Энергия — это способность что-то делать. Про энергию многие знают, что она может быть найдена в различных формах, таких как химическая, электрическая, световая, тепловая, механическая, ядерная. Существует два вида энергии, а именно потенциальная (накопленная) и кинетическая (движения).
Закон сохранения энергии гласит, что она не может быть уничтожена и создана. Она может только менять форму.
Энергия, содержащаяся в 1 грамме вещества при полной конвертации даст 25 000 000 кВт/ч, но пока использовать это невозможно.
Источники энергии
С точки зрения доступности энергию можно разделить на возобновляемую и невозобновляемую. На сегодняшний день она никогда не закончится, но говорят, что это «относительно», потому что когда-нибудь Солнце погаснет. Ученые считают, что Солнце погаснет через 8 миллиардов лет.
Возобновляемые источники энергии
Возобновляемых источников энергии довольно много и до сих пор это направление постоянно развивается. Часто говорят, что возобновляемые источники не влияют на окружающую среду. Это не совсем верно, так как на практике возобновляемая энергия также может наносить ущерб окружающей среде. Например, скопление воды в гидроэлектростанции вызывают шум и разрушение окружающей среды. Точно так же солнечные элементы требуют обширной площади.
Некоторые из возобновляемых источников энергии на сегодняшний день, которые мы знаем сегодня.
Солнечная энергия
Солнце является основным источником энергии для Земли. Можно сказать про энергию, что ее происхождение, в основном, от солнца.
Солнечная энергия может использоваться прямо или косвенно. Наша сушка одежды под палящим солнцем-это одна из форм прямого или примитивного использования солнца. Однако мы можем превратить солнечную энергию в электричество через солнечные элементы (фотоэлектрические), а затем хранить в батареях, которые будут использоваться в любое время, когда солнца не видно. Мы также можем улавливать солнечное тепло с помощью солнечной панели для нагрева теплоносителя.
Солнечные элементы (фотоэлектрические), от греческого phōtos, что означает свет. Благодаря учению об электричество Алессандро Вольта энергия может накапливаться в гальваническом элементе. Принцип действия эффекта электрического света открыт Александром Беккерелем в 1839 году. Солнечные элементы были разработаны в начале 1950-х годов в Соединенных Штатах для целей спутниковой энергетики. Более 95% солнечных элементов, производимых на земле, производятся из полупроводникового материала, называемого кремнием (Si), который доступен в изобилии. Существует несколько типов солнечных панелей на основе составных материалов, а именно монокристаллический, поликристаллический и аморфный кремний. Поскольку солнечные элементы могут производить электроэнергию только небольшого напряжения, то для удовлетворения потребностей потребителя солнечные элементы могут быть подключены последовательно. При параллельном подключении будет создаваться больший электрический ток. Объединенные солнечные элементы помещаются в прозрачную раму и снабжены защитным стеклом перед ним. Модуль солнечных батарей, как правило, способен вырабатывать электроэнергию от 10 Вт до 100 Вт, измеряемую при стандартном излучении 1000 Вт/м2 при температуре ячейки 25oC.
Преимущества солнечных батарей:
- вырабатывать электричество без каких-либо движущихся частей не вызывая шума или дыма.
- позволяет получать электроэнергию в любом месте где есть свет.
- небольшой вес, легко устанавливается, настраивается для получения определенного напряжения.
- батарея относительно устойчива к атмосферным воздействиям, но периодическая очистка требуется.
- без затрат на топливо и почти без затрат на техническое обслуживание
- генерирует постоянный ток, который может храниться непосредственно в батарее.
Солнечный нагреватель
Солнечный нагреватель — это инструмент для улавливания солнечного излучения. Центральным устройством является тепловой коллектор. Наиболее распространенные солнечные коллекторы в виде плоской формы, состоящие из абсорбента (поглощающее) солнечного излучения, который будет преобразовывать излучение в тепло. Абсорбирующий материал помещается в контактный изолятор, закрывается стеклом, чтобы свести к минимуму потери тепла. Жидкий теплоноситель (обычно смесь воды и материалов, которые не наносят ущерба окружающей среде, таких как этиленгликоль) будет течь по боковой стороне теплоотвода по трубам через резервуар для теплой воды. Существует два способа течения воды, а именно пассивный и активный. Пассивным способом резервуар для теплой воды расположен над коллектором. Циркуляция воды будет происходить за счет конвекции. В активном режиме добавляется циркуляционный насос. Насос помогает циркулировать жидкому теплоносителю. Солнечное энергоснабжение дома имеет много применений, например, для водяной бани или бассейна.
Принцип работы солнечного нагревателя также может быть использован для производства электроэнергии. В этом случае тепло солнца отражается вогнутым зеркалом. Вода становится очень горячей и превращается в пар, который затем используется для вращения турбины. Примеры применения технологии находятся в пустыне Мохаве, штат Калифорния, которая может обслуживать 35 000 домов. Другой способ состоит в том, чтобы собрать зеркало таким образом, чтобы оно могло отражать солнечные лучи на вершину башни, которая содержит теплоноситель. Если теплоноситель нагревается, то его можно использовать для кипячения воды или включения турбины. Этот проект также расположен в пустыне Монхаве (построен в 1980-х годах). Главная проблема обоих технологий, конечно, в наличии солнечных лучей. Поэтому эти принципы часто развиваются в гибридных технологиях, например, с источником питания от дизеля.
