как конденсатор.Хотя проводимые ранее эксперименты с каплями воды также демонстрировали возможность преобразовывать их энергию в электричество, авторы пишут, что мгновенная мощность, создаваемая их генератором с покрытием, оказалась в тысячи раз выше, чем в предыдущих подходах, в которых отсутствовало покрытие.
Прототип для практического применения будет готов в ближайшие пять лет, обещают ученые. В перспективе можно будет получать энергию от капель дождя, попадающих на любую поверхность — крышу дома, корпус лодки или купол зонта, от которого можно будет заряжать телефон. А для регионов, где в определенное время года идут сильные дожди, такой способ получения энергии из природного возобновляемого источника может быть весьма перспективным.»Наше исследование показывает, что капля объемом 100 микролитров воды, падающая с высоты 15 сантиметров, может генерировать напряжение свыше 140 вольт, а за счет ее мощности могут питаться 100 небольших светодиодных ламп», — приводятся в пресс-релизе слова руководителя исследования Ван Цуанкая (Zuankai Wang), инженера из Городского университета Гонконга.»Значимость этой технологии заключается в существенно увеличенной электрической мощности на каждую каплю дождя, которая делает устройство намного более эффективным для преобразования энергии из падающей капли в электричество», — говорит еще один участник исследования, химик Сяо Чен Цзэн (Xiao Cheng Zeng) из Университета Небраски-Линкольна (США).
Технология, предложенная авторами, является универсальной для получения энергии из любой воды, не обязательно дождевой. Ее можно использовать и в замкнутых резервуарах или трубах.»Наш дизайн является общим, что означает, что его можно усовершенствовать, чтобы собирать энергию водяных волн и даже замкнутой воды внутри трубы. Для этого не нужно использовать падающую каплю», — говорит Ван.Авторы отмечают, что у их технологии есть еще нерешенные вопросы, один из них — коррозия электродов. Но за пять лет, которые отведены проектом на разработку промышленного образца, ученые планируют устранить эти препятствия.Исследователи надеются, что предложенный ими метод использования дождевой воды для выработки электроэнергии станет важным шагом в направлении энергоэффективности и экологически чистой энергетики.
https://ria.ru/20190326/1552093195.html
https://ria.ru/20190912/1558378000.html
сша
китай
гонконг
РИА Новости
7 495 645-6601
ФГУП МИА «Россия сегодня»
https://xn--c1acbl2abdlkab1og.
xn--p1ai/awards/
2020
РИА Новости
7 495 645-6601
ФГУП МИА «Россия сегодня»
https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/awards/
Новости
ru-RU
https://ria.ru/docs/about/copyright.html
https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/
РИА Новости
7 495 645-6601
ФГУП МИА «Россия сегодня»
https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/awards/
https://cdnn21.img.ria.ru/images/149540/62/1495406286_67:0:1934:1400_1920x0_80_0_0_52a22dfd5618ae364e5facb9669438e1.jpgРИА Новости
7 495 645-6601
ФГУП МИА «Россия сегодня»
https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/awards/
РИА Новости
7 495 645-6601
ФГУП МИА «Россия сегодня»
https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/awards/
экология, энергетика, сша, китай, гонконг, открытия — риа наука, химия, физика
МОСКВА, 17 фев — РИА Новости.
Ученые разработали новый метод получения электроэнергии из капель дождя. Благодаря предложенным усовершенствованиям им удалось добиться невероятной эффективности: энергии одной дождевой капли хватает, что бы зажечь 100 светодиодных ламп. Описание приведено в журнале Nature.Попытки получать энергию из падающих с неба дождевых капель делались давно, но все они упирались в мощность генератора, которая оказывалась слишком малой. В новом исследовании китайские инженеры в сотрудничестве с американскими коллегами предлагают новый интерфейс энергогенерирующей установки, при котором мощность генератора существенно увеличивается.
Капли дождя, падая на поверхность пластин генератора, создают водяной мост между алюминиевым электродом и электродом из оксида индия и олова. Образуется замкнутый контур, в котором может высвобождаться энергия. Идея разработчиков заключалась в том, чтобы накрыть поверхность генератора пленкой из политетрафторэтилена (ПТФЭ), которая способна накапливать поверхностный заряд при непрерывном попадании капель воды, пока он не достигнет насыщения.
В подобном устройстве капли действуют как резисторы, а поверхностное покрытие — как конденсатор.
Хотя проводимые ранее эксперименты с каплями воды также демонстрировали возможность преобразовывать их энергию в электричество, авторы пишут, что мгновенная мощность, создаваемая их генератором с покрытием, оказалась в тысячи раз выше, чем в предыдущих подходах, в которых отсутствовало покрытие.
Прототип для практического применения будет готов в ближайшие пять лет, обещают ученые. В перспективе можно будет получать энергию от капель дождя, попадающих на любую поверхность — крышу дома, корпус лодки или купол зонта, от которого можно будет заряжать телефон. А для регионов, где в определенное время года идут сильные дожди, такой способ получения энергии из природного возобновляемого источника может быть весьма перспективным.
26 марта 2019, 09:03НаукаУченые нашли быстрый способ получать материалы «новой энергетики»«Наше исследование показывает, что капля объемом 100 микролитров воды, падающая с высоты 15 сантиметров, может генерировать напряжение свыше 140 вольт, а за счет ее мощности могут питаться 100 небольших светодиодных ламп», — приводятся в пресс-релизе слова руководителя исследования Ван Цуанкая (Zuankai Wang), инженера из Городского университета Гонконга.
«Значимость этой технологии заключается в существенно увеличенной электрической мощности на каждую каплю дождя, которая делает устройство намного более эффективным для преобразования энергии из падающей капли в электричество», — говорит еще один участник исследования, химик Сяо Чен Цзэн (Xiao Cheng Zeng) из Университета Небраски-Линкольна (США).
Технология, предложенная авторами, является универсальной для получения энергии из любой воды, не обязательно дождевой. Ее можно использовать и в замкнутых резервуарах или трубах.
«Наш дизайн является общим, что означает, что его можно усовершенствовать, чтобы собирать энергию водяных волн и даже замкнутой воды внутри трубы. Для этого не нужно использовать падающую каплю», — говорит Ван.
Авторы отмечают, что у их технологии есть еще нерешенные вопросы, один из них — коррозия электродов. Но за пять лет, которые отведены проектом на разработку промышленного образца, ученые планируют устранить эти препятствия.
Исследователи надеются, что предложенный ими метод использования дождевой воды для выработки электроэнергии станет важным шагом в направлении энергоэффективности и экологически чистой энергетики.
Основные способы генерации электроэнергии в России
Чтобы более точно прогнозировать производственные показатели, выручку и себестоимость генерирующих компаний для их последующего фундаментального анализа, необходимо понимать как производится электроэнергия и какие факторы влияют на ее выработку.
Производство электроэнергии
Электрическая энергия, по большей части, образуется за счет механической энергии от вращения турбины. Отличия лишь в том, за счет чего приводится в движение эта турбина.
Производство электроэнергии можно разделить по способам получения на 2 основных типа: из невозобновляемых источников энергии (использование в качестве топлива такого сырья как природный газ, уголь, мазут или дизельное топливо) и из возобновляемых источников энергии, где в качестве ресурсов используется энергия воды, ветра, солнца и пр.
Еще есть атомная энергетика, где в качестве источника электроэнергии используется ядерная энергия, выделяемая при делении атомов.
Подробно рассмотрен этот тип не будет, т.к. в России все атомные электростанции (АЭС) принадлежат государственной корпорации «Росатом», акции которой не котируются на Московской бирже.
Тепловая генерация
К производству электроэнергии из невозобновляемых источников относится тепловая генерация. Электричество производится на тепловых электростанциях (ТЭС), которые бывают двух типов: конденсационные (КЭС) и теплофикационные (ТЭЦ). Принцип работы одинаковый, а отличие лишь в том, что КЭС производят в основном электроэнергию, а ТЭЦ еще и тепловую энергию, используемую для отопления и горячего водоснабжения. КЭС называют ГРЭС — государственная районная электростанция, которые часто можно спутать с ГЭС — гидроэлектростанция, о них будет рассказано другой части статьи.
