ประเภทของพลังงาน: แบบดั้งเดิมและทางเลือก. พลังงานแห่งอนาคต

2024 ผู้เขียน: Howard Calhoun | [email protected]. แก้ไขล่าสุด: 2023-12-17 10:42

พลังงานที่มีอยู่ทั้งหมดสามารถแบ่งตามเงื่อนไขได้เป็น ครบกำหนด พัฒนา และอยู่ในขั้นตอนของการศึกษาเชิงทฤษฎี เทคโนโลยีบางอย่างสามารถนำไปใช้ได้แม้ในเศรษฐกิจของเอกชน ในขณะที่เทคโนโลยีอื่นๆ สามารถใช้ได้ภายในกรอบของการสนับสนุนทางอุตสาหกรรมเท่านั้น การพิจารณาและประเมินประเภทพลังงานสมัยใหม่จากตำแหน่งต่างๆ เป็นไปได้ แต่เกณฑ์สากลสำหรับความเป็นไปได้ทางเศรษฐกิจและประสิทธิภาพการผลิตมีความสำคัญพื้นฐาน ในหลาย ๆ ด้าน แนวความคิดของการใช้เทคโนโลยีการผลิตพลังงานทดแทนแบบดั้งเดิมและแบบทางเลือกแตกต่างกันในปัจจุบันในพารามิเตอร์เหล่านี้

พลังงานดั้งเดิม

นี่คือชั้นกว้างของอุตสาหกรรมความร้อนและพลังงาน ซึ่งจัดหาผู้ใช้พลังงานประมาณ 95% ของโลก การสร้างทรัพยากรเกิดขึ้นที่สถานีพิเศษ - เหล่านี้เป็นวัตถุของโรงไฟฟ้าพลังความร้อน, สถานีไฟฟ้าพลังน้ำ, โรงไฟฟ้านิวเคลียร์ ฯลฯ พวกเขาทำงานกับฐานวัตถุดิบสำเร็จรูปในกระบวนการแปรรูปซึ่งเป้าหมายพลังงาน ถูกสร้างขึ้น ขั้นตอนการผลิตพลังงานมีความโดดเด่น:

• ผลิต จัดเตรียม และจัดส่งวัตถุดิบถึงวัตถุที่ผลิตพลังงานอย่างใดอย่างหนึ่งหรืออย่างอื่น สิ่งเหล่านี้อาจเป็นกระบวนการสกัดและเสริมสมรรถนะของเชื้อเพลิง การเผาไหม้ผลิตภัณฑ์ปิโตรเลียม เป็นต้น
• โอนวัตถุดิบไปยังหน่วยและชุดประกอบที่แปลงพลังงานโดยตรง
• กระบวนการแปลงพลังงานจากพลังงานหลักเป็นพลังงานสำรอง วัฏจักรเหล่านี้ไม่มีอยู่ในทุกสถานี แต่ตัวอย่างเช่น เพื่อความสะดวกในการจัดส่งและการกระจายพลังงานในภายหลัง สามารถใช้รูปแบบต่างๆ ได้ ซึ่งส่วนใหญ่เป็นความร้อนและไฟฟ้า
• การบำรุงรักษาพลังงานที่แปลงเสร็จแล้ว การส่งและการจ่ายพลังงาน

ในขั้นตอนสุดท้าย ทรัพยากรจะถูกส่งไปยังผู้ใช้ปลายทาง ซึ่งสามารถเป็นได้ทั้งภาคเศรษฐกิจของประเทศและเจ้าของบ้านทั่วไป

อุตสาหกรรมพลังงานความร้อน

อุตสาหกรรมพลังงานที่พบมากที่สุดในรัสเซีย โรงไฟฟ้าพลังความร้อนในประเทศผลิตไฟฟ้าได้มากกว่า 1,000 เมกะวัตต์ โดยใช้ถ่านหิน ก๊าซ ผลิตภัณฑ์น้ำมัน ตะกอนจากชั้นหินดินดาน และพีทเป็นวัตถุดิบ พลังงานหลักที่สร้างขึ้นจะถูกแปลงเป็นไฟฟ้าเพิ่มเติม ในทางเทคนิคแล้ว สถานีดังกล่าวมีข้อดีหลายประการซึ่งกำหนดความนิยม ซึ่งรวมถึงไม่ต้องการมากต่อสภาพการทำงานและความง่ายในการจัดระเบียบทางเทคนิคของเวิร์กโฟลว์