Энергия ветра
Ветер-это движение воздуха, вызванное неравномерным распределением тепла по поверхности земли. Поверхность земли состоит из суши и воды. В жаркий день воздух над материком нагревается быстрее, чем воздух над океаном. Горячий воздух расширяется и становится легче, поэтому он поднимается вверх. Прохладный воздух заполняет то место, где был горячий. Напротив, ночью воздух над землей остывает быстрее, чем воздух над водой. В масштабах Земли воздух вокруг экватора будет более теплым, чем воздух вблизи северного или южного полюса. Поэтому именно на экваторе происходит поток воздуха наверх, который будет вытягивать прохладный воздух из направления полюса через нижний слой. Находясь в верхнем слое, воздух с экватора движется к полюсам.
Ветровая энергия использовалась человечеством с древних времен. 5000 лет назад египтяне использовали парусные суда для перемещения по реке Нил.
Первыми придумали ветряные мельницы персы (Иран). Столетия спустя голландцы разработали свойственную им ветряную мельницу, такую как пропеллерный парус. Ветряные мельницы использовались для самых разных целей и помогли стране Голландии стать одной из самых известных отечественных отраслей промышленности в 17 веке.
В принципе, мельницы меняет энергию кинетического ветра на механическую. Они использовались для перекачки воды, растирания риса и так далее. Такого типа ветряную мельницу также можно использовать для выработки электроэнергии, объединив ее с электрическим генератором. Конечно, любая модель этого средства действительно зависит от ветра. Только в том районе, где ветрено возможны ветрогенераторы.
В зависимости от модели, каждая турбина может вырабатывать электроэнергию от 50 000 до 300 000 Вт. Скорость ветра должна быть достаточной, от 18 км/ч до 21 км/ч
Гидроэнергетика
Кинетическая энергия движения воды может быть преобразована в другие формы. Человечество давно знает об этом потенциале и использует его для вращения водяного колеса, переработки сельскохозяйственной продукции и других целей.
Гидроэлектростанция работает путем преобразования энергии воды, когда вода стекает вниз, вращая турбину которая подключена к электрогенератору.
Гидроэлектростанция считается довольно популярной из-за того, что вырабатываемой электроэнергии достаточно много. Кроме того, вода не снижает своего качества. Однако это не означает, что гидроэлектростанции не наносят ущерба окружающей среде. В момент изготовления плотины произойдет изменение условий окружающей среды и это может помешать сохранению растений и животных
Преимущества гидроэлектростанции:
- Доступно непрерывно, во время протекания воды
- Доступная энергия может быть предсказана
- Простое техническое обслуживание, относительно низкая стоимость
- Технология достаточно прочна и может использоваться 20 лет и более
Невозобновляемые источники энергии
Невозобновляемые источники энергии часто связаны с ущербом окружающей среде. Невозобновляемая энергия производится из энергетических ископаемых. Основные энергетические ископаемые это нефть, природный газ и уголь.
Нефть
Нефть образовалась от животных и растений, которые жили миллионы лет назад. Эксперты также заявили, что нефть добывается из диатомовых водорослей, погибших 300 миллионов лет назад. Диатомовые водоросли-это крошечные морские существа которые были способны накапливать солнечную энергию.
Нефть использовалась более 5000 — 6000 лет назад. Шумеры, ассирийцы и вавилоняне использовали нефть, которая появлялась на берегу реки Евфрат.
Нефть в сыром виде представляет собой бесцветную жидкость желто-черного цвета с неприятным запахом. После переработки из сырой нефти получают керосин, бензин, асфальт, бензин и много чего еще.
Транспортировка нефти часто представляла собой проблему. Разливы нефти, как на суше, так и в море или реке, очень опасны для устойчивости окружающей среды
Природный газ
Природный газ был найден в Иране примерно 2000 – 6000 лет назад. Затем человек узнал, что свет и тепло от горящего газа могут быть использованы.
Природный газ не имеет цвета, запаха и вкуса. Основные элементы газа представляют собой четыре атома водорода и одного атома углерода CH4. Чтобы облегчить утечку природный газ смешивают с веществом, которое пахнет серой.
Природный газ может сжиматься и храниться в жидком виде, чтобы сэкономить место, до объема 1/600. Природный газ чище угля и нефти, но все равно вызывает загрязнение окружающей среды.
Уголь
Уголь- похож на черный камень, который содержит углерод, водород, кислород, азот и серу. Существует три вида угля, а именно антрацит, битуминозный и бурый. Тип антрацита наиболее твердый и содержит большую часть углерода. Историки утверждают, что первыми потребителями угля был Китай. И сейчас объем потребления угля в Китае самый большой в мире.