На данный момент тепловая генерация — это самый популярный способ производства энергии основными генерирующими компаниями, которые торгуются на Московской бирже («Интер РАО», «РусГидро», «Юнипро», «Мосэнерго», «ОГК-2», «ТГК-1», «Энел Россия»).
На картинке представлена схема работы компании «Мосэнерго»:
https://mosenergo.gazprom.ru/about/business-model/
В тепловой генерации, как следует из названия, приводит в движение турбину тепловая энергия в виде пара, которая образуется в результате сжигания органического топлива.
Более детальная схема работы ТЭЦ «Мосэнерго» представлена на картинке:
https://mosenergo.gazprom.ru/about/business-model/tpp-operation-sheme/
Еще более наглядно узнать про принцип работы ТЭЦ можно в коротком познавательном видео:
Все больше компаний, акции которых торгуются на Московской бирже, на своих ТЭС переходят на газ, как более экологически чистое топливо, постепенно отказываясь от угля и прочих видов топлива. Это важно, т.к. львиную долю в себестоимости генерирующих компаний составляет топливообеспечение, которое формируется в зависимости от цен, в основном, на газ.
Если ТЭЦ производят электроэнергию и тепло, то котельные производят только тепловую энергию, которая направляется потребителям для отопления помещений и обеспечения горячего водоснабжения.
Принцип работы котельной «Мосэнерго» представлен на рисунке:
https://mosenergo.gazprom.ru/about/business-model/boiler-operation-sheme/
Котельные существенно уступают в энергоэффективности ТЭЦ, которые вырабатывают еще и электроэнергию. Поэтому компании, у которых еще есть котельные постепенно от них отказываются, перенаправляя нагрузку на ТЭЦ, что позволяет повысить эффективность работы и экономит топливо.
Перейдем к рассмотрению производства электроэнергии благодаря возобновляемым источникам энергии. Так называемая «зеленая» энергия образуется за счет постоянно восстанавливающихся или неиссякаемым по человеческим меркам ресурсов. Это может быть поток воды, ветер, солнечный свет или тепловая энергия недр Земли.
Гидрогенерация
На гидроэлектростанциях (ГЭС) вращает турбину поток воды.
Обычно строится плотина, которая перекрывает реку. В месте перекрытия образуется водохранилище. В плотине есть специальные водозаборные отверстия, через которые вода по трубам поступает к турбине, вращает ее и продолжает свой путь обратно в русло реки, расположенное ниже уровня водохранилища. Вращающаяся турбина приводит в движение генератор, который, непосредственно, и вырабатывает электроэнергию. Таким образом энергия водного потока преобразуется в электрическую.
Схема работы гидроэлектростанции (ГЭС):
https://www.kp.ru/best/krsk/metalenergy/
На динамику выработки электроэнергии ГЭС влияет уровень воды в водохранилищах. Чем он выше, тем больше выработка.
Из достоинств стоит отметить дешевизну электроэнергии по сравнению с тепловой генерацией.
В России явным лидером в гидрогенерации является «РусГидро».
Ветряная генерация
На ветряных электростанциях (ВЭС) в движение турбину приводит ветер. Ветряная электростанция представляет собой ветропарк, который состоит из нескольких ветрогенераторов.
Принцип работы простой: ветер вращает лопасти, которые соединены с генератором, производящим электроэнергию. Необходимая скорость ветра для размещения ветряной электростанции составляет от 4,5 м/с. Так как скорость ветра возрастает с повышением высоты, то ВЭС стараются строить на возвышенности, а сами ветрогенераторы высотой 30-60 метров.
Схема работы ветрогенератора:
http://tdap.ru/press/news/podshipniki-dlya-vetrogeneratorov/
На российском рынке на ветряную генерацию делает ставку и активно развивает данное направление «Энел Россия».
Следующие виды генерации электроэнергии не используются в российской энергетике широко.
Солнечная генерация
Солнечные электростанции (СЭС) состоят из большого количества солнечных батарей, которые чаще всего представляют собой фотоэлемент, являющийся полупроводниковым устройством, преобразующим солнечную энергию в электрическую.
Отличительной особенностью от других видов генераций, является иной принцип преобразования энергии без использования турбин.
Из недостатков следует отметить зависимость от погодных условий и времени суток, сезонность в средних и высоких широтах, необходимость использования довольно большой площади.
В России солнечную генерацию использует «РусГидро».
Геотермальная генерация
На геотермальных электростанциях (ГеоТЭС) электрическая энергия вырабатывается за счет тепловой энергии из недр Земли. Принцип работы аналогичен тепловым электростанциям, но нет необходимости в сжигании топлива, т.к. тепло уже имеется в виде пара или горячей воды, благодаря гейзерам.
В России ГеоТЭС расположены в Камчатском крае и принадлежат ПАО «Камчатскэнерго», которое входит в группу «РусГидро».
Ниже представлена сводная таблица с разбивкой установленных мощностей основных генерирующих компаний, представленных на Московской бирже, по видам производства энергии:
«Интер РАО» | «РусГидро» | «Юнипро» | «Мосэнерго» | ОГК-2 | ТГК-1 | «Энел Россия» | |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
Теплогенерация, МВт | 31390 | 8506 | 11245 | 12825 | 19012 | 4062 | 5629 |
Гидрогенерация, МВт | 439 | 29366 | 0 | 0 | 0 | 2856 | 0 |
Ветрогенерация, МВт | 32 | 5 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |
Солнечная генерация, МВт | 0 | 3 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |
Геотермальная генерация, МВт | 0 | 74 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |
Общая мощность, МВт | 31860 | 37954 | 11245 | 12825 | 19012 | 6918 | 5629 |
Основным типом производства энергии является тепловая генерация.
Гидрогенерация представлена 2-мя компаниями: «РусГидро», где гидрогенерация составляет более 77% от общей мощности, и «ТГК-1», где гидрогенерация составляет более 41%. Ветряная генерация используется «Интер РАО», но в ближайшей перспективе «Энел Россия» вырвется в лидеры, т.к. в 2021 году вводится в эксплуатацию Азовская ВЭС мощностью 90 МВт, а в следующие 3-4 года планируется достроить еще 2 ветропарка общей мощностью 272 МВт.
В следующей статье мы рассмотрим основные источники заработка генерирующих компаний в России
5 альтернативных способов получения электроэнергии — VINUR
Сегодня все больше внимания уделяется вопросу получения электрической энергии альтернативными способами. Как получить электричество? Скоро человечество столкнется с проблемой дефицита нефти, газа и угля. Также возможны сокращения добычи урана, который используется на атомных электростанциях. Поэтому у нас возникает логичный вопрос: что мы будем делать дальше? Ведь без электричества в мире начнется полный хаос, так как все глобальные сети работают за счет потребления электричества.
К чему может привести конец эры углеводородов?
Решением данной проблемы ученые занимаются уже несколько десятилетий. Появляется все больше разработок, связанных с получением электрического тока из альтернативных источников. Некоторые из них используются человеком довольно успешно. Многие страны мира стали задействовать силы природы для преобразования их энергии в электричество. В новостях часто сообщается об открытии новых электростанций, которые работают с использованием силы ветра, отлива и прилива морей, солнечной энергии и других.
Но чтобы сократить потребление электричества и создать благоприятные условия для работы оборудования, человек использует трехфазный стабилизатор напряжения или бытовые стабилизирующие устройства. Это позволяет частично решать вопросы с перепадами напряжения в быту и на производстве, а также создает экономически выгодные условия его потребления. Мы начали уделять больше внимания экономии энергоресурсов и улучшению качества их потребления.
Наука не стоит на месте
Сегодня человечество разработало множество способов, как получить электрический ток за счет природных явлений. Мы решили рассказать сегодня про 5 способов вырабатывания электроэнергии, которые считаем необычными по той причине, что они не набрали достаточной популярности. Может, некоторые из вас скажут, что они являются экономически затратными и неэффективными, но это не говорит о том, что человечество от них откажется.
Эти инновационные способы в ближайшее время смогут использоваться человеком, как новые источники получения электрического тока. Даже с появлением нефти человечество считало этот природный ресурс неэффективным и неизвестным, но сегодня она используется во многих областях нашей деятельности.
Сегодня мы еще точно не можем сказать, чем человечество заменит привычные электрические источники. Возможно, один из способов, который мы опишем ниже, станет альтернативным.
