Современное развитие энергетической техники

Роль электроэнергетики в современном мире

История цивилизации — история изобретения все новых и новых методов преобразования энергии, освоения ее новых источников и в конечном итоге увеличения энергопотребления.

Первый скачок в росте энергопотребления произошел, когда человек научился добывать огонь и использовать его для приготовления пищи и обогрева своих жилищ. Источниками энергии в этот период служили дрова и мускульная сила человека. Следующий важный этап связан с изобретением колеса, созданием разнообразных орудий труда, развитием кузнечного производства. К XV в. средневековый человек, используя рабочий скот, энергию воды и ветра, дрова и небольшое количество угля, уже потреблял приблизительно в 10 раз больше, чем первобытный человек.

Особенно заметное увеличение мирового потребления энергии произошло за последние 200 лет, прошедшие с начала индустриальной эпохи, — оно возросло в 30 раз и достигло в 2001 г. 14,3 Гт у.т/год. Человек индустриального общества потребляет в 100 раз больше энергии, чем первобытный человек, и живет в 4 раза дольше.

В современном мире энергетика является основой развития базовых отраслей промышленности, определяющих прогресс общественного производства. Во всех промышленно развитых странах темпы развития энергетики опережали темпы развития других отраслей.

Специфической особенностью электроэнергетики является то, что ее продукция не может накапливаться для последующего и пользования, поэтому потребление соответствует производству электроэнергии и по размерам (разумеется, с учетом потерь) и во времени.

Представить себе жизнь без электрической энергии уже невозможно. Электроэнергетика вторглась во все сферы деятельности человека: промышленность и сельское хозяйство, науку и космос, наш быт. Столь широкое распространение объясняется ее специфическими свойствами: возможностью превращаться практически во все другие виды энергии (тепловую, механическую, звуковую, световую и т.п.); способностью относительно просто передаваться на значительные расстояния в больших количествах; огромными скоростями протекания электромагнитных процессе способностью к дроблению энергии и образованию ее параметр (изменение напряжения, частоты).

В промышленности электрическая энергия применяется как для приведения в действие различных механизмов, так и непосредственно в технологических процессах. Работа современных средств связи (телеграфа, телефона, радио, телевидения) основана на применении электроэнергии. Без нее невозможно было бы развитие кибернетики, вычислительной техники, космической техники.

Огромную роль электроэнергия играет в транспортной промышленности. Электротранспорт не загрязняет окружающую cpeду. Большое количество электроэнергии потребляет электрифицированный железнодорожный транспорт, что позволяет повышать пропускную способность дорог за счет увеличения скорости движения поездов, снижать себестоимость перевозок, повышать экономию топлива. Электроэнергия в быту является основной частью обеспечения комфортабельной жизни людей. Электроэнергетика — важная часть жизнедеятельности человека. Уровень ее развития отражает уровень развития производительных сил общества и возможности научно-технического прогресса.

В то же время энергетика — один из источников неблагоприятного воздействия на окружающую среду и человека. Она влияет на атмосферу (потребление кислорода, выбросы газов, влаги и твердых частиц), гидросферу (потребление воды, создание искусственных водохранилищ, сбросы загрязненных и нагретых вод, жидких отходов), биосферу (выбросы токсичных веществ) и на литосферу (потребление ископаемых топлив, изменение ландшафта).

Несмотря на отмеченные факторы отрицательного воздействия энергетики на окружающую среду, рост потребления энергии не вызывал особой тревоги у широкой общественности, так как было ясно, каким образом с технической точки зрения можно уменьшить или вообще исключить это воздействие. Так продолжалось до середины 70-х годов прошлого века, когда в руках специалистов оказались многочисленные данные, свидетельствующие о сильном антропогенном давлении на климатическую систему, что таит угрозу глобальной катастрофы при неконтролируемом росте энергопотребления. С тех пор ни одна другая научная проблема не привлекает такого пристального внимания, как проблема настоящих, а в особенности предстоящих изменений климата.

Источник

Исторические условия возникновения и развития энергетической техники

Так как под энергией понимают способность тел совершать работу, то физической основой энергетической техники является движение, переходящее из одной формы в другую.

Под энергетической техникой понимают совокупность средств производства, преобразования, передачи и распределения между потребителями различных форм энергии.

Фундаментальной теоретической основой энергетической техники является закон сохранения и превращения энергии.

В период первобытно-общинного строя единственным источником энергии являлись мускульные усилия человека. Освоение огня затем дало человеку источник тепловой энергии. Это было величайшим завоеванием человечества.

Лишь на поздних стадиях, уже на подступах к веку металла, начинается использование прирученных и одомашненных животных: слонов, лошадей, верблюдов, волов.

