Способы получения электроэнергии: Найден способ получения электроэнергии из дождевой воды

Содержание

Найден способ получения электроэнергии из дождевой воды

https://ria.ru/20200217/1564877667.html

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

наука

физика

химия

открытия — риа наука

гонконг

китай

сша

энергетика

экология

/html/head/meta[@name=’og:title’]/@content

/html/head/meta[@name=’og:description’]/@content

https://cdn22.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

гонконг

китай

сша

РИА Новости

[email protected]

7 495 645-6601

ФГУП МИА «Россия сегодня»

https://xn--c1acbl2abdlkab1og. xn--p1ai/awards/

2020

РИА Новости

[email protected]

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

[email protected]

7 495 645-6601

ФГУП МИА «Россия сегодня»

https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/awards/

https://cdn22.img.ria.ru/images/149540/62/1495406286_67:0:1934:1400_1920x0_80_0_0_52a22dfd5618ae364e5facb9669438e1.jpg

РИА Новости

[email protected]

7 495 645-6601

ФГУП МИА «Россия сегодня»

https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/awards/

РИА Новости

[email protected]

7 495 645-6601

ФГУП МИА «Россия сегодня»

https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/awards/

физика, химия, открытия — риа наука, гонконг, китай, сша, энергетика, экология

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.

12 сентября 2019, 09:00НаукаУченые подошли к пониманию природы космических лучей сверхвысоких энергий

Самые необычные способы выработки электроэнергии / Статьи и обзоры / Элек.ру

Доступ к безграничной энергии — едва ли не самая востребованная идея человечества. Недаром новые разработки, которые навсегда избавили бы население Земли от нехватки энергии, то и дело появляются в научных корпоративных и университетских лабораториях.

Генератор из турникетов, пьезоэлементы в напольной плитке, выработка электроэнергии при помощи «лежачих полицейских», использование вулканической энергии или сточных вод — каких только методов электрогенерации не предложили исследователи за последнее десятилетие. В 2020 году этот список пополнили новые изобретения, позволяющие получать электричество из необычных источников. И хотя сроки масштабной реализации этих проектов отодвигаются на годы или даже десятилетия, это не останавливает изобретателей, вновь и вновь пытающихся получить хотя бы первые микроватты энергии из альтернативных источников.

Электричество из воздуха

В лаборатории Университета Массачусетса в Амхерсте (UMass Amherst) создан Air-gen — пневматический генератор с электропроводящими белковыми нанопроволоками, которые производят микробы Geobacter.

Тонкая пленка из нанопроволок толщиной менее 10 мкм нижним и верхним концами касается миниатюрных электродов. Она адсорбирует водяной пар из воздуха, создавая на устройстве градиент напряжения. Комбинация электропроводности и химического состава поверхности белковых нанопроволок в сочетании с порами между ними в пленке создает условия для генерации электрического тока. По мнению исследователей, с помощью Air-gen можно генерировать электроэнергию даже в условиях низкой влажности, сравнимых с пустыней Сахарой.

В лабораторном прототипе генератора удалось получить постоянное напряжение около 0,5 В на пленке толщиной 7 мкм с плотностью тока 17 мкА на квадратный сантиметр. Этого достаточно, чтобы обеспечить работу малогабаритной электроники. Но если запустить в производство так называемый патч Air-gen, то он сможет заменить аккумуляторы в браслетах для фитнеса, умных часах и мобильных телефонах.

Падающие с высоты капли — это не просто дождь, а возобновляемый источник электроэнергии

В Городском университете Гонконга (City university of Hong Kong) разработан электрогенератор на основе падающих капель воды с полевой транзисторной структурой (ПТС). Устройство обеспечивает очень высокую эффективность преобразования энергии и удельную мощность до 50,1 Вт/кв. м, что на несколько порядков выше, чем у аналогичных трибогенераторов.

Исследователи применили для сбора энергии от ударов падающих капель устройство, состоящее из верхней политетрафторэтиленовой пленки на подложке из оксида индия и олова, и алюминиевого электрода. Падая на верхний слой и растекаясь, капли соединяют алюминиевый электрод и электрод из оксида индия и олова. Тем самым компоненты создают электрическую систему с замкнутым контуром, преобразуя обычный межфазный эффект в объемный эффект и увеличивая мгновенную плотность мощности.

В лабораторном генераторе капля воды объемом 100 микролитров (0,1 г), падающая с высоты 15 см, генерирует напряжение более 140 В, зажигая 100 светодиодных лампочек. Кинетическая энергия падающей воды обусловлена гравитацией и может рассматриваться как возобновляемая. По мнению исследователей, этот метод получения электроэнергии применим везде, где вода попадает на твердую поверхность — от корпуса судна до зонтика.

«Из света в тень перелетая»

Солнечные электростанции используют энергию солнечного света, и любое изменение оптимального угла падения лучей, а уж тем более тень снижают эффективность фотопанелей. Однако ученые из Национального университета Сингапура (National university of Singapore, NUS) создали SEG-генератор (Shadow-effect energy generator), использующий эффект солнечной тени. Электрический ток в генераторе возникает благодаря разности потенциалов между участками с контрастным освещением. SEG-генератор работает наиболее эффективно тогда, когда половина его поверхности освещена ярким солнцем, а другая находится в тени. Генерирующая поверхность состоит из ячеек, в которых на кремниевую подложку нанесена сверхтонкая пленка золота.

В помещении удельная плотность электромощности устройства составляет 0,14 мкВт на квадратный сантиметр, а полученной под воздействием тени энергии (1,2 В) достаточно для управления электронными часами.

Кроме того, SEG может служить датчиком движения с автономным питанием, отслеживая перемещение теней, и использоваться в интеллектуальных сенсорных системах. Благодаря рентабельности, простоте и стабильности, SEG имеет широкие перспективы применения — от выработки «зеленой» энергии до силовой электроники, уверяют исследователи.

Источники электроэнергии вокруг нас

Электричество, которое присутствует в домах, офисах, рабочих помещениях и автомобилях, создает низкоуровневые магнитные поля. В Пенсильванском университете (University of Pennsylvania) разработан способ для сбора этих случайных магнитных полей и преобразования их энергии в электричество.

Ученые использовали композитную структуру, сложив вместе два разных материала. Один из них является магнитострикционным и преобразует магнитное поле в напряжение, а другой — пьезоэлектрическим и преобразует напряжение или колебания в электрическое поле.

Чтобы получить электроэнергию, тонкие, как бумага, генераторы длиной около 1,5 дюйма (3,8 см) размещаются на приборах, источниках света и в других местах наибольшего магнитного поля. На расстоянии 4 дюймов (более 10 см) от обогревателя такое устройство производило достаточно электроэнергии для питания 180 светодиодных матриц, а на расстоянии 8 дюймов (почти 20,5 см) — для питания цифрового будильника.

По мнению разработчиков, эта технология имеет значение при проектировании интеллектуальных зданий, в которых применяются автономные беспроводные сенсорные сети для дистанционного мониторинга и управления.

Бактерии для биохимической генерации энергии

Получением электроэнергии с помощью различных микроорганизмов занимаются многие изобретатели во всем мире. Исследователи из Санкт-Петербургского государственного электротехнического университета «ЛЭТИ» создали макет биотопливной установки для получения электричества с помощью штаммов сине-зеленых водорослей Anabaena и Synechococcus, которые обладают бактериальной структурой клеток. Эти водоросли способны использовать солнечный свет для получения энергии, воду в качестве донора электронов, а углекислый газ из воздуха для получения углеродсодержащих соединений.