Морская вода
Запасы соленой воды на планете просто огромны, поэтому ученые решили разработать электростанцию, которая будет работать на данном ресурсе.
Единственная электрическая станция была построена в Европе фирмой Starkraft. Электрическая энергия добывается по технологии использования осмоса. Если говорить простым языком, происходит смешивание соленой и пресной воды, что приводит к образованию энергии из-за увеличения энтропии жидкостей. Данная энергия необходима для приведения в действие гидротурбин электрогенераторов.
Этот способ не такой эффективный, как атомные электростанции, но он не наносит большого вреда окружающей среде.
Топливные элементы
Сегодня также разработана электростанция, которая работает на элементах топливного типа, имеющая мощность до 0,5 ГВт. Работает она за счет горения топлива в элементе, который перерабатывает энергию тепла в электрический ток. По сути, это дизельный генератор, в котором не используется дизельное топливо и генератор. Электростанция не загрязняет окружающую среду, так как не выбрасывает в атмосферу продукты горения. Также такой источник получения электрической энергии имеет высокий КПД.
Термические генераторы
Для того чтобы получить электрический ток можно использовать энергию тепла. Этой теории уже больше 100 лет, но сегодня она стала популярной из-за большого применения технологий по энергетической экономии. Сегодня данный способ используют и в промышленных масштабах. Например, в коммунально-отопительных системах получают тепло и электроэнергию для своих нужд.
Пьезоэлектрические генераторы
Закон сохранения кинетической энергии стал основой работ для получения электричества в экспериментальных установках — пьезоэлектрических генераторах. Их применяют в качестве эксперимента в зонах большого передвижения людей, танцполах, на железнодорожных вокзалах и в метро. Есть даже идея создавать «зеленые» фитнес-центры и спортзалы, в которых посетители смогут своими действиями производить до 3,6 мегават электричества в год.
Наногенераторы
Вы знаете, что в организме человека происходят микроколебания, которые можно преобразовать в электрическую энергию? Для преобразования небольших колебаний в организме человека в электрический ток используются наногенераторы.
Такие технологии можно применять для зарядки мобильных устройств. Любое движение человека можно использовать для получения электрической энергии. Сегодня существует много разработок, которые объединяют использование наногенераторов и солнечных батарей.
Ветер, солнце и вода — история зелёной энергетики
Сегодня тема возобновляемых источников энергии (ВИЭ) интересует не только профессионалов, но и обычных людей. О ней много говорят в новостях, а экологи призывают глав стран в кратчайшие сроки перейти на зелёные технологии, чтобы приостановить климатический кризис. Многие страны, включая Европейский Союз, уже начали реализовывать собственные программы зелёного курса, где ВИЭ играют ключевую роль.Тема ВИЭ вызывает и множество разногласий в самых разных кругах: «Если такая энергия не наносит урона планете, почему мы всё ещё используем уголь, нефть и газ?» или «Я слышал, это очень дорого, нас просто хотят обмануть эти зелёные корпорации».
И если на западе, да и во многих других странах этот этап уже пройден, то для России ВИЭ зачастую воспринимается как что-то новое.
Более того, по мнению скептиков, «новые технологии» ещё не доказали своей эффективности. Но так ли это?
Новое или хорошо забытое староеНа самом деле возобновляемая энергетика — самый древний и безопасный способ получения энергии. На протяжении веков возобновляемая энергия была единственным доступным источником энергии для жителей Земли, если не брать мускульную силу самого человека и животных. А вот ископаемые источники энергии взяли верх только во время промышленной революции — всё дело в том, что они просто оказались выгоднее на определённом этапе развития цивилизации. Однако в то время никто не предполагал, что уголь, нефть, а затем и газ нанесут непоправимый урон климату планеты буквально за какую-то сотню лет. Так, ископаемое топливо оказалось бомбой замедленного действия, а проверенное веками ВИЭ — на долгие годы ушло на второй план.
Чтобы разобраться во всех тонкостях темы возобновляемой энергетики, мы подготовили для вас серию материалов, первый из которых мы посвящаем истории возникновения ВИЭ. В нём обсудим историю трёх самых широко упоминаемых видов возобновляемой энергетики — солнечной, ветряной и гидроэнергетики, чтобы увидеть, какой огромный путь проделала наша цивилизация в сфере зелёных технологий.
ВетроэнергетикаИстория ВИЭ — это история больших открытий, начавшихся ещё до начала нашей эры. На протяжении тысячелетий люди искали способы получения энергии новыми способами. Использование человеком ветра берёт своё начало из древности. Давайте вспомним парусные суда Древнего Египта, Греции и других цивилизаций, которые люди использовали ещё 5500 тысяч лет назад. Позже начали появляться мельницы и естественная вентиляция.
Ветряные мельницы веками использовались на Востоке (в Китае, Персии и других странах) и только к X—XII веку перекочевали в Европу, где особое распространение получили на территории современных Нидерландов и ряде других северных стран.
В странах с низкими температурами такой способ получения энергии имел серьёзное преимущество перед использованием кинетической энергии воды, которая могла замерзать в зимний период. Мельницы использовали веками без серьёзных модификаций.
Только в 1854 году Дэниел Халладей придумал саморегулирующийся ветряной насос и систему, при которой мельница могла автоматически поворачиваться по направлению ветра. Тогда же деревянные лопасти заменили на металлические.
Поворотным также стал и 1887 год, когда была создана первая в мире ветряная турбина, которую можно было использовать для производства электроэнергии. Шотландский учёный Джеймс Блит использовал её для освещения собственного дома (излишки электроэнергии он даже предлагал жителям своей улицы, но они отказались). Таким образом он стал первым человеком в мире, который автономно обеспечил себя электричеством за счёт энергии ветра. Уже на следующий год первый ветрогенератор появился и в США. Чарльз Браш сконструировал уже более сложный и крупный ветрогенератор, чтобы так же провести электричество в свой дом.
Его компания Brush Electric в штате Огайо была продана в 1889 году, а уже в 1892 году объединена с Edison General Electric Company в легендарную компанию General Electric.
В 1891-1895 датский учёный Пол Ля Кур занимался разработкой и усовершенствованием этой технологии представил обществу ветрогенератор, который обеспечивал стабильное напряжение. В дальнейшем он создал прототип электростанции для освещения не одного дома, а уже целой деревни.
В двадцатых годах прошлого века французский учёный Джордж Дарье изобрёл первую вертикальную турбину (в США её запатентовали только в 1931 году). Форма лопастей довольно сильно отличалась от лопастей современных вертикальных турбин. Их ещё называют ортогональными ветрогенераторами.
И уже в 1930-х годах учёные Джо и Марселлус Джейкобс из США открыли первую фабрику по производству и продаже небольших ветряных турбин в Миннеаполлисе — Jacobs Wind (сейчас это самая старая компания в США, которая создаёт оборудование для возобновляемой энергетики).
В сельских районах США фермеры использовали их преимущественно для освещения.
Кстати, предшественником современных ветряков часто называют ялтинский ветряной двигатель, который обладал серьёзной мощностью не только для того времени, но и для сегодняшних дней. Более того, его производительность была весьма близка к той, что показывают современные ветрогенераторы.
В 1941 году была запущена первая в мире ветряная турбина мощностью в один мегаватт (в штате Вермонт, США). Конструкция была подключена к местной электросети. К 1957 году та самая компания Jacobs Wind продала уже 30 000 турбин в самые разные уголки планеты. Но поворотным годом в развитии ветряной энергетики стал 1973 год, когда было объявлено нефтяное эмбарго поставщиками нефти, и цены на нефть взлетели вверх. Это вызвало большой интерес к альтернативным источникам энергии. И уже в 1980 году открылась первая в мире ветряная электростанция на 20 турбин (США).
В дальнейшем ветряная энергетика развивалась намного стремительнее.
К 1980-м годам США при поддержке Национального научного фонда и Министерства энергетики уже проводили серьёзные исследования в области ветрогенерации. Именно в этот период появились новые технологии в постройке ветрогенераторов, а их единичная мощность достигла мегаваттного класса. Этого удалось добиться, изучая аэродинамику ветряных установок. Тогда стало понятно, что получение энергии с помощью ветра может стать по-настоящему масштабным. И уже в 1991 году открылась первая в мире морская плавучая ветряная электростанция в Дании, а в Великобритании береговая ветряная электростанция.
