Способы получения энергии человеком

Примечания

1. ↑ Смит, Кросби. The science of energy: a cultural history of energy physics in Victorian Britain. — The University of Chicago Press, 1998. — ISBN 0-226-76421-4.
2. Томсон, Уильям. Об источниках энергии, доступных человеку для совершения механических эффектов = On the sources of energy available to man for the production of mechanical effect. — BAAS Rep, 1881. С. 513
3. Richard Feynman. The Feynman Lectures on Physics. — США: Addison Wesley, 1964. — Vol. 1. — ISBN 0-201-02115-3.
4. Фейнман, Ричард. Фейнмановские лекции по физике = The Feynman Lectures on Physics. — Т. 1.
5. Ландау, Л. Д., Лифшиц, Е. М. Теоретическая физика. — 5-е изд. — М.: Физматлит, 2004. — Т. I. Механика. — 224 с. — ISBN 5-9221-0055-6.
6. , с. 11.
7. , с. 18.
8. , с. 19.
9. Джоуль (единица энергии и работы) — статья из Большой советской энциклопедии. Г. Д. Бурдун. 
10. ↑ , с. 134.

Солнечная энергия

Солнце – самый важный источник энергии для жизни на Земле.

Солнечная энергия – это лучистая энергия солнца. Он путешествует в пространстве, пока не достигнет Земли в виде электромагнитных волн. Большая часть солнечного излучения, которое достигает атмосферы Земли, – это ультрафиолетовое излучение, видимый свет и инфракрасные лучи.

Солнце состоит из водорода и гелия. В этом случае энергия исходит от процесса ядерного синтеза: ядра водорода объединяются, образуя гелий и лучистую энергию.

Люди научились использовать солнечную энергию. Сегодня энергия солнечного света используется для отопления домов и зданий, увеличения их тепловой энергии. Видимый солнечный свет проходит через стекла окон и поглощается материалами внутри комнаты. Это заставляет материалы нагреваться.

Лучистая энергия Солнца ответственна за существование жизни на Земле. Растения собирают эту энергию для производства пищи, превращая ее в химическую энергию. Солнечная энергия управляет движением воздуха в атмосфере, вызывая ветры.

Виды альтернативной энергетики

В зависимости от источника энергии, который в результате преобразования позволяет получать человеку электрическую и тепловую энергии, используемые в повседневной жизни, альтернативная энергетика классифицируется на несколько видов, определяющих способы ее генерации и типы установок служащих для этого.

Энергия солнца

Солнечная энергетика основана на преобразовании энергии солнца, в результате которого получается электрическая и тепловая энергии.

Получение электрической энергии основано на физических процессах, происходящих в полупроводниках под воздействием солнечных лучей, получение тепловой – на свойствах жидкостей и газов.

Для генерации электрической энергии комплектуются солнечные электростанции, основой которой служат солнечные батареи (панели), изготавливаемые на основе кристаллов кремния.

Основой тепловых установок — служат солнечные коллекторы, в которых энергия солнца преобразуется в тепловую энергию теплоносителя.

Мощность подобных установок зависит от количества и мощности отдельных устройств, входящих в состав тепловых и солнечных станций.

Энергия ветра

Ветровая энергетика основана на преобразовании кинетической энергии воздушных масс в электрическую энергию, используемую потребителями.

Основой ветровых установок служит ветровой генератор.Ветровые генераторы различаются по техническим параметрам, габаритным размерам и конструкции: с горизонтальной и вертикальной осью вращения, различным типом и количеством лопастей, а также по месту их расположения (наземное, морское и т.д.).

Сила воды

Гидроэнергетика основана на преобразовании кинетической энергии водных масс в электрическую энергию, которая также используемую человеком в своих целях.

К объектам данного вида относятся гидроэлектростанции различной мощности, устанавливаемых на реках и иных водных объектах. В таких установках, под воздействием естественного течения воды, или путем создания плотины, вода воздействует на лопасти турбины вырабатывающей электрический ток. Гидротурбина, является основой гидроэлектростанций.

Еще один способ получения электрической энергии путем преобразования энергии воды – это использование энергии приливов, посредством строительства приливных станций. Работа таких установок основана на использовании кинетической энергии морской воды в период приливов и отливов, происходящих в моряхи океанах под воздействием объектов солнечной системы.

Тепло земли

Геотермальная энергетика, основана на преобразовании тепла, излучаемого поверхностью земли, как в местах выброса геотермальных вод (сейсмически опасные территории), так и в иных регионах нашей планеты.

Для использования геотермальных вод используются специальные установки, посредством которых внутреннее тепло земли преобразуется в тепловую и электрическую энергии.