Лабораторная модель биотопливного элемента на основе водорослей позволила сгенерировать электроэнергию под действием солнечного света. Чтобы увеличить эффективность установки, петербургские ученые оптимизировали параметры наноструктурированных анодов из различных углеродных материалов, на которые осаждались микроорганизмы. Ячейка с бактерией Synechococcus на гибридном углеродном аноде показала наибольшую эффективность — 183 мВт/кв. м.

Электростанция галактического масштаба

Черные дыры обладают колоссальной энергией, и за последние полвека ученые предложили немало вариантов, как воспользоваться этим источником или его искусственным аналогом. На этот раз физики Лука Комиссо (Luca Comisso) из Колумбийского университета (Нью-Йорк, США) и Фелипе Асенжо (Felipe A. Asenjo) из Университета Адольфо Ибаньеса (Саньтьяго, Чили) предложили новый способ получения энергии из черных дыр путем размыкания и повторного соединения линий магнитного поля вблизи горизонта событий.

Эта область пространства обычно заполнена плазмой из остатков вещества, еще не поглощенного черной дырой. Формируя «косички» из линий магнитного поля, можно заставить заряженные частицы ускоряться до околосветовых скоростей либо в направлении вращения черной дыры, либо против.

Частицы плазмы, которые двигаются против вращения, будут иметь противоположный спин, получат отрицательную энергию и исчезнут в гравитационной яме. А двигающиеся в направлении вращения частицы ускорятся и смогут избежать хватки черной дыры, а также унести часть ее энергии. По подсчетам исследователей, если когда-нибудь можно будет реализовать такой процесс, то его производительность достигнет не менее 150 %.

Источник: Татьяна Рейтер, журнал «Электротехнический рынок»

Способы получения и использования электрической энергии и энергии магнитного поля

Электрическая энергия – энергия движущихся по электрической цепи электронов (электрического тока).

Электрическая энергия применяется для:

получения механической энергии с помощью электродвигателей и осуществления механических процессов обработки материалов: дробления, измельчения, перемешивания;
для проведения электрохимических реакций;
получения тепловой энергии в электронагревательных устройствах и печах;
для непосредственной обработки материалов (электроэррозионная обработка).

Перечислим преимущества электрической энергии перед другими видами энергии:

Без электрической энергии невозможна нормальная жизнь современного общества.
Электрическая энергия является практически единственным видом энергии для искусственного освещения.
Электрическую энергию легко преобразовать в другие виды энергии (механическую, тепловую, световую, химическую и др.), и наоборот, в электрическую энергию легко преобразуются любые другие виды энергии
Электрическую энергию можно передавать практически на любые расстояния. Электрическую энергию удобно дробить на любые части в электрических цепях (мощность приемников электроэнергии может быть различна)
Процессы получения, передачи и потребления электроэнергии легко поддаются автоматизации, благодаря точности и чувствительности электрических методов контроля и управления.
Процессы, в которых используется электрическая энергия, допускают простое управление (нажатие кнопки, выключателя и т.д.) Использование электрической энергии позволяет повысить производительность труда во всех областях деятельности человека, автоматизировать почти все технологические процессы.

К недостаткам электрической энергии можно отнести невозможность запасать ее в больших количествах и сохранять эти запасы длительное время.

Электрическая и магнитная энергии тесно взаимосвязаны друг с другом. Магнитная энергия – это энергия постоянных магнитов, обладающих большим запасом энергии, но плохо отдающих ее. Электрический ток создает вокруг себя протяженные, сильные магнитные поля, поэтому чаще всего говорят об электромагнитной энергии.

Электромагнитная энергия – это энергия электромагнитных волн, т.е. движущихся электрического и магнитного полей. Она включает видимый свет, инфракрасные, ультрафиолетовые, рентгеновские лучи и радиоволны.

Таким образом, электромагнитная энергия – это энергия излучения. Излучение переносит энергию в форме энергии электромагнитной волны. Когда излучение поглощается, его энергия преобразуется в другие формы, например в теплоту.

1. Основные способы получения энергии

Человечеству
электроэнергия нужна, причем потребности
в ней увеличиваются с каждым годом.
Вместе с тем запасы традиционных
природных топлив (нефти, угля, газа и
др.) конечны. Конечны также и запасы
ядерного топлива — урана и тория, из
которого можно получать в
реакторах-размножителях плутоний.
Поэтому важно на сегодняшний день найти
выгодные источники электроэнергии,
причем выгодные не только с точки зрения
дешевизны топлива, но и с точки зрения
простоты конструкций, эксплуатации,
дешевизны материалов, необходимых для
постройки станции, долговечности
станций.

1.1 Тепловые электростанции

Тепловая
электростанция (ТЭС), электростанция,
вырабатывающая электрическую энергию
в результате преобразования тепловой
энергии, выделяющейся при сжигании
органического топлива. Первые ТЭС
появились в кон. 19 в и получили
преимущественное распространение. В
сер. 70-х гг. 20 в. ТЭС — основной вид
электрической станций. Доля вырабатываемой
ими электроэнергии составляла: в России
и США св. 80% (1975), в мире около 76% (1973).

На тепловых
электростанциях преобразуется химическая
энергия топлива сначала в механическую,
а затем в электрическую.

Топливом для
такой электростанции могут служить
уголь, торф, газ, горючие сланцы, мазут.
Тепловые электрические станции
подразделяют на конденсационные (КЭС),
предназначенные для выработки только
электрической энергии, и теплоэлектроцентрали
(ТЭЦ), производящие кроме электрической
тепловую энергию в виде горячей воды и
пара. Крупные КЭС районного значения
получили название государственных
районных электростанций (ГРЭС).

По мнению
ученых в основе энергетики ближайшего
будущего по-прежнему останется
теплоэнергетика на не возобновляемых
ресурсах. Но структура ее изменится.
Должно сократиться использование нефти.
Существенно возрастет производство
электроэнергии на атомных электростанциях.
Начнется использование пока еще не
тронутых гигантских запасов дешевых
углей, например, в Кузнецком, Канско-Ачинском,
Экибаcтузском бассейнах. Широко будет
применяться природный газ, запасы
которого в стране намного превосходят
запасы в других странах.

К сожалению,
запасы нефти, газа, угля отнюдь не
бесконечны. Природе, чтобы создать эти
запасы, потребовались миллионы лет,
израсходованы они будут за сотни лет.
Сегодня в мире стали всерьез задумываться
над тем, как не допустить хищнического
разграбления земных богатств. Ведь лишь
при этом условии запасов топлива может
хватить на века.

1.2 Гидроэлектростанции

Гидроэлектрическая
станция, гидроэлектростанция (ГЭС),
комплекс сооружений и оборудования,
посредством которых энергия потока
воды преобразуется в электрическую
энергию. ГЭС состоит из последовательной
цепи гидротехнических сооружений,
обеспечивающих необходимую концентрацию
потока воды и создание напора, и
энергетического оборудования,
преобразующего энергию движущейся под
напором воды в механическую энергию
вращения которая, в свою очередь,
преобразуется в электрическую энергию.

По схеме
использования водных ресурсов и
концентрации напоров ГЭС обычно
подразделяют на русловые, приплотинные,
деривационные с напорной и безнапорной
деривацией, смешанные, гидроаккумулирующие
и приливные. В русловых и приплотинных
ГЭС напор воды создаётся плотиной,
перегораживающей реку и поднимающей
уровень воды в верхнем бьефе. При этом
неизбежно некоторое затопление долины
реки. В случае сооружения двух плотин
на том же участке реки площадь затопления
уменьшается. На равнинных реках наибольшая
экономически допустимая площадь
затопления ограничивает высоту плотины.
Русловые и приплотинные ГЭС строят и
на равнинных многоводных реках и на
горных реках, в узких сжатых долинах.