В 2019 энергетическая компания Equinor получила разрешение на строительство крупнейшей в мире плавучей морской ветряной электростанции в районе Тампена в Северном море. Ожидается, что такая электростанция сможет обеспечить электричеством не менее 4,5 млн домов.
Солнечная энергетикаЕсли ветроэнергетика скорее модифицировалась и совершенствовалась, то с солнечной энергией дела обстоят иначе.
Здесь открытия учёных в течение последних десятилетий кардинально изменили способы использования солнечного света.
Древние люди использовали солнечный свет для нагревания пищи, отопления домов и розжига. В первые века нашей эры — 100-400 годы — стал популярен солнечный нагрев воды. Римский архитектор Ветрувий после поездки в Грецию, где уже строили дома на южную сторону для дополнительного отопления за счёт нагревания стены и всего здания солнечными лучами, решил применить эту идею и в Риме. Так были усовершенствованы римские бани, которые тоже нагревались с помощью солнца.
Сложно оценить, когда человечество подошло к идее использовать солнечную радиацию для получения электрической энергии. Если уходить к самым истокам направления, то стоит вспомнить Александра Беккереля, который ещё в 1839 году изучал влияние света на электролиты. Кстати, для изучения использовались зеркала и линзы. Он сумел с помощью специального раствора (на базе хлорида серебра и кислотного раствора) создать ячейку, которая не просто нагревалась, а производила электрическую энергию.
Но настоящий прорыв случился в 1860 году, когда француз Огюстэн Мушо изобрёл первую в мире солнечную энергетическую систему. После своих предсказаний, что однажды наши запасы угля закончатся, Мушо провёл испытания своего «солнечного счётчика».
Первым же, кто открыл солнечные батареи, стал Чарльз Фритц, который в 1883 году создал собственную настольную электростанцию: она работала от небольшой позолочёной селеновой пластинки. И уже через год он установил солнечные батареи на крыше в Нью-Йорке.
В дальнейшем появление современной теоретической физики помогло создать основу для более глубокого понимания фотовольтаики — получения электрической энергии за счёт солнечной радиации. Уже в 1888 физик Вильгельм Халлвакс описал физику фотоэлектрических элементов в так называемом эффекте Холлваха. А всего через 7 лет Альберт Эйнштейн опубликовал «Об эвристической точке зрения на производство и преобразование света», в которой объяснил, как свет создаёт электрический ток, выбивая электроны из атомов в определённых металлах.
В дальнейшем он же дал теоретическую основу фотовольтаике, на основе которой в дальнейшем развивалась солнечная энергетика.
В 1916 году химик Ян Чохральский изобрёл метод создания монокристаллов металла. Это стало основой для создания полупроводниковых пластин, которые до сих пор используются в электронике, включая фотоэлементы.
Но вот начало использования солнечных панелей, какими мы знаем их сейчас, случилось только в середине XX века. Американская компания «Лаборатории Белла (Bell Labs)» вывела солнечную энергетику на коммерческий рынок. Ещё в 1941 году инженер компании Рассел Ол подал патент на первый монокристаллический кремниевый солнечный элемент. И не проиграл, так как в послевоенное время произошёл дефицит энергии.
И в 1954 году компания продаёт свой первый эффективный кремниевый солнечный элемент. Конечно, он не был таким производительным, как современные солнечные панели (КПД — всего 6 процентов), но они всё равно стали популярны настолько, что началось стремительное развитие отрасли: уже через несколько лет был создан первый космический корабль на солнечных батареях, по Лондону проехал первый автомобиль с солнечными батареями на крыше.
Более того, всего через 8 лет Bell laboratories уже обеспечивали питание первого спутника связи, работающего на солнечной энергии.
В начале 1960-х годов Жорес Алфёров и Герберт Крёмер независимо предложили научное решение, позволившее резко поднять КПД солнечных панелей за счёт полупроводниковых гетероструктур. В 2000 году учёные были удостоены Нобелевской премии за развитие физики полупроводниковых гетероструктур. Возможно, не все знают, но советский космический корабль Союз-1 стал первым космическим кораблём на солнечных батареях, на борту которого находился человек.
На данный момент такие страны как США, Китай и многие другие активно развивают солнечную энергетику. Одним из драйверов такой поддержки стал вопрос климатических изменений. Постоянные климатические аномалии, которые влияют как на жизнь людей, так и на экономику целых стран заставили обратиться к энергии солнца, которую использовали столетиями и которая даёт потенциал для дальнейшего развития.
ГидроэнергетикаГидроэнергетика — направление энергетики, связанная с преобразованием кинетической энергии водного потока в механическую и электрическую энергию.
Использование энергии воды также берёт своё начало из древних времён.
Всё началось около I века до нашей эры, когда древние греки начали использовать первое водяное колесо, чтобы молоть пшеницу. Параллельно в это же время аналогичное изобретение появилось и в Китае.
Конечно, это была самая простая форма использования энергии воды, но именно она послужила предпосылкой для современных технологических достижений в области гидроэнергетики.
Водяное колесо с рядом модификаций использовалось на протяжении десятков веков.
К XIII веку его использовали уже в производстве пороха и стали, что помогло Средневековой Европе стать лидером в военной сфере. К XVII веку этот вид энергетики сыграл решающую роль в американской и европейской технологической революции, его использовали уже на многочисленных предприятиях: в лесопильной, текстильной промышленности и многих других.
Но всё меняется в XIX веке. В 1827-1831 годы происходит сразу несколько крупных открытий.
Французский инженер Бенуа Фурнейрон создаёт свой первый прототип новой модели водяного колеса под названием «турбина 5». А в 1831 году английский физик Майкл Фарадей открыл электромагнитную индукцию и разработал первый в мире трансформатор и электрический генератор — основы электрогенерации и современной электроэнергетики.
В 1878 году пока учёные совершенствовали модели турбин, английский инженер и промышленник Уильям Армстронг объединил работы своих предшественников и построил первую в мире малую гидроэлектростанцию.
Уже через десятилетие, в 1891 году произошёл настоящий научный переворот в передаче электрической энергии и гидроэнергетике после того, как русский изобретатель Михаил Осипович Доливо-Добровольский (работал в Германии) создал работы по передаче трёхфазного тока. Его конструкция трансформатора до сих пор используется без существенных изменений. Первая передача электрической энергии с высоковольтным трёхфазовым током произошла на выставке во Франкфурте.
Там был установлен фонтан, который приводился в движение гидравлическим насосом и двигателем Доливо-Добровольского. Это был самый мощный на то время трёхфазный асинхронный двигатель в мире (с этого открытия началась и современная история электрификации).
1913 г. Австрийский профессор Виктор Каплан изобретает турбину Каплана, турбину пропеллерного типа с регулируемыми лопастями.
Также серьёзным прорывом стало преобразование приливной энергии Мирового океана в электричество — в 1966 году во Франции открылась первая в мире приливная электростанция Ля-Ранс.
Greenpeace в части ГЭС на реках поддерживает развитие только малых ГЭС.
Всё дело в том, что крупные плотинные ГЭС на реках (с установленной мощностью 25 МВт и более) не только меняют речные экосистемы в худшую сторону, ведут к исчезновению популяций ценных рыб, но и обостряют конкуренцию между водопользователями. Кроме того, искусственные водохранилища, создаваемые для функционирования гидроэлектростанций, могут быть значительным источником выбросов парниковых газов.
Согласно существующим оценкам, в некоторых случаях такие водохранилища в средних широтах могут выделять столько же парниковых газов, сколько их аналоги в тропических широтах. Поэтому, несмотря на то, что эмиссии парниковых газов могут сильно различаться от одной ГЭС к другой, наличие потенциала серьёзных выбросов с водохранилищ крупных ГЭС также не позволяет отнести такие проекты к низкоуглеродным.
Что будет дальшеУ ВИЭ была долгая история становления, но только в последнее десятилетие они стали развиваться стремительно в связи с глобальной борьбой с климатическим кризисом.
Однако в России современные ВИЭ пока находятся на начальном этапе развития.
Greenpeace всецело поддерживает переход на зелёную энергетику. Именно поэтому мы составили рейтинг регионов России, в котором проанализировали, насколько Россия готова к переходу на зелёные технологии и программу «Зелёный курс», включая ВИЭ.