โรงไฟฟ้าพลังความร้อนในรูปแบบของโรงควบแน่นและโรงไฟฟ้าพลังความร้อนร่วม สามารถสร้างได้โดยตรงในพื้นที่ที่มีการดึงทรัพยากรสิ้นเปลืองหรือที่ผู้บริโภคตั้งอยู่ ความผันผวนของฤดูกาลไม่กระทบต่อความเสถียรของสถานี ซึ่งทำให้แหล่งพลังงานมีความน่าเชื่อถือ แต่ TPP ก็มีข้อเสียเช่นกัน ซึ่งรวมถึงการใช้ทรัพยากรเชื้อเพลิงที่สิ้นเปลืองได้ มลภาวะต่อสิ่งแวดล้อม ความจำเป็นในการเชื่อมโยงทรัพยากรแรงงานจำนวนมาก เป็นต้น

พลังน้ำ

โครงสร้างไฮดรอลิกในรูปแบบของสถานีไฟฟ้าย่อยได้รับการออกแบบมาเพื่อสร้างกระแสไฟฟ้าจากการแปลงพลังงานของการไหลของน้ำ นั่นคือกระบวนการทางเทคโนโลยีของรุ่นเกิดจากการผสมผสานระหว่างปรากฏการณ์เทียมและธรรมชาติ ระหว่างการทำงาน สถานีจะสร้างแรงดันน้ำที่เพียงพอ จากนั้นจะส่งไปยังใบพัดกังหันและเปิดใช้งานเครื่องกำเนิดไฟฟ้า ประเภทของพลังงานทางอุทกวิทยาแตกต่างกันไปตามประเภทของหน่วยที่ใช้ การกำหนดค่าการทำงานร่วมกันของอุปกรณ์กับกระแสน้ำตามธรรมชาติ ฯลฯ ตามตัวชี้วัดประสิทธิภาพ โรงไฟฟ้าพลังน้ำประเภทต่อไปนี้สามารถแยกแยะได้:

• เล็ก - สร้างได้ถึง 5 เมกะวัตต์
• ปานกลาง - สูงสุด 25 MW.
• ทรงพลัง - มากกว่า 25 MW.

การจำแนกประเภทยังใช้ขึ้นอยู่กับแรงดันน้ำ:

• แรงดันต่ำ - สูงสุด 25 ม.
• ความดันปานกลาง - จาก 25 ม.
• ความกดอากาศสูง - สูงกว่า 60 ม.

ข้อดีของโรงไฟฟ้าพลังน้ำ ได้แก่ ความเป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม ความพร้อมใช้งานทางเศรษฐกิจ (พลังงานฟรี) ทรัพยากรการทำงานที่ไม่สิ้นสุด ในเวลาเดียวกัน โครงสร้างไฮดรอลิกต้องการต้นทุนเริ่มต้นจำนวนมากสำหรับองค์กรด้านเทคนิคของโครงสร้างพื้นฐานการจัดเก็บ และยังมีข้อจำกัดเกี่ยวกับตำแหน่งทางภูมิศาสตร์ของสถานี - เฉพาะในที่ที่แม่น้ำมีแรงดันน้ำเพียงพอ

อุตสาหกรรมพลังงานนิวเคลียร์

ในแง่หนึ่ง นี่เป็นชนิดย่อยของพลังงานความร้อน แต่ในทางปฏิบัติ ตัวชี้วัดประสิทธิภาพของโรงไฟฟ้านิวเคลียร์มีลำดับความสำคัญสูงกว่าโรงไฟฟ้าพลังความร้อน รัสเซียใช้วัฏจักรการผลิตไฟฟ้านิวเคลียร์แบบครบวงจร ซึ่งช่วยให้สามารถผลิตพลังงานได้จำนวนมาก แต่ยังมีความเสี่ยงสูงในการใช้เทคโนโลยีการแปรรูปแร่ยูเรเนียม การอภิปรายประเด็นด้านความปลอดภัยและการเผยแพร่งานของอุตสาหกรรมนี้โดยเฉพาะอย่างยิ่ง ดำเนินการโดย ANO "ศูนย์ข้อมูลสำหรับพลังงานนิวเคลียร์" ซึ่งมีสำนักงานตัวแทนใน 17 ภูมิภาคของรัสเซีย