Важнейшая
особенность гидроэнергетических
ресурсов по сравнению с топливно-энергетическими
ресурсами — их непрерывная возобновляемость.

Урок 12. традиционная и альтернативная энергетика. экологически безопасные источники получения электроэнергии — Экология — 11 класс

Экологические проблемы электроэнергетики и пути их решения

Традиционная и альтернативная энергетика. Экологически безопасные источники получения электроэнергии

Необходимо запомнить

ВАЖНО!

Энергоснабжение охватывает все сферы нашей жизни. Главным источником энергии на нашей планете является Солнце. Человек использует тепло и свет, исходящие от Солнца, а также накопленную в течение миллионов лет энергию фотосинтеза в виде полезных ископаемых – исчерпаемых природных ресурсов: угля, нефти и газа. Наибольшее количество электроэнергии в России вырабатывается на тепловых электростанциях (ТЭС), где энергию получают путём сжигания природного газа, угля, торфа или мазута. Сжигание топлива – не только основной источник энергии, но и источник выбросов загрязняющих веществ в атмосферу (углекисный газ, двуокись серы, оксиды азота, пылевые частицы).

Гидроэнергетика также получила достаточно широкое распространение. Одно из важнейших её воздействий на окружающую среду связано с отчуждением значительных площадей плодородных земель под строительство водохранилищ.

Атомная энергетика стала развиваться относительно недавно и рассматривается как наиболее перспективная. 0,5 кг ядерного топлива позволяет получать столько же энергии, сколько сжигание 1000 тонн каменного угля. Экологические проблемы этой отрасли энергетики связаны с захоронением отработанного ядерного топлива, ликвидацией самих АЭС после окончания сроков эксплуатации и опасностью радиационного заражения в случае аварийных ситуаций.

Однако, при постоянно возрастающих потребностях современной цивилизации все традиционные источники энергии, возможно, будут исчерпаны. На современном этапе развития, человечество старается найти новые, экологически чистые и восполняемые источники энергии. Эти способы получения, передачи и использования энергии получили название альтернативных. К ним относят солнечную, геотермальную и ветровую энергию, а также энергию биомассы и океана. Наиболее прогрессивная технология – сочетание в одном устройстве генераторов двух видов энергетических установок, например, ветрогенератора и солнечных батарей. Развитие альтернативной энергетики ведётся и в России. Например, функционируют геотермальные электростанции (Камчатка), на Крымском полуострове широко применяется получение электроэнергии с помощью солнечных батарей, возведено несколько сотен ветроэлектростанций, запланированы к строительству приливно-отливные электростанции.

Традиционные способы получения электроэнергии

Инженеры предложили уникальную технологию выработки энергии из капель воды

Команда ученых, возглавляемая учеными из Городского университета Гонконга, разработала генератор, который производит электричество от падающих капель воды. Достаточно всего одной капли, чтобы заставить генератор произвести энергию, с помощью которой можно зажечь 100 маленьких светодиодных ламп. Устройство открывает совершенно новые способы выработки электроэнергии, сообщают исследователи в журнале Nature.

Устройство состоит из слоя оксида индия и олова (ITO), который покрыт полимерным политетрафторэтиленом (PTFE), более известным как тефлон. Этот электроизоляционный материал представляет собой так называемый электрет, который может накапливать электрические заряды, например, в результате трения. Небольшой кусочек алюминия соединяет оба слоя и служит электродом.

Когда капля воды падает на водоотталкивающую поверхность PTFE/ITO и распространяется по ней, она создает электрический заряд в результате электрохимических взаимодействий. Причем электроэнергия не теряется после каждой капли, а накапливается. «С увеличением количества капель воды, ударяющихся о поверхность, накапливаются поверхностные заряды с высокой плотностью», — сообщают Цуанкай Ванг, руководитель проекта. — После примерно 16 000 падений поверхностный заряд достигает стабильного значения около 50 нанокулон».

Теперь вступает в игру второй процесс: вода, растекающаяся по поверхности, образует «мостик» между алюминиевым электродом и слоем PTFE/ITO. Это создает замкнутую электрическую цепь, через которую может течь заряд. По своей структуре, объясняют исследователи, система похожа на полевой транзистор, полупроводниковый прибор.

Опыты показали, что одна 100-микролитровая капля водопроводной воды, падающая с высоты 15 см, может генерировать напряжение 140 Вольт и ток 270 микроампер. «Этой электроэнергии достаточно, чтобы засветилась сотня маленьких светодиодов», — говорит Цуанкай Ванг. Генератор на капельной основе, утверждают ученые, в тысячу раз эффективнее, чем предыдущие аналоги.

По словам исследователей, их генератор может использовать не только водопроводную воду, но и морскую, и даже капли дождя. Ученые адаптировали конструкцию для дождевой воды: вода сначала собиралась, а затем распределялась по капиллярам, через которые мерно падали капли. Морскую воду можно дозировать аналогичным образом.

«Регулируя диаметр капилляра и высоту падения капли, мы можем контролировать размер и скорость капель и, следовательно, количество вырабатываемой энергии», — говорят коллеги Ванга.

По словам ученых, эта технология открывает новые возможности для использования энергии воды. «Кинетическая энергия падающей воды обусловлена гравитацией и поэтому может рассматриваться как свободно доступная и возобновляемая. Но ее следует использовать лучше, — говорит Ванг. — Электричество из капель воды вместо нефти или ядерной энергии может способствовать устойчивому развитию мира».

Капельный генератор особенно подходит для децентрализованного производства электроэнергии. И он может быть установлен везде, где идет дождь или есть вода. Например, на корпусе корабля или на поверхности зонта.

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

Электроэнергия в США — Управление энергетической информации США (EIA)

Электроэнергия в США производится (генерируется) с использованием различных источников энергии и технологий

Соединенные Штаты используют множество различных источников энергии и технологий для производства электроэнергии. Источники и технологии менялись со временем, и некоторые из них используются чаще, чем другие.

Три основных категории энергии для производства электроэнергии — это ископаемое топливо (уголь, природный газ и нефть), ядерная энергия и возобновляемые источники энергии.Большая часть электроэнергии вырабатывается паровыми турбинами с использованием ископаемого топлива, ядерной энергии, биомассы, геотермальной и солнечной тепловой энергии. Другие основные технологии производства электроэнергии включают газовые турбины, гидротурбины, ветряные турбины и солнечные фотоэлектрические установки.

Нажмите для увеличения

Ископаемое топливо — крупнейший источник энергии для производства электроэнергии

Природный газ был крупнейшим источником U — около 40%.S. Производство электроэнергии в 2020 году. Природный газ используется в паровых турбинах и газовых турбинах для выработки электроэнергии.

Уголь

был третьим по величине источником энергии для производства электроэнергии в США в 2020 году — около 19%. Почти все угольные электростанции используют паровые турбины. Несколько угольных электростанций преобразуют уголь в газ для использования в газовой турбине для выработки электроэнергии.

Нефть была источником менее 1% выработки электроэнергии в США в 2020 году. Остаточный мазут и нефтяной кокс используются в паровых турбинах.Дистиллятное или дизельное топливо используется в дизельных генераторах. Остаточное жидкое топливо и дистилляты также можно сжигать в газовых турбинах.

Ядерная энергия обеспечивает пятую часть электроэнергии США

Ядерная энергия была источником около 20% выработки электроэнергии в США в 2020 году. Атомные электростанции используют паровые турбины для производства электроэнергии за счет ядерного деления.

Возобновляемые источники энергии обеспечивают растущую долю электроэнергии в США

Многие возобновляемые источники энергии используются для выработки электроэнергии и являются источником около 20% всего U.С. Производство электроэнергии в 2020 году.