Биоэнергетика ― энергетика мускульных усилий господствовала многие тысячелетия. Она сохраняла свои позиции и в эпоху рабовладельческого общества, в котором труд раба ценился не выше, чем работа животных. Лишь когда концентрация мускульных усилий не в состоянии была решить техническую задачу (подъём больших тяжестей на высоту), стали применять изобретения древних механиков: блок, рычаг, наклонную плоскость и т.д.

Применение в рабовладельческий период (например, в I веке до нашей эры в Александрии) водяных колёс для орошения земель, а затем применение ветродвигателей (ветровые мельницы), не вызвало ещё сколько-нибудь серьёзных изменений в общем уровне энергетической техники.

Только в ХI веке, в эпоху феодального средневековья, в Европе начинают распространяться водяные и ветряные мельницы. Водяное колесо дало мощный толчок развитию металлургии, так как, во-первых, удалось повысить температуру в доменных печах, мехи которых приводились в движение от водяного колеса; во-вторых, расширились возможности откачки воды из шахт с помощью насосов, которые также приводились в движение от водяных колёс. Начиная с ХIII века, водяное колесо становится устройством, характеризующим технический уровень энергетической техники вплоть до промышленного переворота в конце ХVIII столетия.

Капиталистический способ производства вызвал к жизни новую энергетическую технику, основой которой стала паровая машина. Изобретение универсального парового двигателя явилось вторым этапом промышленного переворота ХVIII века. На смену ранней гидроэнергетике пришла теплоэнергетика.

Развитие энергетической техники протекало во взаимосвязи с развитием машин и характеризовалось непрерывным нарастанием единичных мощностей энергетических установок. В ХVIII веке в Англии была введена Уаттом единица измерения мощности «лошадиная сила», которая отражала реальные возможности одного из самых распространённых биологических «двигателей» прошлого ― конного привода. Единица мощности была определена исходя из работы, совершённой насосом, приводившимся в действие конной тягой, который откачивал воду из шахты в течение рабочего дня. Лучшие водяные и ветряные колёса средневековья достигали мощности 40÷60 лошадиных сил (1 л.с. = 0,736 кВт).

Электрификация ― это стержень современной энергетической техники. Тепловая энергия играет огромную роль в развитии энергетической техники. В энергетическом балансе тепловая энергия составляет огромную долю (97,6%) всей энергии, получаемой человеком от природы при сжигании различных видов топлива. Сюда же можно отнести часть тепловой энергии, которая получается в атомных реакторах.

Итак, качественные ступени развития энергетики можно представить в следующем виде:

1. Биоэнергетика ― использование в качестве источника механической работы биологической энергии человека и животных.

2. Механическая энергетика ― использование механической энергии потоков воды и воздуха.

3. Теплоэнергетика ― использование в качестве источника механической работы теплоты, выделяющейся при сжигании топлива.

4. Современная комплексная энергетика ― преимущественное использование в качестве первичной энергии тепловой и гидравлической, а в качестве вторичной ― электрической энергии.

5. Атомная энергетика ― использование энергии ядерных реакций.

6. Термоядерная энергетика ― использование реакции синтеза лёгких ядер с образованием более тяжёлых.

7. Использование нетрадиционных видов энергии: солнечной, приливов и отливов, МГД-генераторов и т.д.

Источник

Новое в энергетике – развитие энергетической сферы на современном этапе

В современном мире энергетика является основой развития ключевых отраслей промышленности. Во многих странах мира темпы развития энергетики играют очень важную роль. Энергетическая область постоянно развивается, и новости энергетики становятся наиболее актуальными.

Беспроводная передача электроэнергии

Новое в энергетике зачастую связано с изобретением ранее неиспользуемых способов выработки и передачи электроэнергии. Одному из технических предприятий в Японии удалось осуществить передачу электричества на дальнее расстояние без использования проводов. Это может стать первоначальным шагом на пути к получению электрической энергии из космического пространства посредством преобразования солнечной энергии. В настоящее время специалисты проводят тестирование установки для получения энергии в городе Кобе.

Ученым уже удалось успешно передать электроэнергию на дальность более 500 метров при помощи луча в микроволновом диапазоне. Получающая сигнал установка представляет собой комплект LED-ламп, общая мощность которых достигает 10 кВт. В ходе испытаний были изучены последствия и функционирования установки. В дальнейшем будущем планируется использовать большое количество солнечной энергии и применять ее для различных земных целей. При помощи проведенного эксперимента ученым удалось наглядно продемонстрировать возможность коммерциализации беспроводной передачи электроэнергии.