Использования теплового насоса позволяет получать тепло из поверхности земли, вне зависимости от места его расположения. Его работа основана на свойствах жидкостей и газов, а также законах термодинамики.

Биотопливо

Виды биотоплива различаются по способам его получения, его агрегатному состоянию (жидкое, твердое, газообразное) и видам использования. Объединяющим все виды биотоплива показателем, служит то, что основой для их производства служат органические продукты, посредством переработки которых получается электрическая и тепловая энергии.

Твердые виды биотоплива — это дрова, топливные брикеты или пеллеты, газообразные – это биогаз и биоводород, а жидкие – биоэтанол, биометанол, биобутанол, диметиловый эфир и биодизель.

Вред энергетиков

По сути, энергетический напиток представляет собой небольшую бомбу, при взрыве которой урон несут все системы организма. Газировка содержит массу бесполезных и вредных веществ. Одна порция напитка включает большую дозу кофеина (сравнимую с 3 чашками кофе), а также 14 чайных ложек сахара. Врачи убеждены, что частое потребление энергетических коктейлей вызывает бессонницу, утомление, проблемы с сердечно-сосудистой, нервной системами, быстрое истощение ресурсов организма.

Вред от энергетиков превышает пользу. Американская академия педиатрии предупреждает, что компоненты таких напитков не тестировались на детях и нет оснований считать их безопасными. В 2010-2011 годах в США зафиксировано почти 5 тысяч случаев алкогольного отравления, обусловленного употреблением энергетических напитков вместе со спиртным

В 2017 году из-за неосторожного употребления стимулятора скончался американский подросток (Дэвис Крип), у которого началась сильная сердечная аритмия

Пить или не пить? Вот в чем вопрос!

Польза от употребления энергетических напитков вроде бы существенная, но в то же время эффект является временным – с длительностью, в зависимости от конкретного продукта и его состава. Самыми безвредными и даже полезными компонентами напитков являются глюкоза и различные витамины, а также углеводы. Даже многие известные спортсмены не скрывают своих предпочтений в плане напитков-энергетиков.

Но постоянные исследования неустанно подтверждают отрицательное, крайне негативное воздействие на отдельные зоны и организм в целом. Возбужденное, зачастую эйфорическое состояние человека после употребления энергетика сменяется еще большей усталостью, бессонницей и нервным раздражением.

Явными показателями того, что энергетический напиток крайне вреден, считается целый ряд доказанных факторов. Основными среди них можно назвать:

1. Быстрое повышение АД и уровня сахара в крови.
2. Эффект привыкания и возможности в значительной степени истощать нервную систему.
3. Наличие множественных побочных эффектов при передозировке, из которых самые неприятные депрессивное состояние, нарушение работы сердца, психомоторное перевозбуждение.
4. Высокая калорийность напитка.

«Возобновляемое топливо вылечит нас от нефтяной зависимости»

К сожалению, нет. В теории идея «возобновляемого топлива» звучит прекрасно, и сельскохозяйственные лоббисты уже убедили Европу и США в том, что нужно принять амбициозные планы по продвижению растительных заменителей бензина. Но пока в реальности лекарство — этанол, получаемый из кукурузы в США, и биодизель, получаемый из пальмового масла, сои и рапса в Европе, — оказалось куда страшнее самой болезни. Индонезия уничтожила столько лесов и болот, чтобы производить пальмовое масло для Европы, что теперь страна передвинулась с 21-го места на 3-е по количеству промышленных выбросов. И вот уже одно исследование утверждает, что понадобится более 400 лет, чтобы использование биодизеля компенсировало прямой урон окружающей среде, который наносится из-за осушения болот. А ведь есть еще и непрямой урон: на голодной планете использование съедобных растений в качестве топлива существенно меняет структуру землепользования. Например, из-за высоких доходов от этанола многие американские фермеры переключаются с производства сои на кукурузу. Спрос на сою растет, и бразильские производители начинают осваивать новые земли — в основном за счет пастбищ. Скотоводы вынуждены все дальше вторгаться в джунгли Амазонки и вырубать леса под пастбища. А это, как показывает другое исследование, наносит такой урон окружающей среде, что компенсировать его за счет биотоплива удастся через 167 лет.

Из-за истребления лесов количество общемировых выбросов в атмосферу уже увеличилось на 20%. А это значит, что нужно ограничивать площадь сельхозземель — весьма устрашающая задача в условиях неуклонного роста населения земли и совершенно невыполнимая задача, если нам нужно все больше полей для выращивания топлива. На то, чтобы один раз наполнить бак джипа, уходит годовой запас зерна для одного человека. Даже если бы США пустили все свои зерновые на производство этанола, это покрыло бы лишь одну пятую их спроса на бензин.