Гидроэлектростанции произвели около 7,3% от общего объема производства электроэнергии в США и около 37% электроэнергии из возобновляемых источников энергии в 2020 году. ¹ Гидроэлектростанции используют проточную воду для вращения турбины, подключенной к генератору.

Энергия ветра была источником около 8,4% от общего объема производства электроэнергии в США и около 43% электроэнергии из возобновляемых источников энергии в 2020 году. Ветровые турбины преобразуют энергию ветра в электричество.

Биомасса была источником около 1,4% от общего производства электроэнергии в США в 2020 году. Биомасса сжигается непосредственно на пароэлектрических электростанциях или может быть преобразована в газ, который можно сжигать в парогенераторах, газовых турбинах или внутреннем сгорании. двигатели-генераторы.

Солнечная энергия обеспечила около 2,3% всей электроэнергии США в 2020 году. Фотоэлектрическая (PV) и солнечно-тепловая энергия — два основных типа технологий производства солнечной электроэнергии. Преобразование PV производит электричество непосредственно из солнечного света в фотоэлектрических элементах.В большинстве гелиотермических систем для выработки электроэнергии используются паровые турбины.

Геотермальные электростанции произвели около 0,5% от общего объема производства электроэнергии в США в 2020 году. Геотермальные электростанции используют паровые турбины для выработки электроэнергии.

¹ Включая обычные гидроэлектростанции.

Последнее обновление: 18 марта 2021 г.

Различные методы производства электроэнергии

Для чего мы используем энергию?

Различные методы производства электроэнергии

Существуют различные методы производства электроэнергии в зависимости от видов энергии.
Среди источников энергии уголь и природный газ используются для производства электроэнергии путем сжигания (тепловая энергия), уран путем ядерного деления (ядерная энергия), чтобы использовать их тепло для кипячения воды и вращающейся паровой турбины.
Среди возобновляемых источников энергии солнечный свет напрямую преобразуется в электричество (фотоэлектрическая энергия), энергия вращения ветра преобразуется в электричество (энергия ветра), вращение водяного колеса проточной водой для производства (гидро). Магматическое тепло закипает подземную воду, чтобы вращать паровую турбину для генерации (геотермальной энергии).
Продолжается непрерывное развитие технологий для преобразования энергии ресурсов или возобновляемых источников энергии в электричество с меньшими потерями. Для эксплуатации электростанции также важно проводить техническое обслуживание или обучение операторов.

Тепловая мощность

Производство электроэнергии на пылеугольном топливе в настоящее время является основным методом производства электроэнергии на угле. Уголь измельчается до мелкого порошка и сжигается в котле. Нагрев в бойлере превращает воду в пар.Давление пара вращает паровую турбину, а генератор вырабатывает электричество.

Электроэнергетика с комбинированным циклом сначала вырабатывает газ за счет сжигания топлива в сжатом воздухе.
Давление газа вращает газовую турбину, а генератор вырабатывает электричество.
Кроме того, тепло выхлопных газов газовой турбины используется для кипячения воды для выработки пара, который вращает турбину для генерации.

Комбинированный цикл комплексной газификации угля (IGCC) газифицирует топливный уголь в газификаторе.Газифицированное топливо сжигается в сжатом воздухе с образованием газа. Давление газа вращает газовую турбину для выработки электроэнергии. Кроме того, тепло выхлопных газов газовой турбины используется для превращения воды в пар для выработки электроэнергии.

Международное сравнение энергоэффективности производства тепловой энергии

Международное сравнение эффективности производства тепловой энергии (ископаемое топливо). Установки для разжигания угля в Японии достигают максимальной эффективности, вырабатывая много электроэнергии с меньшим количеством топлива.Несмотря на то, что эффективность генерации может быть увеличена за счет использования мощностей (или технологий) по производству электроэнергии с новейшими и наивысшими показателями эффективности, важно проводить техническое обслуживание объекта или также поддерживать или повышать качество работы.

Атомная энергетика

Легкая вода означает обычную воду в отличие от тяжелой воды. В активной зоне реактора в результате ядерного деления вырабатывается тепло, которое затем вызывает кипение воды с образованием пара. Пар используется для вращения турбины для выработки электроэнергии, затем охлаждается в конденсаторе морской водой и снова превращается в жидкую воду.Затем эта вода возвращается в активную зону реактора.

Легкая вода означает обычную воду в отличие от тяжелой воды. В активной зоне реактора при ядерном делении выделяется тепло, но нагретая вода подавляется перед кипением за счет приложения высокого давления. Эта вода с высокой температурой и давлением направляется в парогенератор, превращает воду в пар, а затем вращает турбину для выработки электроэнергии в генераторе, после чего она охлаждается в конденсаторе морской водой и снова превращается в жидкую воду.Затем эта вода возвращается в паровую турбину.

Глоссарий

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 метод, связанный с потением, — это носимые устройства, при которых люди носят куртки, использующие 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 использовать 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 присоединен 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 экономически выгодной. 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

Откуда у нас электричество?

Электричество необходимо для современной жизни, но почти миллиард человек живет без доступа к нему.Такие проблемы, как изменение климата, загрязнение и разрушение окружающей среды, требуют, чтобы мы изменили способ производства электроэнергии.

За последнее столетие основными источниками энергии, используемыми для производства электроэнергии, были ископаемое топливо, гидроэлектроэнергия и, с 1950-х годов, ядерная энергия. Несмотря на значительный рост возобновляемых источников энергии за последние несколько десятилетий, ископаемые виды топлива остаются доминирующими во всем мире. Их использование для производства электроэнергии продолжает расти как в абсолютном, так и в относительном выражении: в 2017 году из ископаемого топлива было произведено 64.5% мировой электроэнергии по сравнению с 61,9% в 1990 году.

Доступ к надежному электроснабжению жизненно важен для благополучия человека. В настоящее время каждый седьмой человек в мире не имеет доступа к электричеству. Таким образом, спрос на электроэнергию будет продолжать расти. В то же время выбросы парниковых газов должны резко сократиться, если мы хотим смягчить последствия изменения климата, и мы должны перейти на более чистые источники энергии, чтобы уменьшить загрязнение воздуха. Это, вероятно, потребует значительного увеличения всех низкоуглеродных источников энергии, важной частью которых является ядерная энергия.

Для достижения устойчивого мира необходимо декарбонизация всех секторов экономики, включая транспорт, тепло и промышленность. Электричество предоставляет средства для использования низкоуглеродных источников энергии, и поэтому широко распространенная электрификация рассматривается как ключевой инструмент декарбонизации секторов, традиционно работающих на ископаемом топливе. По мере того, как конечное использование электроэнергии растет, а выгоды от электричества распространяются на всех людей, спрос будет значительно расти.

Уголь, газ и нефть

Электростанции, работающие на ископаемом топливе, сжигают уголь или нефть для получения тепла, которое, в свою очередь, используется для выработки пара для привода турбин, вырабатывающих электричество.На газовых установках горячие газы приводят в действие турбину для выработки электроэнергии, в то время как газотурбинная установка с комбинированным циклом (ПГУ) также использует парогенератор для увеличения количества производимой электроэнергии. В 2017 году ископаемое топливо произвело 64,5% электроэнергии во всем мире.

Эти электростанции надежно вырабатывают электроэнергию в течение длительных периодов времени и, как правило, дешевы в строительстве. Однако при сжигании топлива на основе углерода образуется большое количество углекислого газа, что приводит к изменению климата. Эти растения также производят другие загрязнители, такие как оксиды серы и азота, которые вызывают кислотные дожди.