В 2020 года эксперты Greenpeace представили программу «Зелёный курс», которая поможет стране выйти не только из экономического, но и из климатического кризиса. Программа была составлена Greenpeace на основе предложений более 150 общественных организаций и призвана изменить ситуацию в России на системном уровне.
Хотите больше подобных текстов? Поддержите работу Greenpeace.климат энергетика
Убьёт ли нас воздухВ прошлом месяце Всемирная организация здравоохранения (ВОЗ) опубликовала обновлённые глобальные рекомендации по качеству воздуха (предыдущая…
Где в России ветряки?Куда смотрит Гринпис? · Где в России ветряки? Слушайте нас на Яндекс.
Музыкe, Apple podcasts, Google podcasts, Soundcloud, ВКонтакте…
9 необычных способов производства электроэнергии
Мы рыскали в Интернете и собрали десять самых необычно интересных способов производства электроэнергии. Как видно из нашего списка, производство энергии может быть запутанным процессом, поэтому вы можете оставить грязную работу профессионалам. Надеемся, что в будущем коммунальные предприятия смогут использовать некоторые из этих методов в качестве альтернативы традиционным источникам энергии.
Когда лук выжимается, его сок можно превратить в метан. Затем метан можно использовать для производства электроэнергии.Это уже делается в некоторых странах, и по крайней мере одна калифорнийская компания экономит более полумиллиона долларов на счетах за электроэнергию, внедряя этот метод (компания также занимается оптовой торговлей луком).
Кинетическая энергия также может использоваться для производства электричества. Эта концепция была реализована в различных европейских ночных клубах. Когда гости ночного клуба танцуют, их движения могут производить достаточно электричества, чтобы не выключать свет и играть музыку. Фактически, эта технология в настоящее время разрабатывается, так что генераторы кинетической энергии могут быть размещены в других общественных местах, включая дороги и детские площадки.
Аналогичным образом тепло выхлопных газов автомобиля можно использовать для выработки электроэнергии. В городах с интенсивным движением этот метод может показаться особенно многообещающим. По сути, разницу температур в разных трубах можно использовать для создания значительного количества энергии. Затем тепло можно преобразовать в электричество с помощью термоэлектрического генератора.
Тепло тела — еще один потенциальный источник электричества. В Швеции, например, компания придумала способ использования тепла тела для снижения затрат на энергию за счет использования теплообменников в системах вентиляции поездов.
Во-первых, системы вентиляции преобразуют тепло тела в горячую воду. Затем горячая вода используется для согрева пассажиров и персонала. Более того, широко распространено сообщение о снижении затрат на электроэнергию на впечатляющие 25 процентов.
Не менее любопытен и другой способ, связанный с потовыделением, — это носимая технология, при которой люди носят куртки, улавливающие тепло тела. Затем захваченное тепло можно использовать для зарядки электронных устройств, таких как мобильные телефоны и планшеты.
Мысль о взрывающихся озерах может вызывать в воображении образы из научно-фантастических фильмов, но таких озер действительно существует.В этих озерах есть резервуары, состоящие из углекислого газа и метана, которые иногда выбрасывают горячий газ и воду. Например, правительство Руанды использовало газ из одного из этих озер для создания впечатляющего количества энергии.
Хотя идея поначалу может показаться неприятной (и вонючей), отходы животноводства можно использовать для производства электроэнергии.
Этот процесс обычно называют регенерацией биогаза. В основном навоз помещается в обогреваемый резервуар и превращается в газ.Затем газ можно использовать для питания генератора, производя при этом более чистую энергию.
Флуоресцентный белок, который заставляет медузу светиться, можно управлять для высвобождения электронов и, в конечном итоге, для производства электричества. Как ни странно, эта технология может принести непосредственную пользу медицинской сфере. Например, топливные элементы, изготовленные из белка медузы, можно использовать для питания крошечных устройств, которые затем можно использовать для обнаружения и лечения определенных заболеваний.
Еще один крутой способ генерировать электричество — это педаль.Когда велотренажер прикреплен к генератору, электричество, генерируемое педалями, может питать небольшие приборы и бытовую электронику. Фактически доказано, что мощность педали генерирует достаточно электроэнергии для питания блендеров, сотовых устройств и даже стиральных машин.
Энтузиасты DIY серьезно отнеслись к этому виду выработки энергии, потому что он сокращает использование ископаемого топлива, давая вам кардиотренировку.
Мусор — одна из самых острых проблем современности. Поскольку мусор продолжает накапливаться с большой скоростью, люди продолжают потреблять и выбрасывать все больше и больше материалов.Возможность использовать мусор для производства электроэнергии может быть экологически чистой и экономичной. Фактически, армия США использовала генераторы, работающие на мусоре, в качестве топлива для своих операций во время войны в Ираке, и в настоящее время некоторые муниципалитеты сжигают мусор для выработки электроэнергии. Не волнуйтесь, поставщики энергии обычно стараются очищать выхлопные газы с помощью специальных фильтров, устраняя неприятные запахи и токсичные выбросы.
Независимо от того, где вы живете, вам, вероятно, не придется прибегать к странным методам, чтобы получить необходимое электричество.Кто знает? Когда-нибудь вы можете обнаружить, что местные энергетические компании, такие как Amigo Energy, используют лук и мусор, чтобы обеспечить вас доступной и устойчивой энергией.
А пока, если вы живете в Техасе, ознакомьтесь с продуктами Amigo Energy для возобновляемых источников энергии. Они не такие странные, как методы, представленные в нашем списке, но все же довольно интересны.
От компании amigoenergy
Наши источники энергии, электричество — Национальные академии
Электричество
Электричество нельзя добывать из земли, как уголь .Таким образом, он называется вторичным источником энергии, что означает, что он получен из первичных источников, включая уголь, природный газ, реакции ядерного деления, солнечный свет, ветер и гидроэнергетику. Наиболее прямое использование первичной энергии ограничивается генерированием тепла и движения. Электроэнергия, напротив, чрезвычайно универсальна и имеет широкий спектр сложных применений. Электроэнергия играет настолько важную роль в современной жизни Америки, что ее спрос и предложение часто рассматриваются отдельно от первичных источников, используемых для ее производства.
Управление энергетической информации США (EIA) прогнозирует увеличение производства электроэнергии в США на 11% в период с 2015 по 2040 год, или примерно на 0,4% в год. На практике это означает соответствующее увеличение спроса на уголь и газ, по крайней мере, в ближайшем будущем. Электростанции в настоящее время потребляют почти две пятых энергии США из всех источников, включая около 91% американского угля и 35% природного газа, а также биомассу и свалочный газ.Сжигание этого топлива производит большое количество парниковых газов (ПГ) и других загрязнителей.
Производство электроэнергии из возобновляемых источников — сложная задача, но в ней наблюдается определенный прогресс. Согласно прогнозам EIA, доля общей энергии, потребляемой электростанциями из таких источников, как солнечная, ветровая и геотермальная, к 2040 году достигнет 28%. Однако интеграция энергии из многих из этих возобновляемых источников, вероятно, потребует расширения и улучшения системы электропередачи, например, добавление дополнительных линий электропередачи.
Согласно прогнозам, к 2040 году доля энергии, потребляемой электростанциями из таких источников, как солнечная, ветровая и геотермальная, вырастет примерно до 28%.
Последовательные усилия и ускоренное внедрение новых технологий и эффективных возобновляемых источников могут обеспечить больший процент потребностей США в электроэнергии. Конечный результат будет зависеть от выбора потребителей, политики правительства США и рыночной цены на существующие и альтернативные источники энергии.
Ядерная энергия не производит парниковых газов в процессе производства электроэнергии и в настоящее время производит 20% электроэнергии Америки.Однако EIA прогнозирует, что общий объем производства электроэнергии ядерной энергетикой останется неизменным в течение следующих 25 лет. Усилия по увеличению мощности наталкиваются на три крупных, но не непреодолимых препятствия: высокие капитальные вложения, связанные со строительством новых атомных электростанций; сопротивление групп граждан, выступающих против ядерной энергетики и хранения радиоактивных материалов; и вопросы международной безопасности.
(Как подготовка топлива ядерного реактора, так и утилизация топлива ядерного реактора после его использования создают возможности для производства материалов, которые могут быть использованы в ядерном оружии и которые, как правило, недоступны другими способами.)