Энергетическое топливо

Основная статья: Топливо

Газовый факел в Таиланде.

Так как большинство из традиционных электростанций и источников теплоснабжения выделяют энергию из невозобновляемых ресурсов, вопросы добычи, переработки и доставки топлива чрезвычайно важны в энергетике. В традиционной энергетике используются два принципиально отличных друг от друга видов топлива.

Органическое топливо

В зависимости от агрегатного состояния органическое топливо делится на газообразное, жидкое и твёрдое, каждое из них в свою очередь делится на естественное и искусственное. Доля такового топлива в мировом энергобалансе составляла в 2000 году около 65 %, из которых 39 % приходились на уголь, 16 % на природный газ, 9 % на жидкое топливо(2000 г.). В 2010 году по данным BP доля ископаемого органического топлива 87 %, в том числе: нефть 33,6 %, уголь 29,6 % газ 23,8 %.Tо же по данным «Renewable21» 80,6 %, не считая традиционной биомассы 8,5 %.

Газообразное

Естественным топливом является природный газ, искусственным:

• Генераторный газ;
• Коксовый газ;
• Доменный газ;
• Продукты перегонки нефти;
• Газ подземной газификации;
• Биогаз;
• Синтез-газ.

Жидкое

Естественным топливом является нефть, искусственным называют продукты его перегонки:

• Бензин;
• Керосин;
• Соляровое масло;
• Мазут.

Твёрдое

Естественным топливом являются:

• Ископаемое топливо:
  • Торф;
  • Бурый уголь;
  • Каменный уголь;
  • Антрацит;
  • Горючий сланец;
• Растительное топливо:
  • Дрова;
  • Древесные отходы;
  • Топливные брикеты;
  • Топливные гранулы.

Искусственным твёрдым топливом являются:

• Древесный уголь;
• Кокс и полукокс;
• Углебрикеты;
• Отходы углеобогащения.

Ядерное топливо

Основная статья: Ядерное топливо

В использовании ядерного топлива вместо органического состоит главное и принципиальное отличие АЭС от ТЭС. Ядерное топливо получают из природного урана, который добывают:

• В шахтах (Франция, Нигер, ЮАР);
• В открытых карьерах (Австралия, Намибия);
• Способом подземного выщелачивания (Казахстан, США, Канада, Россия).

Для использования на АЭС требуется обогащение урана, поэтому его после добычи отправляют на обогатительный завод, после переработки на котором 90 % побочного обеднённого урана направляется на хранение, а 10 % обогащается до нескольких процентов (3—5 % для энергетических реакторов). Обогащённый диоксид урана направляется на специальный завод, где из него изготавливают цилиндрические таблетки, которые помещают в герметичные циркониевые трубки длиной почти 4 м, ТВЭЛы (тепловыделяющие элементы). По нескольку сотен ТВЭЛов для удобства использования объединяют в ТВС, тепловыделяющие сборки.

Энергетика ВИЭ

Очевидными достоинствами ВИЭ являются безопасность, экологичность и практическая неисчерпаемость потока энергии. Однако, ВИЭ имеют и существенные недостатки. Это нестабильность, локальность и сезонность

Нестабильность это основная проблема возобновляемых источников. Выработка энергии ветра и солнца сильно зависит от погоды, которая неуправляема и в долговременном плане непредсказуема. Поток солнечной энергии зависит от времени суток. Поэтому когда доля «альтернативной энергии» достигает существенной величины в общей выработке энергии, возникает проблема её накопления во время пиковой выработки и компенсации потерь во время безветренной или пасмурной погоды и ночью. Например, Дания, которая сегодня более 40 % электроэнергии генерирует ветрогенераторами решает проблему стабильности с помощью соседей. В ветреную погоду энергия накапливается с помощью подъёма воды на специальных норвежских и шведских гидроузлах в верхние водохранилища. В тихую погоду эти гидроузлы работают как ГЭС и возвращают энергию. Германия в ветреные и солнечные дни сбрасывает избыток энергии в Польшу и Чехию. Однако пиковые нагрузки уже создают проблемы для энергосетей этих стран. Для дальнейшего увеличения доли возобновляемой энергии необходима модернизация электросетей в Европе и развитие мощной системы энергонакопителей, в качестве которых сегодня выступают в основном обычные и специализированные гидроэлектростанции. Если выработка альтернативной энергии во всей Европе станет сопоставимой с выработкой энергии традиционной энергетикой, то нестабильность станет проблемой для всей энергосистемы. Технические пути решения этой проблемы пока не ясны, но её решение, безусловно, потребует новых затрат.