Электростанция Коттам в Великобритании, которая использует уголь и газ для производства электроэнергии (Изображение: EDF Energy)

Сжигание ископаемого топлива для получения энергии вызывает значительное число смертей из-за загрязнения воздуха. Например, по оценкам, только в одном Китае 670 000 человек умирают преждевременно — каждый год из-за использования угля.

Установкам, работающим на ископаемом топливе, требуется очень большое количество угля, нефти или газа. Во многих случаях это топливо необходимо транспортировать на большие расстояния, что может привести к потенциальным проблемам с поставками.Цена на топливо исторически была нестабильной и может резко возрасти в периоды дефицита или геополитической нестабильности, что может привести к нестабильным затратам на производство электроэнергии и повышению потребительских цен.

Гидроэнергетика

Большинство крупных гидроэлектростанций вырабатывают электроэнергию, накапливая воду в обширных резервуарах за плотинами. Вода из резервуаров проходит через турбины для выработки электроэнергии. Плотины гидроэлектростанций могут генерировать большое количество электроэнергии с низким содержанием углерода, но количество площадок, подходящих для новых крупномасштабных плотин, ограничено.Гидроэлектроэнергия также может производиться русловыми электростанциями, но большинство рек, которые подходят для этого, уже освоены.

Плотина «Три ущелья» в Китае — самая большая в мире плотина гидроэлектростанций и самая большая в мире электростанция (Изображение: Le Grand Portage, CC BY-SA 2.0)

В 2017 году на гидроэнергетику приходилось 16% мирового производства электроэнергии.

Затопление водохранилищ за плотинами и замедление течения речной системы ниже плотины также может иметь серьезные последствия для окружающей среды и местного населения.Например, во время строительства крупнейшей в мире плотины гидроэлектростанций — плотины «Три ущелья» в Китае — около 1,3 миллиона человек были перемещены.
По количеству погибших в результате аварий гидроэнергетика — самый смертоносный источник энергии. Несчастным случаем с наибольшим числом погибших стало обрушение в 1975 году плотины Баньцяо в китайской провинции Хэнань, в результате которого, по официальным оценкам, прямо и косвенно погибло 171 000 человек.

Атомная энергетика

Ядерные энергетические реакторы используют тепло, выделяемое при расщеплении атомов, для генерации пара для привода турбины.В процессе деления не образуются парниковые газы, и в течение всего жизненного цикла ядерной энергии образуются лишь очень небольшие количества. Атомная энергия является экологически чистой формой производства электроэнергии и не способствует загрязнению воздуха. В 2018 году ядерная энергия произвела 10,5% мировой электроэнергии.

Атомная электростанция Палюэль на севере Франции, одна из крупнейших в мире атомных электростанций (Изображение: Areva)

Атомные электростанции, как и электростанции, работающие на ископаемом топливе, очень надежны и могут работать в течение многих месяцев без перебоев, обеспечивая большое количество чистой электроэнергии, независимо от времени суток, погоды или сезона.

Ядерное топливо можно использовать в реакторе в течение нескольких лет благодаря огромному количеству энергии, содержащейся в уране. Мощность одного килограмма урана примерно равна 1 тонне угля.

В результате образуется соответственно небольшое количество отходов. В среднем реактор, обеспечивающий потребности человека в электроэнергии в течение года, создает около 500 граммов отходов — их можно было бы поместить в банку из-под газировки. Всего 5 граммов из этого количества используется ядерное топливо — эквивалент листа бумаги.Существует несколько стратегий управления использованным топливом, например, прямая утилизация или переработка в реакторах для выработки более низкоуглеродной электроэнергии.

Ветровая и солнечная

Возобновляемые источники энергии, такие как ветер, солнечная энергия и малая гидроэнергетика, производят электроэнергию с низким уровнем выбросов парниковых газов на протяжении всего их жизненного цикла. В 2017 году ветряная и солнечная энергия производили 4,4% и 1,3% соответственно мировой электроэнергии. Они не производят электричество предсказуемо или постоянно из-за своей естественной зависимости от погоды.Производство электроэнергии от ветряных турбин зависит от скорости ветра, и если ветер слишком слабый или слишком сильный, электричество вообще не производится. Мощность солнечных панелей зависит от силы солнечного света, которая зависит от ряда различных факторов, таких как время суток и количество облачного покрова (а также количество пыли на панелях).

Другая проблема заключается в том, что может не хватить места или желания общественности разместить огромное количество турбин или панелей, необходимых для выработки достаточного количества электроэнергии.Это связано с тем, что энергия ветра или солнца является рассеянной, а это означает, что для выработки значительного количества электроэнергии требуется очень значительное количество земли.

Поскольку электроэнергию нелегко хранить, возобновляемые источники энергии должны поддерживаться другими формами производства электроэнергии. Самые большие батареи не могут работать в течение нескольких дней, не говоря уже о неделях, которые потребуются для резервного копирования возобновляемых источников энергии, чтобы обеспечить круглосуточное снабжение электроэнергией. Чтобы обеспечить стабильную подачу электроэнергии, газовые заводы все чаще предоставляют услуги резервного копирования электроэнергии из возобновляемых источников.Установки, работающие на природном газе, выделяют большое количество углекислого газа во время работы, и значительные количества метана часто выделяются во время добычи и транспортировки газа, и то и другое способствует изменению климата.

Биомасса

Электростанции, работающие на биомассе, работают аналогично газовым и угольным электростанциям. Вместо сжигания газа или угля установка работает на различных формах биомассы (например, специально выращенных деревьях, древесной щепе, бытовых отходах или «биогазе»). В 2017 году биомасса произвела 2.3% мировой электроэнергии.

Электростанция Drax в Великобритании частично заменила уголь импортной биомассой в качестве топлива для производства электроэнергии (Изображение: Andrew Whale, CC BY-SA 2.0)

Для производства биомассы может потребоваться много энергии, как с точки зрения производства самой биомассы, так и с точки зрения транспорта. Из-за этого требуемая энергия может быть больше, чем энергетическая ценность конечного топлива, а выбросы парниковых газов могут быть такими же или даже большими, чем выбросы от эквивалентного ископаемого топлива.Кроме того, для абсорбции выделяемого углекислого газа может потребоваться более 100 лет, что приводит к кратковременному увеличению выбросов.

Другие воздействия на окружающую среду, связанные с землепользованием и экологической устойчивостью, могут быть значительными. Кроме того, как и в случае с углем, использование биомассы может способствовать загрязнению воздуха и, таким образом, иметь негативные последствия для здоровья населения, проживающего на заводах по производству биомассы.

Что будет движущей силой нашего электрического будущего?

Электричество приобретает все большее значение.Если мы хотим решить проблему изменения климата и уменьшить загрязнение воздуха, нам нужно будет расширить использование всех низкоуглеродных источников энергии, важной частью которых является ядерная энергия.

Чтобы удовлетворить растущий спрос на устойчивую энергию, Всемирная ядерная ассоциация представила программу Harmony, которая ставит цель для ядерной энергетики производить не менее 25% электроэнергии до 2050 года. Это будет означать, что к тому времени ядерная генерация должна будет утроиться во всем мире. . Чтобы резко снизить уровень ископаемого топлива, ядерная и возобновляемая энергия должны работать вместе, чтобы обеспечить надежное, доступное и чистое энергоснабжение будущего.

Официальный документ Всемирной ядерной ассоциации «Тихий гигант» содержит дополнительную информацию о необходимости использования ядерной энергии в системе чистой энергии.