เครื่องปฏิกรณ์มีบทบาทสำคัญในการดำเนินการกระบวนการสร้างพลังงานนิวเคลียร์ หน่วยนี้เป็นหน่วยที่ออกแบบมาเพื่อรองรับปฏิกิริยาการแตกตัวของอะตอม ซึ่งจะมาพร้อมกับการปลดปล่อยพลังงานความร้อน เครื่องปฏิกรณ์มีหลายประเภทแตกต่างกันไปตามประเภทของเชื้อเพลิงและสารหล่อเย็นที่ใช้ รูปแบบที่ใช้กันมากที่สุดคือเครื่องปฏิกรณ์น้ำเบาที่ใช้น้ำธรรมดาเป็นสารหล่อเย็น แร่ยูเรเนียมเป็นทรัพยากรการแปรรูปหลักในอุตสาหกรรมพลังงานนิวเคลียร์ ด้วยเหตุผลนี้ โรงไฟฟ้านิวเคลียร์มักจะได้รับการออกแบบเพื่อค้นหาเครื่องปฏิกรณ์ใกล้กับแหล่งสะสมของยูเรเนียม ปัจจุบัน รัสเซียมีเตาปฏิกรณ์ 37 เครื่องที่ดำเนินการอยู่ กำลังการผลิตรวมอยู่ที่ประมาณ 190 พันล้านกิโลวัตต์ต่อชั่วโมง/ปี

ลักษณะของพลังงานทดแทน

เปรียบเทียบแหล่งพลังงานทดแทนเกือบทั้งหมดในเกณฑ์ดีความสามารถในการจ่ายทางการเงินและความเป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม ในกรณีนี้ ทรัพยากรแปรรูป (น้ำมัน ก๊าซ ถ่านหิน ฯลฯ) จะถูกแทนที่ด้วยพลังงานธรรมชาติ นี่อาจเป็นแสงแดด กระแสลม ความร้อนจากดิน และแหล่งพลังงานธรรมชาติอื่นๆ ยกเว้นทรัพยากรทางอุทกวิทยา ซึ่งปัจจุบันถือว่าเป็นแบบดั้งเดิม แนวคิดด้านพลังงานทางเลือกมีมาช้านาน แต่จนถึงทุกวันนี้ แนวคิดเหล่านี้มีส่วนแบ่งเพียงเล็กน้อยในการจัดหาพลังงานทั้งหมดของโลก ความล่าช้าในการพัฒนาอุตสาหกรรมเหล่านี้เกี่ยวข้องกับปัญหาในองค์กรเทคโนโลยีของกระบวนการผลิตไฟฟ้า

แต่อะไรคือสาเหตุของการพัฒนาพลังงานทดแทนอย่างแข็งขันในวันนี้? ความจำเป็นในการลดอัตรามลภาวะต่อสิ่งแวดล้อมและปัญหาสิ่งแวดล้อมโดยทั่วไปในวงกว้าง นอกจากนี้ ในอนาคตอันใกล้นี้ มนุษยชาติอาจต้องเผชิญกับการสูญเสียทรัพยากรแบบดั้งเดิมที่ใช้ในการผลิตพลังงาน ดังนั้น แม้จะมีอุปสรรคด้านองค์กรและเศรษฐกิจ แต่โครงการต่างๆ เพื่อการพัฒนาพลังงานทางเลือกก็ให้ความสนใจมากขึ้นเรื่อยๆ