Доставить электроэнергию потребителям может быть такой же сложной задачей, как и ее создание. Генерирующие станции обычно строятся вдали от центров нагрузки, потому что их легче найти, и меньшее количество людей обеспокоены наличием инфраструктуры. Электроэнергия поставляется сложной высоковольтной системой передачи и распределения («сеть»), которая состоит из более чем 19 000 электрических генерирующих единиц с генерирующей мощностью более 1 миллиона мегаватт, подключенных к более чем 450 000 миль линий электропередачи.Он эволюционировал постепенно на протяжении десятилетий, в последние годы на него все чаще обращают внимание, и растет беспокойство по поводу его уязвимостей. Большинству американцев известно, что массовые отключения электроэнергии вызывают повсеместные сбои: например, в результате единственного события в августе 2003 года отключили электричество около 50 миллионов потребителей от Огайо до Нью-Йорка и Канады, что принесло убытки примерно в 6 миллиардов долларов.
Но немногие из нас знают, что даже в относительно спокойные периоды отключения электроэнергии и перебои в подаче электроэнергии обходятся американцам как минимум в 150 миллиардов долларов в год — около 500 долларов на каждого мужчину, женщину и ребенка, по данным U.S. Министерство энергетики (DOE).
Модернизация энергосистемы США до уровня «интеллектуальной сети», то есть такой, в которой компоненты системы доставки контролируются и координируются с помощью компьютеризированного удаленного сбора данных и автоматизированных операций, представляет собой значительные вложения, но принесет многочисленные выгоды. Новые технологии и оборудование повысят надежность, что приведет к меньшему количеству сбоев в системе и более быстрому восстановлению электроснабжения при отключении электроэнергии. Модернизированная сеть может способствовать большей зависимости от возобновляемых и прерывистых ресурсов, при условии разработки жизнеспособных методов хранения.А современная сеть позволит создать оптовые рынки энергии, более выгодные цены для потребителей и более распределенную систему производства электроэнергии.
Производство электроэнергии | Энергия Великобритании
В Великобритании электричество вырабатывается разными способами. Важно иметь разные источники топлива и разные технологии для выработки электроэнергии, чтобы у нас было постоянное снабжение и не было чрезмерной зависимости от одного типа выработки электроэнергии.Различные типы энергии и количество производимой ими электроэнергии перечислены ниже:
Ископаемое топливо
Большая часть электроэнергии в Великобритании производится за счет сжигания ископаемого топлива, в основном природного газа (42% в 2016 году) и угля (9% в 2016 году). Очень небольшое количество производится за счет других видов топлива (3,1% в 2016 году). Объем электроэнергии, вырабатываемой угольными и газовыми электростанциями, меняется каждый год, при этом некоторые переключения между ними зависят от цен на топливо.
Ядерная
21% нашей электроэнергии вырабатывается в ядерных реакторах, в которых атомы урана расщепляются для получения тепла с помощью процесса, известного как деление.
Атомные электростанции Великобритании будут постепенно закрываться в течение следующего десятилетия или около того, и ожидается, что все, кроме одной, прекратят работу к 2035 году. Несколько компаний планируют построить реакторы нового поколения, первый из которых может быть запущен к 2018 году.
Возобновляемая энергия
Возобновляемые источники энергии используют природную энергию для производства электроэнергии. Источники топлива включают ветер, волны, море, воду, биомассу и солнечную энергию. На его долю приходилось 24,5% электроэнергии, произведенной в 2016 году, и эта цифра будет расти, поскольку Великобритания стремится к достижению цели ЕС по выработке 30% своей электроэнергии из возобновляемых источников к 2020 году.
Импорт
Электросеть Великобритании подключена к системам во Франции, Нидерландах и Ирландии с помощью кабелей, называемых межсоединениями. Великобритания использует их для импорта или экспорта электроэнергии, когда это наиболее экономично.
В 2015 году Великобритания была нетто-импортером из Франции и Нидерландов с чистым импортом 13,8 ТВтч и 8,0 ТВтч соответственно, что составило 5,8% электроэнергии, поставленной в 2015 году. Общий чистый экспорт в Ирландию составил 0,9 ТВтч.
Дополнительная информация
Альтернативные методы производства электроэнергии | Энергия
УгольПо-прежнему обеспечивает Британию надежным и бесперебойным источником энергии, на долю которого приходится 33% выработки электроэнергии.Но это грязное топливо, которое вызывает тяжелые выбросы парниковых газов, а местные источники истощаются.
UK Coal, приватизированная компания и преемница Национального совета угля, изо всех сил пытается получить прибыль от сокращающегося числа глубоких и относительно дорогих шахт. Спекулянты, которые хотят развивать свой земельный банк, а не добывать уголь, все чаще рассматривают его как объект поглощения. У отечественного угля есть дополнительная проблема, связанная с высоким содержанием серы, производящей SO2, и общественность категорически выступает против разрешения открытой добычи, которая является относительно дешевой, но сложной для ландшафта.
Любые реальные инвестиции в уголь идут на строительство новых импортных мощностей. Импорт из Южной Африки, Австралии и других стран велик, но есть конкуренция за поставки из таких стран, как Китай, голодных по углю. По оценкам Министерства торговли и промышленности, к 2020 году доля угля в энергобалансе Великобритании сократится вдвое.
Чистый уголь
Достижения в области технологий открывают новый свет для чистого угольного сектора, и даже экологические группы с энтузиазмом относятся к некоторым из электростанций, которые могут быть построены.Установка с комбинированным циклом интегрированной газификации на угле (IGCC) поддерживается организацией «Друзья Земли». Уголь дробится перед его использованием на электростанции, извлекая водород и, следовательно, углерод.
Водород сжигается, а весь углерод «улавливается» — закачивается в вышедшие из употребления нефтегазовые месторождения Северного моря или закапывается в другом месте под землей.
Британская горнодобывающая промышленность под управлением государственной NCB была лидером в области чистых угольных технологий, но исследования и разработки практически остановились на приватизации.
С тех пор DTI профинансировал небольшую программу, и сегодня министр энергетики встретится со своим норвежским коллегой, чтобы обсудить секвестр.
Атомная промышленность
Атомная генерация обеспечивает пятую часть электроснабжения Великобритании после газа и угля, но намного опережает сектор возобновляемых источников энергии. Его большим преимуществом является то, что он «всегда включен»; реакторы вырабатывают энергию, обеспечивая базовую нагрузку, круглосуточно. Однако отсутствие новых построек в Великобритании после строительства Sizewell B означает, что реакторы стареют и в некоторых случаях подвергаются незапланированным «отключениям», когда их приходится выводить из эксплуатации для проведения ремонтных работ.Два вопроса вызывают споры о ядерном варианте: безопасность, включая опасения по поводу террористических атак и утилизации отходов, и экономика. Математика сложна; Сторонники ядерных кампаний и сторонники борьбы с ядерной угрозой расходятся во мнениях относительно того, является ли это экономически жизнеспособным, не в последнюю очередь с учетом затрат на очистку ядерных объектов и хранение ядерных отходов.
Газ
На долю приходится 40% выработки электроэнергии. Его популярность понять нетрудно: Британия в течение многих лет была самодостаточной в поставках газа из Северного моря, хотя теперь она является нетто-импортером.Будущее газа зависит от вероятных стандартов выбросов углерода, развития инфраструктуры, необходимой для того, чтобы Великобритания могла импортировать столько, сколько ей нужно, и цены. Великобритания устанавливает новые терминалы, позволяющие импортировать сжиженный природный газ, а также строит новые трубопроводы или расширяет существующие, чтобы увеличить объемы, которые можно ввозить из Бельгии и Норвегии. Некоторые компании также создают или ищут разрешения на строительство дополнительных хранилищ, которые позволят им покупать газ летом, когда он дешевле, хранить его, а затем продавать по более высоким зимним ценам.Цена на газ оказалась нестабильной, за последнее время она выросла в пять раз. Однако, вероятно, он останется основным топливом.
Возобновляемые источники энергии
Ветровые, волновые, солнечные и другие возобновляемые источники энергии были в авангарде движения по сокращению выбросов углерода. Правительство поставило цель производить 10% электроэнергии страны из этих «зеленых» альтернатив к 2010 году и стремится достичь 20% к 2020 году. В настоящее время этот показатель составляет 4%.