Вас также может заинтересовать

Различные способы производства электроэнергии

Производство электроэнергии обычно представляет собой двухэтапный процесс, при котором вода нагревается до кипения; энергия пара вращает турбину, которая, в свою очередь, вращает генератор, создавая электричество.Движение пара производит кинетическую энергию, энергию движущихся объектов. Вы также получаете эту энергию от падающей воды. Она прямо пропорциональна скорости движущегося тела — чем быстрее оно движется, тем больше энергии. Электричество производится, когда кинетическая энергия вращает медные катушки (или провод) внутри турбины.

Динамо-машины и генераторы

Ключевой частью большинства электростанций является генератор, устройство, преобразующее вращательное движение в электричество. Внутри генератора катушки из медной проволоки вращаются в сильном магнитном поле.При движении катушек магнитное поле создает электрический ток переменного тока внутри провода. Источник вращательного движения, будь то ветряная мельница, турбина или дизельный двигатель, не имеет значения; он просто должен быть достаточно сильным, чтобы включить генератор. Динамо-машина, «двоюродный брат» генератора, работает примерно так же; однако он производит постоянный ток (DC).

Электроэнергия из пара

Паровая электростанция (или генератор) вырабатывает электроэнергию за счет сжигания топлива, включая биомассу, уголь или нефть.Пар, образующийся в процессе, подается в турбину. Медный якорь (провод) в генераторе вращается при вращении турбины, создавая электрический ток. Примером паровой электростанции является электростанция Биг-Бенд, расположенная в Тампе, Флорида.

Гидроэлектроэнергия: падающая вода

Электроэнергия, вырабатываемая из воды, называется гидроэлектроэнергией. Падающая вода вращает лопасти гидроэлектрической турбины, которая, в свою очередь, перемещает медную арматуру внутри электрогенератора для производства электроэнергии.Примером гидроэлектростанции является плотина Грейт-Гувера (расположенная недалеко от Лас-Вегаса, США). Всего в нем 19 турбин, которые вырабатывают достаточно электроэнергии, чтобы обслуживать более 1,3 миллиона человек ежегодно.

Ветряные мельницы: энергия ветра

Ветряная электростанция вращает лопасти турбины, которые перемещают медную арматуру (которая находится внутри генератора) для выработки электроэнергии. В прошлом ветряные мельницы использовались для вращения колес прикрепленных мельниц. Современные ветряные мельницы превращают механическую энергию (генерируемую при движении) в электрическую.Примером ветряной электростанции является ветряная электростанция мощностью 107 мегаватт (МВт), расположенная недалеко от озера Бентон, штат Миннесота.

Солнечная энергия: энергия солнечного света

Фотоэлектрические элементы используют энергию солнечного света для производства электроэнергии. Постоянный ток (DC) генерируется стационарными солнечными панелями (которые состоят из фотоэлектрических элементов) и обычно используется для локальных приложений, включая запуск небольших ирригационных насосов или для зарядки устройств с батарейным питанием. Солнечные электростанции промышленного масштаба неуклонно набирают популярность с ростом цен на ископаемое топливо.Они работают, улавливая солнечную энергию через большие отражатели. Захваченная энергия затем направляется в приемники, которые используют различные технологии для выработки электроэнергии за счет питания газовых или паровых турбин. Электростанция Неллис — крупнейшая солнечная электростанция в Северной Америке. Он расположен на базе ВВС Неллис в округе Кларк, штат Невада, недалеко от Лас-Вегаса. Станция состоит из более чем 70 000 фотоэлектрических солнечных панелей, а ее максимальная электрическая мощность оценивается в 13 мегаватт переменного тока (13 МВт переменного тока).

10 невероятных новых способов производства электроэнергии

Цивилизация находится под угрозой. Кажется очевидным, что традиционные методы производства электроэнергии неустойчивы, и мы должны найти новые способы производства электроэнергии, которые не производят столько углерода (или пыли от старых, таких как природный газ и ядерная энергия).

Потребность в альтернативных источниках энергии не нова.Мы видели массивные солнечные батареи, представленные в обширных пустынях, огромные ветряные электростанции на суше и в море, волновые лучи, преобразующие энергию наших океанов, а также появление и исчезновение биомассы.

Однако эти формы альтернативной энергии — не единственная игра в городе.Вот 10 новых способов производства электроэнергии.

1.Сбор тепла тела

Несколько крупных городов разработали проекты, которые собирают тепло, оставшееся в их обширных системах метро.Миллионы пассажиров, а также двигатели поездов и тормоза, работающие в закрытом метро, выделяют огромное количество тепла.

Операторы метро тоже давно знают о проблеме тепла, поскольку им приходится тратить значительные суммы денег на отвод тепла обычными средствами.Тем не менее, операторы метрополитена теперь более эффективно используют это избыточное тепло: для электроснабжения и обогрева домов и предприятий. В Лондоне сотни домов вокруг Хайбери и Ислингтона являются частью схемы сбора тепла от лондонского метро, в то время как аналогичные схемы существуют по всей Европе.

Но это не просто сбор и преобразование тепла в подземных метро.Например, торговый центр Mall of America площадью 2,5 миллиона квадратных футов использует тепло, выделяемое огромным потоком людей, проходящих через него. Эта жара борется с обычно суровой миннесотской зимой — настолько, что в здании нет традиционной системы центрального отопления — инновационное мышление дизайнеров еще в начале 90-х годов.

По теме: Сколько энергии использует ваш компьютер?

2.Конфискованный алкоголь

Предоставлено: Шведский биогазовый поезд через Викимедиа

Когда жизнь дает вам лимоны, сожгите их и используйте их для питания поездов.

Национальная таможенная служба Швеции ежегодно конфискует сотни тысяч алкогольных напитков, незаконно ввезенных контрабандой.Вместо того, чтобы выливать все это в канализацию, что является пустой тратой, почему бы не превратить это во что-нибудь полезное?

Работая со Svensk Biogas AB, шведское таможенное управление стремится продолжать превращать этот бесплатный ресурс в силу до тех пор, пока контрабандисты продолжают пытаться пересечь границу.К 2013 году автобусные парки более чем в десятке шведских городов работали на биогазе, хотя не все из контрабандного алкоголя.

3.Подгузники для взрослых б / у

Население Японии быстро стареет.В то время как старение японского населения может вызывать более широкую экономическую озабоченность, инновационная система вторичной переработки SFD компании Super Faiths Inc , расположенная в Тоттори, рассматривает это бремя как энергетическое решение и, безусловно, является интересным альтернативным способом производства электроэнергии.

Система вторичной переработки SFD принимает использованные подгузники, затем стерилизует, измельчает и сушит их в своей запатентованной машине, возвращая гранулы биомассы, готовые для сжигания в соответствующей печи, возвращая около 5000 ккал на кг переработанного.

Неплохая отдача для совершенно бесполезного свалки.Способная «обслуживать» около 700 фунтов использованных подгузников в день, система вполне может найти применение в домах престарелых и крупных больницах.

4.На танцполе

Кинетическая энергия, генерируемая нашими повседневными задачами, находится в центре внимания, поскольку станции метро, ночные клубы и тренажерные залы начинают использовать пьезоэлектрические технологии сбора урожая.Пьезоэлектричество генерируется в некоторых кристаллах в ответ на силу сжатия. Если у вас есть поверхность, которая движется по какой-либо причине, вы можете прикрепить к ней пьезоэлектрические кристаллы и получить небольшое количество энергии.

Накопленная электрическая энергия может быть использована для электроснабжения служб в том же здании или районе или направлена в новое место.Пьезоэлектричество — не совсем новое явление, и DARPA оценивает пьезоэлектрические генераторы в сапогах солдат.