พลังงานความร้อนใต้พิภพ

วิธีหนึ่งที่ใช้กันทั่วไปในการเติมพลังที่บ้าน พลังงานความร้อนใต้พิภพเกิดขึ้นในกระบวนการสะสม ถ่ายโอน และเปลี่ยนแปลงความร้อนภายในของโลก ในระดับอุตสาหกรรม หินใต้ดินให้บริการที่ระดับความลึกสูงสุด 2-3 กม. ซึ่งอุณหภูมิอาจเกิน 100°C สำหรับการใช้งานส่วนบุคคลของระบบความร้อนใต้พิภพนั้นมักใช้ตัวสะสมพื้นผิวซึ่งไม่ได้อยู่ในหลุมที่ความลึก แต่แนวนอน แหล่งพลังงานความร้อนใต้พิภพเกือบทั้งหมดในวงจรการผลิตต่างจากวิธีอื่นๆ ในการผลิตพลังงานทดแทนโดยไม่มีขั้นตอนการแปลง นั่นคือพลังงานความร้อนหลักในรูปแบบเดียวกันจะถูกส่งไปยังผู้บริโภคปลายทาง ดังนั้นจึงใช้แนวคิดเช่นระบบทำความร้อนใต้พิภพ

พลังงานแสงอาทิตย์

หนึ่งในแนวคิดพลังงานทดแทนที่เก่าแก่ที่สุด โดยใช้ระบบไฟฟ้าโซลาร์เซลล์และเทอร์โมไดนามิกส์เป็นอุปกรณ์จัดเก็บ ในการนำวิธีการสร้างโฟโตอิเล็กทริกไปใช้ การแปลงพลังงานของโฟตอนแสง (ควอนตั้ม) ให้เป็นไฟฟ้าจะถูกนำมาใช้ การติดตั้งทางอุณหพลศาสตร์นั้นใช้งานได้ดีกว่าและเนื่องจากกระแสสุริยะ สามารถสร้างทั้งความร้อนด้วยไฟฟ้าและพลังงานกลเพื่อสร้างแรงผลักดัน

แผนงานค่อนข้างง่าย แต่มีปัญหามากมายในการใช้งานอุปกรณ์ดังกล่าว นี่เป็นเพราะว่าโดยหลักการแล้วพลังงานแสงอาทิตย์มีลักษณะเด่นหลายประการ: ความไม่เสถียรเนื่องจากความผันผวนรายวันและตามฤดูกาล การพึ่งพาสภาพอากาศ ความหนาแน่นของฟลักซ์แสงต่ำ ดังนั้นในขั้นตอนการออกแบบแผงโซลาร์เซลล์และแบตเตอรี่ การศึกษาปัจจัยด้านอุตุนิยมวิทยาจึงให้ความสนใจเป็นอย่างมาก

พลังงานคลื่น

กระบวนการผลิตไฟฟ้าจากคลื่นเกิดขึ้นจากการเปลี่ยนแปลงของพลังงานน้ำขึ้นน้ำลง หัวใจของโรงไฟฟ้าประเภทนี้ส่วนใหญ่เป็นสระน้ำซึ่งจัดเป็นช่วงแยกปากแม่น้ำหรือกั้นอ่าวด้วยเขื่อนกั้นน้ำ ท่อระบายน้ำที่มีกังหันไฮดรอลิกจัดอยู่ในแนวกั้นที่เกิดขึ้น เมื่อระดับน้ำเปลี่ยนแปลงในช่วงกระแสน้ำขึ้น ใบพัดกังหันจะหมุน ซึ่งมีส่วนช่วยในการผลิตกระแสไฟฟ้า ส่วนหนึ่ง พลังงานประเภทนี้คล้ายกับหลักการทำงานของโรงไฟฟ้าพลังน้ำ แต่กลไกของการมีปฏิสัมพันธ์กับแหล่งน้ำนั้นมีความแตกต่างกันอย่างมีนัยสำคัญ สถานีคลื่นสามารถใช้บนชายฝั่งทะเลและมหาสมุทร ซึ่งระดับน้ำสูงขึ้นถึง 4 เมตร ทำให้สามารถผลิตไฟฟ้าได้สูงถึง 80 กิโลวัตต์/เมตร การขาดโครงสร้างดังกล่าวเกิดจากการที่ท่อระบายน้ำขัดขวางการแลกเปลี่ยนน้ำจืดและน้ำทะเล และสิ่งนี้ส่งผลเสียต่อชีวิตของสิ่งมีชีวิตในทะเล