Возобновляемые источники энергии

С каждым днем возрастает привлекательность возобновляемых источников энергии, в том числе электростанций, работающих на основе биомассы. Рост востребованности таких электростанций объясняется такими параметрами, как:

• Удобная возможность производства больших объемов энергии
• Минимальные вложения средств
• Высокая производительность функционирования
• Надежность эксплуатации энергетического объекта

Распространение выработки электроэнергии из биомасс особенно важно для ряда европейских стран, имеющих довольно амбициозные цели в области энергетики. В то же время, ухудшение экономических условий существенно сдерживает возможность расширения данного рынка.

За последние несколько лет власти некоторых стран в Европе минимизировали или полностью приостановили выделение субсидий на выработку электроэнергии из биотоплива. Таким образом, дальнейшее развитие таких электростанций поставлено под угрозу. Несмотря на это, электричество в которых играет ключевую роль, показывают, что выручка предприятий на рассматриваемом рынке возрастает.

Эксперты в области энергетики говорят о том, что объемы установленных мощностей выработки энергии из биомасс будут увеличиваться по мере модернизации устаревших электростанций и их перевод на работу с биомассой.

Стоит отметить, что биомасса является далеко не единственным источником возобновляемой энергии. Согласно заявлениям специалистов, уже через несколько десятилетий в число наиболее популярных источников энергии будет входить ветер. К 2040 году солнечные и ветряные электрические станции смогут обеспечить около 2/3 все производственных мощностей сегмента альтернативной энергетики. При этом темпы развития солнечной энергетики будут более ускоренными, но большая доля в выработке придется на новейшие ветряные электростанции. Прогнозы аналитиков говорят о том, что ветряные станции смогу вырабатывать большее количество энергии, чем нынешние гидроэлектростанции.

В общей сложности, валовое потребление энергии во всем мире с каждым годом возрастает на 0,8%. Доля эксплуатации возобновляемых ресурсов по всему миру постоянно возрастает. К примеру, в Соединенных Штатах доля энергии, выработанной при помощи возобновляемых источников, составляет 13-15% в год. Аналитики предполагают, что данный показатель вырастет до 18% в будущем. На данное время в число лидеров по выработке электроэнергии из возобновляемых ресурсов входят такие страны, как:

Участие технологических компаний в развитии энергетики

Свой определенный вклад в развитие энергетики вносят и крупные технологические компании. Так, корпорация Google намерена запустить новый проект по выработке электрической энергии. В исследовательской лаборатории компании были разработаны змеи-аэропланы, способные производить энергию. Мощность одного такого устройства составляет 600 кВт, размах крыла – 25,6 метров, предельная дальность полета – 250 метров, длина встроенного троса – 450 метров. Одно подобное устройство сможет обеспечить производство электроэнергии, которой хватит для одного стандартного многоквартирного дома в городе или для небольшой деревни на 50-60 домов.

Вырабатывающий энергию воздушный змей на высокой скорости и большой высоте летает по кругу для генерирования поток энергии при помощи восьми турбин. Теоретически, такой способ выработки ресурса является более эффективным, по сравнению с применением ветряных станций, так как ветер более сильный на высоте. К числу прочих преимуществ использования новой технологии относятся:

1. Мобильность устройства
2. Отсутствие необходимости возводить крупное сооружения для выработки энергии
3. Легкость ремонта
4. Возможность запуска практически в любом месте

Насколько успешным окажется данный проект, станет известно после его тестирования на практике. Как правило, все новое в энергетике сначала проходит серию проверок, после чего вводится в эксплуатацию на постоянной основе.

Перспективы солнечной энергетики

К концу 2015 года мощность автономных солнечных установок, предназначенных для выработки электроэнергии, вырастет вдове в сравнении с показателем конца 2013 года. За прошлый год выработка энергии на солнечных станциях выросла на 770 мВт. Кроме того, за последние два года только на территории Америки было введено в эксплуатацию больше солнечных станций, чем за предыдущие 38 лет. Причиной такого стремительного роста популярности солнечных станций является изменение структуры стоимости солнечной энергии.

Современные инновации приводят к постоянному понижению стоимости солнечной энергии, что приводит к возникновению новых установок по всему миру.

Половину мирового рынка солнечной энергетики в современных условиях занимают Китай и Япония. Ежегодно Китай намерен получать около 35 ГВт энергии от солнечных станций. Данное намерение стимулируется необходимостью снижать уровень загрязнения окружающей среды в результате сжигания топливных ресурсов в условия постоянного увеличения потребностей в энергии.

Японские эксперты прогнозируют, что к 2030 году суммарная мощность всех солнечных установок в стране превысит 100 ГВт. Солнечные станции развиваются и на территории Африки, где только треть территории имеет доступ к источникам электроэнергии.

Таким образом, можно отметить, что сфера энергетики находится в постоянном развитии. Новые технологии направлены на выработку большего количества энергии посредством использования самых разных ресурсов.

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

Источник