Однако мы используем пьезоэлектричество чаще, чем вы думаете: в электрических зажигалках используется пьезоэлектрический кристалл с напряжением, достаточным для воспламенения газа, что приводит к возникновению пламени.

В дикой природе мы видели станцию метро Tokyo, в которой работают турникеты по продаже билетов, и первый в мире устойчивый ночной клуб в Роттердаме, Нидерланды.Производство пьезоэлектрической энергии также переходит в железнодорожный сектор.

В сотрудничестве с Университетом Технион и компанией Innowatech, занимающейся возобновляемыми источниками энергии, Израильские железные дороги установили 32 пьезоэлектрических устройства улавливания энергии вдоль довольно загруженного участка железной дороги, собрав около 120 кВтч, которых достаточно для питания сигнальных огней и путевых механизмов.

5.Ториевые реакторы

Миниатюрные ядерные реакторы, работающие всего на одной тонне радиоактивного тория, могут быть включены в новое поколение схем местного производства электроэнергии.Тем не менее, ториевым реакторам потребуются нейтроны высокой энергии для запуска их делящейся активности, что побудило британских ученых начать работу над миниатюрными ускорителями частиц.

Прототип, Электронная модель многих приложений, или EMMA, работает при напряжении около 20 миллионов электрон-вольт, или 20 МэВ, что является хорошим началом.Тем не менее, сохраняется изрядная доля скептицизма в отношении использования тория и практических аспектов строительства и обслуживания большего числа местных ядерных реакторов.

6.Солнечная энергия в космосе

Предоставлено: Солнечная энергия в космосе через Викимедиа.

Что может быть более захватывающим или футуристическим, чем массивная солнечная батарея, плавающая на платформе над планетой, излучающая беспроводное электричество на поверхность Земли.У этого варианта много преимуществ: нет необходимости снимать ценную недвижимость на Земле и нет колебаний энергии, вызванных погодой.

Тем не менее, этой форме альтернативного производства электроэнергии предстоит пройти долгий путь.Беспроводная передача электроэнергии, долгосрочная радиационная защита, защита от метеоритов и огромная стоимость вывода оборудования на орбиту — лишь некоторые из камней преткновения.

Но Джон С.Манкинс, президент Ассоциации космической энергетики и Artemis Innovation, считает, что так же, как ядерная энергетика получила десятилетия исследований и миллиарды долларов финансирования исследований, почему бы не предпринять серьезных финансовых усилий для получения солнечной энергии из космоса?

На практике проект космической солнечной энергии может работать примерно так:

Большой геостационарный массив будет собирать и фокусировать солнечный свет.
Фотоэлектрические элементы превратят этот свет в электричество.
Это электричество будет использоваться для питания микроволнового лазера, направленного на наземную станцию на Земле.
Микроволновая энергия будет приниматься антенной решеткой и преобразовываться обратно в электричество.

Связанный: Удивительные гаджеты солнечной энергии, которые должен использовать каждый дом

7.Солнечный ветер

Предоставлено: Модель солнечного паруса IKAROS через Викимедиа.

Раз уж мы заговорили о космосе, давайте поговорим о солнечном ветре.

Солнечный ветер состоит из огромного количества заряженных частиц, испускаемых Солнцем с чрезвычайно высокой скоростью.В принципе, эти частицы могут генерировать электричество, используя огромный солнечный парус и заряженный провод, который генерирует энергию из проходящего по нему солнечного ветра.

Согласно предварительному анализу Вашингтонского университета, количество энергии, которое вы можете генерировать, по существу безгранично и ограничено только размером развернутого вами солнечного паруса.

Триста метров медного провода, прикрепленные к приемнику шириной два метра и 10-метровому парусу, могли бы вырабатывать достаточно электроэнергии для 1000 домашних хозяйств.
Спутник с кабелем длиной 1000 метров и шириной паруса 8400 км может генерировать один миллиард миллиардов гигаватт энергии.

Звучит неплохо? Было бы — если бы мы могли создать и запустить такой солнечный парус на подходящую орбиту.

Стоит отметить, что это не так уж и неправдоподобно, как вы думаете.Японское агентство аэрокосмических исследований успешно запустило IKAROS (межпланетный воздушный змей, ускоряемый излучением Солнца) в 2010 году, став первым космическим кораблем, в котором в качестве основной движущей силы использовался солнечный парусный спорт. Их постоянные исследования дают ученым-исследователям очень ценные данные в нескольких ключевых областях.

Тем не менее, IKAROS намного меньше, чем рассматриваемые паруса, поэтому не ждите, пока солнечный ветер станет практичным вариантом в ближайшем будущем.

В 2019 году Планетарное общество развернуло LightSail 2 в качестве дополнительной полезной нагрузки на одной из ракет Falcon Heavy от SpaceX.LightSail 2 успешно развернул парус, хотя его общий успех ограничен. По словам Планетарного Общества: «Примерно одну треть времени мы [LightSail 2] находимся в режиме« детамблирования », снижая скорость вращения колеса и позволяя нашим крутящим стержням удалять угловой момент из системы».

По теме: Что такое Starlink и как работает спутниковый Интернет?

8.Медуза

Предоставлено: Aequorea victoria через Викимедиа.

Наши океаны становятся более кислыми.Таким образом, популяция медуз растет. Большинство из них не предназначены для употребления в пищу, но они могут оказаться более полезными для решения другой глобальной проблемы. Шведские исследователи постоянно сжижают большое количество Aequorea victoria, светящейся медузы, обычной для берегов Северной Америки.

Зеленый флуоресцентный белок (GFP), содержащийся в медузе, можно использовать для создания миниатюрных топливных элементов, которые можно использовать для питания поколения медицинских наноустройств.GFP, нанесенный на алюминиевые электроды и подвергнутый воздействию ультрафиолетового света, генерирует мощность, измеряемую в «десятках наноампер».

Это немаловажно.Разработка биологического топлива может позволить провести дальнейшие исследования био-нанотехнологий, которые не требуют внешнего топлива или электрического тока для продолжения работы. Если бы технология могла быть расширена, она могла бы быть чрезвычайно полезной в долгосрочной перспективе, особенно если проблема кислотности океана не исчезнет.

9.Радиоволны для сбора и переработки урожая

Исследовательская группа, занимающаяся переработкой радиоволн, надеется развернуть свою технологию на нескольких объектах.Идея сбора и переработки радиоволн и других электромагнитных волн не нова, но масштабы сбора растут.

Исследовательская группа, возглавляемая Маносом Тенцерисом, разработала технологию переработки и сбора энергии из различных источников, включая Wi-Fi, телеканалы, портативные электронные устройства и многое другое.В процессе сбора используются сверхширокополосные антенны, которые могут принимать огромный диапазон сигналов в разных частотных диапазонах.

Радиосигналы и другие электромагнитные частоты постоянно передаются вокруг нас.Превращение некоторых из этих частот в энергию изменит правила игры и станет инновационным методом производства электроэнергии.

10.Из воздуха

Святой Грааль производства энергии и электричества — создать его из воздуха, создав бесконечный и неиссякаемый источник энергии.Исследовательская группа из Массачусетского университета в Амхерсте считает, что они создали устройство, которое использует натуральный белок для создания электричества из влаги, присутствующей в воздухе.

«Air-gen» использует крошечные электропроводящие нанопроволоки на белковой основе.Исследовательская группа подключает нанопроволоки к генератору, который вырабатывает электричество из влажности и влаги в воздухе.

На момент написания проект остается небольшим.Но конечная цель — довести производство до полной мощности.

Возобновляемые источники энергии спасут планету

Некоторые из рассмотренных здесь источников энергии выглядят необычно, но многие из них могут найти практическое применение в будущем.Другие уже окружают нас, обеспечивая нас альтернативной энергией в повседневной жизни.