Но прогресс не был гладким, даже при финансовой помощи государства через «обязательство», требующее от поставщиков энергии получать часть своей энергии из возобновляемых источников.Ветер взял на себя ведущую роль в этих новых источниках энергии в Великобритании, но на пути к более широкому использованию турбин есть много препятствий: затраты, связанные с их подключением из отдаленных мест к национальной энергосистеме; приложения для планирования были увязли в сообществах, заявляя, что турбины — это бельмо на глазу; имели место ссоры с ВВС Великобритании из-за турбин, влияющих на радары военных самолетов.
Но в целом будущее все еще выглядит светлым для ветра, в то время как энергия волн и солнечная энергия развиваются гораздо медленнее.Биомасса, сжигание сельскохозяйственных культур вместо углеродного топлива, такого как уголь, также прогрессирует. А ранее на этой неделе BP заявила, что планирует построить крупнейший в мире бизнес по производству альтернативной энергии.
Обычная электростанция — обзор
9.2.5 Энергия топливных элементов
Топливные элементы (ТЭ) — это статическое электрохимическое устройство, которое преобразует химическую энергию обычного топлива в электрическую энергию. Топливные элементы обычно вырабатывают электричество низкого напряжения и постоянного тока (DC).Основная физическая структура топливного элемента состоит из двух пористых электродов: анода и катода, а также слоя электролита в середине электродов. Слой электролита является хорошим проводником для положительно и отрицательно заряженных ионов, но не для электронов. Электролит может быть твердым, жидким, полимерным или химическим.
В зависимости от типа использования электролита топливные элементы могут быть классифицированы как твердооксидные топливные элементы (SOFC), топливные элементы с жидким или расплавленным карбонатом (MCFC), топливные элементы с полимерной электролитической мембраной (PEMFC), топливные элементы на основе фосфорной кислоты (PAFC), и щелочной топливный элемент (AFC).Среди различных типов топливных элементов SOFC, PEMFC и MCFC наиболее вероятно будут использоваться для приложений распределенной генерации [10]. Тип и химические свойства электролита, используемого в топливных элементах, очень важны для их рабочих характеристик. Наиболее часто используемым топливом для топливных элементов является водород, а окислителем обычно является кислород или воздух. Тем не менее, теоретически любое вещество, способное к химическому окислению, которое может подаваться непрерывно (в виде жидкости), может использоваться в качестве топлива на аноде топливного элемента.Точно так же окислителем может быть любая жидкость, которая может восстанавливаться с достаточной скоростью.
Полярность иона и направление его переноса могут различаться для разных топливных элементов. Место производства и удаления воды из клетки зависит от направления транспортировки ионов. Электрохимические реакции происходят на электродах для преобразования химической энергии в электричество. Анод (отрицательный) — это электрод, с которого уходят электроны, а катод (положительный) — это электрод, на который приходят электроны.Электроды должны быть токопроводящими и не вступать в реакцию с электролитом, чтобы предотвратить коррозию. Электроды также действуют как катализатор для преобразования молекул водорода и кислорода в их ионы.
По сравнению с обычными электростанциями, эти системы распределенной генерации на основе топливных элементов обладают многими преимуществами, такими как высокая эффективность, нулевой или низкий уровень выбросов (загрязняющих газов) и гибкая модульная структура. В следующем разделе дается обзор принципов работы жидких или расплавленных карбонатных топливных элементов (MCFC).
- •
Жидкие или расплавленные карбонатные топливные элементы (MCFC)
Эти типы топливных элементов в настоящее время популярны в электроэнергетике, промышленности и военном секторе. MCFC — это высокотемпературные топливные элементы, рабочая температура которых составляет около 650 ° C. Электролит MCFC состоит из расплавленной смеси карбонатных солей, которая суспендирована в пористой, химически инертной керамической матрице из литий-алюминиевого оксида. Поскольку они работают при высоких температурах, неблагородные металлы могут использоваться в качестве катализаторов на аноде и катоде.MCFCs обладают хорошей эффективностью и имеют значительно более низкую стоимость по сравнению с топливными элементами на основе фосфорной кислоты. Топливные элементы с расплавленным карбонатом в сочетании с турбиной могут достигать КПД около 65%, что значительно выше КПД установки топливных элементов на основе фосфорной кислоты 37–42%. Эффективность может быть более 85% при улавливании и использовании отработанного тепла.
Работа и химические реакции типичного MCFC описаны на рисунке 9.7. На топливном электроде или аноде H 2 и молекула CO реагируют отдельно с ионами CO3-, присутствующими в электролите ячейки, и выделяют два электрона в каждом случае на электрод.Анодная и катодная реакции описаны следующим образом:
Рисунок 9.7. Схема и работа топливных элементов на расплаве карбоната (MCFC).
Анодные реакции:
(9,5) h3 + CO3 −− = h3O + CO2 + 2e−
(9,6) CO + CO3 −− = 2CO2 + 2e−
Эти выпущенные электроны создают ток нагрузки через внешнюю нагрузку и достичь кислородного электрода или катода. CO 2 , образующийся на топливном электроде, циркулирует по внешнему пути к катодному электроду.В катоде он объединяется с O 2 подаваемого воздуха, и возвращающиеся электроны с анода производят CO3−−. Эти ионы CO3−− ответственны за перенос заряда от катода к аноду внутри электролита внутри элемента.
Катодные реакции:
(9,7) O2 + 2CO2 + 4e− = 2CO3−−
Общая реакция ячейки может быть представлена следующим образом:
(9,8) h3 + CO + O2 = h3O + CO2
Теоретическое напряжение, создаваемое для топливного элемента, составляет около 1.
0 В; однако истинный потенциал составляет около 0,6–0,7 В. Напряжение фактически падает по мере протекания тока, требуется дополнительный потенциал для протекания катодной реакции, а также происходит потеря энергии из-за потока носителей заряда через среду.
- •
Система выработки электроэнергии на основе топливных элементов
Принципиальная схема системы выработки электроэнергии на основе топливных элементов показана на рисунке 9.8. Первичное ископаемое топливо очищается и реформируется в блоке обработки топлива перед подачей в модуль топливных элементов.В модуле топливных элементов энергия топлива преобразуется электрохимически в энергию постоянного тока с использованием окружающего воздуха в качестве окислителя. Несколько топливных элементов могут быть уложены в стопку, чтобы сформировать модуль топливного элемента, и путем соединения нескольких модулей топливных элементов между собой образовать блок выработки топливной энергии.
Рисунок 9.8. Блок-схема системы выработки электроэнергии на топливных элементах.
The E.M.F. генерируемый в топливном элементе, который будет создавать поток электронов через внешнюю нагрузку, пропорционален изменению свободной энергии Гиббса , то есть
(9.9) E = −ΔGfnF
, а максимальная эффективность ячейки составляет
(9,10) ηmax = −nFEΔH
, где E = электродвижущая сила. Δ G f = изменение свободной энергии Гиббса (Дж / моль). n = количество электронов на моль топлива, а F = постоянная Фарадея (= 96 487 кулонов / моль). Δ G f зависит от типа и материала топливного элемента. Для водородно-кислородных топливных элементов значение Δ G f = (- 237191) кДж / кг моль и изменение энтальпии Δ H = (- 285838) кДж / кг моль при 25 ° C.
Преимущества электростанций на топливных элементах заключаются в том, что они экологичны и бесшумны, поскольку у них нет вращающихся частей.
Существует широкий выбор видов топлива для использования в топливных элементах. КПД установок на топливных элементах может достигать 55–60%, что сравнительно выше, чем КПД (30–37%) традиционной электростанции. Топливный элемент может быть установлен децентрализованно; таким образом, предотвращаются потери при передаче и распределении.
Основным недостатком современной технологии MCFC является долговечность.Высокие температуры, при которых работают эти элементы, и используемый коррозионный электролит ускоряют разрушение компонентов и коррозию, сокращая срок их службы. В настоящее время ученые изучают коррозионно-стойкие материалы для компонентов, а также конструкции топливных элементов, которые удваивают срок службы элементов по сравнению с нынешними 40 000 ч (~ 5 лет) без снижения производительности.
Инженеры Массачусетского технологического института открыли совершенно новый способ производства электроэнергии
Инженеры MIT открыли способ генерировать электричество с помощью крошечных частиц углерода, которые могут создавать электрический ток, просто взаимодействуя с органическим растворителем, в котором они плавают.