Локальность ветроэнергетики связана с тем, что мощность ветрогенератора пропорциональна кубу скорости ветра. При падении скорости в два раза мощность падает в восемь. Примерно также меняется и себестоимость энергии. Поэтому при современном развитии технологий ветрогенераторы рентабельно размещать только на побережье океанов и открытых морей, где постоянно дуют сильные ветры. Локальность солнечной энергетики связана с тем, что суммарный поток солнечной энергии сильно зависит от широты размещения станции и числа солнечных дней в данной местности.

Сезонность ВИЭ связана с тем, что поток солнечной энергии, а иногда и средняя скорость ветра зависят от времени года.

Теплоснабжение

ТЭЦ в Финляндии.

Основная статья: Теплоснабжение

Жизнь современного человека связана с широким использованием не только электрической, но и тепловой энергии. Для того, чтобы человек чувствовал себя комфортно дома, на работе, в любом общественном месте, все помещения должны отапливаться и снабжаться горячей водой для бытовых целей. Так как это напрямую связано со здоровьем человека, в развитых государствах пригодные температурные условия в различного рода помещениях регламентируются санитарными правилами и стандартами. Такие условия могут быть реализованы в большинстве стран мира только при постоянном подводе к объекту отопления (теплоприёмнику) определённого количества тепла, которое зависит от температуры наружного воздуха, для чего чаще всего используется горячая вода с конечной температурой у потребителей около 80—90 °C. Также для различных технологических процессов промышленных предприятий может требоваться так называемый производственный пар с давлением 1—3 МПа. В общем случае снабжение любого объекта теплом обеспечивается системой, состоящей из:

• источника тепла, например котельной;
• тепловой сети, например из трубопроводов горячей воды или пара;
• теплоприёмника, например батареи водяного отопления.

Централизованное теплоснабжение

Новосибирская ТЭЦ-5.

Характерной чертой централизованного теплоснабжения является наличие разветвлённой тепловой сети, от которой питаются многочисленные потребители (заводы, здания, жилые помещения и пр.). Для централизованного теплоснабжения используются два вида источников:

• Теплоэлектроцентрали (ТЭЦ);
• Котельные, которые делятся на:
  • Водогрейные;
  • Паровые.

Децентрализованное теплоснабжение

Систему теплоснабжения называют децентрализованной, если источник теплоты и теплоприёмник практически совмещены, то есть тепловая сеть или очень маленькая, или отсутствует. Такое теплоснабжение может быть индивидуальным, когда в каждом помещении используются отдельные отопительные приборы, например электрические, или местным, например обогрев здания с помощью собственной малой котельной. Обычно теплопроизводительность таких котельных не превышает 1 Гкал/ч (1,163 МВт). Мощность тепловых источников индивидуального теплоснабжения обычно совсем невелика и определяется потребностями их владельцев. Виды децентрализованного отопления:

• Малые котельные;
• Электрическое, которое делится на:
  • Прямое;
  • Аккумуляционное;
  • Теплонасосное;
• Печное.

Тепловые сети

Основная статья: Тепловая сеть

Тепловая сеть — это сложное инженерно-строительное сооружение, служащее для транспорта тепла с помощью теплоносителя, воды или пара, от источника, ТЭЦ или котельной, к тепловым потребителям.

От коллекторов прямой сетевой воды с помощью магистральных теплопроводов горячая вода подаётся в населённые пункты. Магистральные теплопроводы имеют ответвления, к которым присоединяется разводка к тепловым пунктам, в которых находится теплообменное оборудование с регуляторами, обеспечивающими снабжение потребителей тепла и горячей воды. Тепловые магистрали соседних ТЭЦ и котельных для повышения надёжности теплоснабжения соединяют перемычками с запорной арматурой, которые позволяют обеспечить бесперебойное теплоснабжение даже при авариях и ремонтах отдельных участков тепловых сетей и источников теплоснабжения. Таким образом, тепловая сеть любого города является сложнейшим комплексом теплопроводов, источников тепла и его потребителей.

Наземные боевые роботы

Неудачная попытка создать боевого робота. /Фото: popmech.ru

Когда в конце 1990-х — первой половине 2000-х годов беспилотные летательные аппараты доказали свою эффективность во время военных конфликтов на Среднем Востоке, они стали одним из основных типов оружия армии США. В свою очередь наземные роботы в большинстве остались на периферии.

Переломить ситуацию решили в 2007 году во время боевых действий в Ираке. Туда были отправлены наземные боевые роботы, представленные модифицированными для стрельбы роботами TALON. Однако их история закончилась не начавшись, и в реальных полевых условиях в пекле войны они так и не побывали. А все потому, что они откровенно провалили испытания, во время которых над ними было потеряно управление, и роботы попросту вышли из строя.