Это энергетическое исследование имеет решающее значение, если мы хотим, чтобы планета не уничтожила нас полностью.Планета выживет — мы этого не сделаем.

5 лучших устройств защиты от перенапряжения в 2019 году

Колебания напряжения питания могут повредить ваши устройства.Чтобы защитить свою электронику, вам понадобится лучший сетевой фильтр для вашего дома.

Читать далее

Об авторе

Гэвин Филлипс
(Опубликовано 823 статей)

Гэвин — младший редактор для Windows and Technology Explained, постоянный участник Really Useful Podcast и редактор дочернего сайта MakeUseOf, посвященного криптографии, Blocks Decoded.У него есть степень бакалавра (с отличием) в области современного письма с использованием методов цифрового искусства, разграбленных на холмах Девона, а также более десяти лет профессионального писательского опыта. Он любит много пить чая, настольные игры и футбол.

Более
От Гэвина Филлипса

Подпишитесь на нашу рассылку новостей

Подпишитесь на нашу рассылку технических советов, обзоров, бесплатных электронных книг и эксклюзивных предложений!

Еще один шаг…!

Пожалуйста, подтвердите свой адрес электронной почты в письме, которое мы вам только что отправили.

Центр обработки данных по альтернативным видам топлива: производство и распределение электроэнергии

Подключаемые гибридные электромобили (PHEV) и полностью электрические транспортные средства (EV) — собирательно именуемые подзаряжаемыми электромобилями (PEV) — накапливают электроэнергию в батареях для питания одного или нескольких электродвигателей. Батареи заряжаются в основном путем подключения к внешним источникам электроэнергии, произведенной из природного газа, угля, ядерной энергии, энергии ветра, гидроэнергии и солнечной энергии.

Электромобили

, а также PHEV, работающие в полностью электрическом режиме, не производят выхлопных газов. Однако существуют выбросы, связанные с производством большей части электроэнергии в Соединенных Штатах. См. Раздел о выбросах для получения дополнительной информации о местных источниках электроэнергии и выбросах.

Производство

По данным Управления энергетической информации США, в 2019 году большая часть электроэнергии в стране была произведена за счет природного газа, угля и ядерной энергии.

Электроэнергия также производится из возобновляемых источников, таких как гидроэнергия, биомасса, ветер, геотермальная энергия и солнечная энергия.В совокупности возобновляемые источники энергии произвели около 17% электроэнергии страны в 2019 году.

За исключением фотоэлектрической (PV) генерации, первичные источники энергии используются прямо или косвенно для перемещения лопаток турбины, подключенной к электрическому генератору. Турбогенератор преобразует механическую энергию в электрическую. В случае природного газа, угля, ядерного деления, биомассы, нефти, геотермальной энергии и солнечной энергии выделяемое тепло используется для создания пара, который перемещает лопасти турбины.В случае ветроэнергетики и гидроэнергетики лопасти турбины перемещаются непосредственно потоком ветра и воды соответственно. Солнечные фотоэлектрические панели преобразуют солнечный свет напрямую в электричество с помощью полупроводников.

Количество энергии, производимой каждым источником, зависит от сочетания видов топлива и источников энергии, используемых в вашем районе. Чтобы узнать больше, см. Раздел о выбросах. Узнайте больше о производстве электроэнергии в Управлении энергетической информации Министерства энергетики США.

Передача и распределение электроэнергии

Электроэнергия в Соединенных Штатах часто перемещается на большие расстояния от генерирующих объектов до местных распределительных подстанций через сеть высоковольтных электропередач протяженностью почти 160 000 миль.Генерирующие объекты обеспечивают энергоснабжение сети при низком напряжении от 480 вольт (В) на малых генерирующих объектах до 22 киловольт (кВ) на более крупных электростанциях. Когда электричество покидает генерирующую установку, напряжение повышается или «повышается» с помощью трансформатора (типичные диапазоны от 115 кВ до 765 кВ), чтобы минимизировать потери мощности на больших расстояниях. Поскольку электричество передается через сеть и поступает в зоны нагрузки, напряжение понижается трансформаторами подстанции (диапазоны от 69 кВ до 4.16 кВ). Чтобы подготовиться к подключению клиентов, напряжение снова снижается (бытовые клиенты используют 120/240 В; коммерческие и промышленные клиенты обычно используют 208/120 В или 480/277 В).

Автомобили с подзарядкой от электросети и инфраструктура электроснабжения

Полностью электрические автомобили и гибридные электромобили с подзарядкой от электросети представляют собой новый спрос на электроэнергию, но они вряд ли в ближайшем будущем перегрузят большую часть наших существующих генерирующих ресурсов. Значительное увеличение количества этих транспортных средств в Соединенных Штатах не обязательно потребует добавления новых мощностей по выработке электроэнергии в зависимости от того, когда, где и на каком уровне мощности заряжаются транспортные средства.

Спрос на электроэнергию растет и падает в зависимости от времени суток и времени года. Мощности по производству, передаче и распределению электроэнергии должны удовлетворять спрос в периоды пикового использования; но большую часть времени электроэнергетическая инфраструктура не работает на полную мощность. В результате электромобили и PHEV могут практически не создавать необходимости в дополнительных мощностях.

Согласно исследованию Тихоокеанской северо-западной национальной лаборатории, существующая электроэнергетическая инфраструктура США обладает достаточной мощностью, чтобы удовлетворить около 73% потребностей в энергии легковых автомобилей страны.Согласно моделям развертывания, разработанным исследователями из Национальной лаборатории возобновляемых источников энергии (NREL), разнообразие бытовых электрических нагрузок и электрических нагрузок должно позволить введение и рост рынка PEV при расширении сетей «умных сетей». Интеллектуальные сетевые сети обеспечивают двустороннюю связь между коммунальным предприятием и его потребителями, а также контроль линий электропередачи с помощью интеллектуальных счетчиков, интеллектуальных приборов, возобновляемых источников энергии и энергоэффективных ресурсов. Интеллектуальные сетевые сети могут предоставить возможность контролировать и защищать жилую распределительную инфраструктуру от любых негативных воздействий из-за увеличения спроса на электроэнергию со стороны транспортных средств, поскольку они способствуют зарядке в непиковые периоды и сокращают расходы для коммунальных предприятий, операторов сетей и потребителей.

Анализ NREL также продемонстрировал потенциал синергии между PEV и распределенными источниками возобновляемой энергии. Например, маломасштабные возобновляемые источники энергии, такие как солнечные батареи на крыше, могут как обеспечить чистую энергию для транспортных средств, так и снизить спрос на распределительную инфраструктуру за счет выработки электроэнергии вблизи точки использования.

Коммунальные предприятия, производители транспортных средств, производители зарядного оборудования и исследователи работают над тем, чтобы обеспечить плавную интеграцию PEV в U.S. электроэнергетическая инфраструктура. Некоторые коммунальные предприятия предлагают более низкие тарифы в непиковые часы, чтобы стимулировать зарядку бытовых транспортных средств, когда спрос на электроэнергию самый низкий. Транспортные средства и многие типы зарядного оборудования (также известного как оборудование для подачи электромобилей или EVSE) можно запрограммировать так, чтобы зарядка была отложена до непиковых периодов. «Умные» модели даже способны связываться с сетью, агрегаторами нагрузки или владельцами объектов / домов, что позволяет им автоматически взимать плату, когда спрос на электроэнергию и цены на нее наиболее благоприятны; например, когда цены самые низкие, соответствуют потребностям местного распределения (например, температурным ограничениям) или соответствуют требованиям возобновляемой генерации.