Частицы состоят из измельченных углеродных нанотрубок (синий цвет), покрытых тефлоноподобным полимером (зеленый цвет). Предоставлено: Хосе-Луис Оливарес, Массачусетский технологический институт. На основе данных, предоставленных исследователями.
Крошечные частицы Энергетическая химическая реакция
Новый материал, сделанный из углеродных нанотрубок, может генерировать электричество, поглощая энергию из окружающей среды.
ИнженерыMIT открыли новый способ производства электричества с использованием крошечных углеродных частиц, которые могут создавать ток, просто взаимодействуя с окружающей их жидкостью.
Жидкость, органический растворитель, вытягивает электроны из частиц, генерируя ток, который можно использовать для запуска химических реакций или для питания микро- или наноразмерных роботов, говорят исследователи.
«Этот механизм новый, и этот способ производства энергии совершенно новый», — говорит Майкл Страно, профессор химической инженерии Карбон П.
Дуббс в Массачусетском технологическом институте. «Эта технология интересна, потому что все, что вам нужно сделать, это пропустить растворитель через слой этих частиц. Это позволяет выполнять электрохимию, но без проводов.”
В новом исследовании, описывающем это явление, исследователи показали, что они могут использовать этот электрический ток для запуска реакции, известной как окисление спирта — органической химической реакции, которая важна в химической промышленности.
Страно — старший автор статьи, которая появится сегодня (7 июня 2021 г.) в журнале Nature Communications . Ведущими авторами исследования являются аспирант Массачусетского технологического института Альберт Тяньсян Лю и бывший исследователь Массачусетского технологического института Юичиро Кунаи. Среди других авторов — бывший аспирант Антон Коттрилл, аспиранты Амир Каплан и Хьюна Ким, аспирант Ге Чжан и недавние выпускники Массачусетского технологического института Рафид Молла и Янник Итмон.
Уникальные объекты
Новое открытие стало результатом исследований Страно углеродных нанотрубок — полых трубок, состоящих из решетки атомов углерода, которые обладают уникальными электрическими свойствами. В 2010 году Страно впервые продемонстрировал, что углеродные нанотрубки могут генерировать «волны термоЭДС». Когда углеродная нанотрубка покрыта слоем топлива, движущиеся импульсы тепла или волны термоЭДС перемещаются по трубке, создавая электрический ток.
Эта работа привела Страно и его учеников к открытию родственной особенности углеродных нанотрубок.Они обнаружили, что, когда часть нанотрубки покрыта тефлоноподобным полимером, это создает асимметрию, которая позволяет электронам течь от покрытой к непокрытой части трубки, генерируя электрический ток. Эти электроны можно вытянуть, погрузив частицы в растворитель, который жаждет электронов.
Чтобы использовать эту особую способность, исследователи создали частицы, генерирующие электричество, измельчая углеродные нанотрубки и превращая их в лист материала, похожего на бумагу.
Одна сторона каждого листа была покрыта тефлоноподобным полимером, а затем исследователи вырезали мелкие частицы, которые могут иметь любую форму и размер. Для этого исследования они сделали частицы размером 250 на 250 микрон.
Когда эти частицы погружаются в органический растворитель, такой как ацетонитрил, растворитель прилипает к непокрытой поверхности частиц и начинает вытягивать из них электроны.
«Растворитель уносит электроны, и система пытается уравновеситься, перемещая электроны», — говорит Страно.«Внутри нет сложной химии батарей. Это просто частица, которую вы помещаете в растворитель, и она начинает генерировать электрическое поле ».
«Это исследование наглядно показывает, как извлекать повсеместную (и часто незамеченную) электрическую энергию, хранящуюся в электронном материале, для электрохимического синтеза на месте», — говорит Джун Яо, доцент кафедры электротехники и вычислительной техники Массачусетского университета в Амхерсте. , который не принимал участия в исследовании.
«Прелесть в том, что он указывает на общую методологию, которую можно легко расширить до использования различных материалов и приложений в различных синтетических системах.”
Сила частиц
Текущая версия частиц может генерировать около 0,7 В электричества на частицу. В этом исследовании исследователи также показали, что они могут образовывать массивы из сотен частиц в небольшой пробирке. Этот реактор с «уплотненным слоем» вырабатывает достаточно энергии для протекания химической реакции, называемой окислением спирта, в которой спирт превращается в альдегид или кетон. Обычно эту реакцию не проводят с использованием электрохимии, потому что для этого потребуется слишком большой внешний ток.
«Поскольку реактор с уплотненным слоем компактен, он имеет большую гибкость с точки зрения применения, чем большой электрохимический реактор», — говорит Чжан. «Частицы могут быть очень маленькими, и им не нужны внешние провода для проведения электрохимической реакции».
В своей будущей работе Strano надеется использовать этот вид выработки энергии для создания полимеров, используя только диоксид углерода в качестве исходного материала.
В родственном проекте он уже создал полимеры, которые могут восстанавливаться с использованием углекислого газа в качестве строительного материала в процессе, основанном на солнечной энергии.Эта работа вдохновлена фиксацией углерода, набором химических реакций, которые растения используют для создания сахара из углекислого газа, используя энергию солнца.
В более долгосрочной перспективе этот подход может также использоваться для питания микро- или наноразмерных роботов. Лаборатория Страно уже начала создавать роботов такого масштаба, которые однажды можно будет использовать в качестве диагностических датчиков или датчиков окружающей среды. По его словам, идея о возможности извлекать энергию из окружающей среды для питания таких роботов весьма привлекательна.
«Это означает, что вам не нужно устанавливать накопитель энергии на борту», - говорит он. «Что нам нравится в этом механизме, так это то, что вы можете получать энергию, по крайней мере частично, из окружающей среды».
Ссылка: «Электрохимия, индуцированная растворителем на электрически асимметричной углеродной частице Януса» Альберта Тяньсяна Лю, Юичиро Кунаи, Антона Л. Коттрилла, Амира Каплана, Ге Чжана, Хьюны Кима, Рафида С. Молла, Янника Л. Итмона и Майкла С. Страна, 7 июня 2021 г., Nature Communications .
DOI: 10.1038 / s41467-021-23038-7
Исследование финансировалось Министерством энергетики США и посевным грантом Энергетической инициативы Массачусетского технологического института.
Производство электроэнергии — образование в области энергетики
Рисунок 1. Угольная электростанция в Англии. Угольные предприятия вносят наибольший вклад как в производство электроэнергии в мире, так и в изменение климата. [1] Электроэнергия — это валюта энергии, а не источник энергии, что означает, что выработка электроэнергии должна начинаться с первичного источника энергии, такого как топливо или поток первичной энергии.Эти виды топлива и потоки обычно превращаются в электрический ток, который передает электроэнергию в сеть.
Электростанции — это наиболее часто используемая технология преобразования энергии для производства электроэнергии из первичной энергии. Общие типы электростанций включают угольные, атомные и гидроэлектростанции. Хотя возможно производство как переменного тока, так и постоянного тока, почти вся электроэнергия, вырабатываемая генератором, представляет собой переменный ток. Движение (кинетическая энергия) преобразуется в электрическое и магнитное поля, которые создают электродвижущую силу, которая заставляет ток течь по проводу.Это электричество обычно проходит через электрическую сеть, позволяя электрическому устройству использовать энергию электронов, а затем отправлять электроны обратно. Это то, что подразумевается под электрической цепью, электроны должны быть способны совершать круговой обход.
Производство электроэнергии в мире
На карте ниже показано, как разные страны вырабатывают электроэнергию из различных первичных источников энергии. Нажмите на регион, чтобы увеличить группу стран, затем нажмите на страну, чтобы увидеть, откуда поступает электричество.
Чтобы изучить график мирового потребления электроэнергии в контексте других видов использования энергии, щелкните здесь.
Для дальнейшего чтения
Для получения дополнительной информации см. Соответствующие страницы ниже:
- Переменный ток
- Энергия для производства электроэнергии по странам
- Электросеть
- Электрогенератор
- Или исследуйте случайную страницу!
Список литературы
- ↑ Wikimedia Commons [Online], Доступно: https: // upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/7/76/Ferrybridge_%27C%27_Power_Station_-_geograph.org.uk_-_35089.jpg