พลังงานลม

การผลิตไฟฟ้าอีกวิธีหนึ่งสำหรับใช้ในบ้านเรือนส่วนตัว โดดเด่นด้วยความเรียบง่ายทางเทคโนโลยีและราคาประหยัด พลังงานจลน์ของมวลอากาศทำหน้าที่เป็นทรัพยากรที่ประมวลผล และเครื่องยนต์ที่มีใบพัดหมุนทำหน้าที่เป็นแบตเตอรี่ โดยทั่วไปแล้ว พลังงานลมจะใช้เครื่องกำเนิดกระแสไฟฟ้าซึ่งเปิดใช้งานจากการหมุนของใบพัดแนวตั้งหรือแนวนอนด้วยใบพัด สถานีในประเทศโดยเฉลี่ยประเภทนี้สามารถผลิตไฟฟ้าได้ 2-3 กิโลวัตต์

เทคโนโลยีพลังงานแห่งอนาคต

ตามที่ผู้เชี่ยวชาญระบุว่า ภายในปี 2100 ส่วนแบ่งของถ่านหินและน้ำมันในสมดุลโลกจะอยู่ที่ประมาณ 3% ซึ่งน่าจะผลักดันพลังงานแสนสาหัสกลับมาเป็นแหล่งพลังงานสำรอง สถานีพลังงานแสงอาทิตย์ควรเป็นอันดับแรก เช่นเดียวกับแนวคิดใหม่ในการแปลงพลังงานในอวกาศตามช่องสัญญาณไร้สาย กระบวนการในการเป็นพลังงานแห่งอนาคตควรเริ่มต้นในปี 2573 เมื่อถึงเวลาละทิ้งแหล่งเชื้อเพลิงไฮโดรคาร์บอนและการเปลี่ยนไปใช้ทรัพยากรที่ "สะอาด" และหมุนเวียนกลับมา

แนวโน้มพลังงานของรัสเซีย

อนาคตของพลังงานในประเทศส่วนใหญ่เกี่ยวข้องกับการพัฒนาวิธีการดั้งเดิมในการเปลี่ยนแปลงทรัพยากรธรรมชาติ สถานที่สำคัญในอุตสาหกรรมจะต้องถูกครอบครองโดยพลังงานนิวเคลียร์ แต่ในรุ่นรวมกัน โครงสร้างพื้นฐานของโรงไฟฟ้านิวเคลียร์จะต้องเสริมด้วยองค์ประกอบของวิศวกรรมไฮดรอลิกและวิธีการแปรรูปเชื้อเพลิงชีวภาพที่เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม ไม่ใช่สถานที่สุดท้ายในโอกาสการพัฒนาที่เป็นไปได้สำหรับแบตเตอรี่พลังงานแสงอาทิตย์ ในรัสเซีย แม้กระทั่งทุกวันนี้ ส่วนนี้มีแนวคิดที่น่าสนใจมากมาย โดยเฉพาะอย่างยิ่ง แผงที่ใช้งานได้แม้ในฤดูหนาว แบตเตอรี่แปลงพลังงานของแสงเช่นนี้ แม้จะไม่มีโหลดความร้อน

สรุป

ปัญหาด้านพลังงานในปัจจุบันทำให้รัฐที่ใหญ่ที่สุดมีทางเลือกระหว่างพลังงานและความสะอาดด้านสิ่งแวดล้อมของความร้อนและการผลิตไฟฟ้า แหล่งพลังงานทางเลือกที่พัฒนาแล้วส่วนใหญ่พร้อมข้อดีทั้งหมดนั้น ไม่สามารถทดแทนทรัพยากรแบบดั้งเดิมได้อย่างเต็มที่ ซึ่งในทางกลับกันก็สามารถนำมาใช้ได้อีกหลายทศวรรษ ดังนั้นพลังงานแห่งอนาคตจึงมีมากมายผู้เชี่ยวชาญนำเสนอเป็นชนิดของการพึ่งพาอาศัยกันของแนวคิดต่างๆ ของการผลิตพลังงาน นอกจากนี้ คาดว่าเทคโนโลยีใหม่ไม่เพียงแต่ในระดับอุตสาหกรรมเท่านั้น แต่ยังรวมถึงในครัวเรือนด้วย ในเรื่องนี้ เราสามารถสังเกตหลักการไล่ระดับอุณหภูมิและชีวมวลของการผลิตพลังงานได้