Содержание
- Ископаемое топливо привело к промышленной революции
- Реки и ручьи являются основным источником энергии
- Океаны также являются важными энергетическими ресурсами
- Технология использует солнечную и ветровую энергию
- Ядерная энергетика Альтернатива ископаемому топливу
- Геотермальная энергия
- Люди должны сделать выбор
Требуется много энергии, чтобы вырастить такие виды, как гомо сапиенс, В последние несколько веков этот вид появился как взаимосвязанное глобальное присутствие таким образом, которого, насколько известно науке, никогда не было на планете.
Типы энергии, в которой люди нуждаются, включают электричество для питания их домов и предприятий, биохимическую энергию для питания их тел и горючие ресурсы для тепла, транспорта и промышленного производства.
В широком смысле способность Земли обеспечивать то, что нужно людям, зависит от пяти основных источников:
Кроме того, важным источником энергии для людей являются разлагающиеся организмы, которые процветали и умирали на протяжении веков. В отличие от ресурсов, перечисленных выше, это предложение ограничено.
Ископаемое топливо привело к промышленной революции
Ископаемое топливо, которое включает нефть, природный газ и уголь, на самом деле является еще одной формой солнечной энергии. Много лет назад живые организмы преобразовывали солнечный свет и тепло в молекулы на основе углерода, которые формировали их тела. Организмы умерли, и их тела погрузились глубоко в землю и до дна океанов. Сегодня энергию, связанную с этими углеродными связями, можно высвободить, извлекая их остатки и сжигая их.
Нефть и природный газ поступают из микроскопического морского планктона, который жил миллионы лет назад. Они погибли и опустились на дно океанов, где разложение и другие химические процессы превратили их в воскообразные кероген и остаться битум. Дно океана в конце концов высохло, и эти материалы были погребены под камнями и почвой. Они стали сырьем для производства бензина, дизельного топлива, керосина и множества других нефтепродуктов.
Традиционный способ извлечения сырой нефти из грунта - бурение, но гидравлический разрыв или Fracking, стала часто используемой современной альтернативой. В этом процессе смесь песка, воды и потенциально опасных химикатов вытесняется в землю, чтобы вытеснить нефть. Фрекинг является дорогостоящим процессом, и он оказывает ряд вредных воздействий на коренные породы, уровень грунтовых вод и окружающий воздух.
Уголь происходит из наземных растений, которые осели в болотах и болотах и превратились в торф. Торф затвердевал по мере высыхания почвы, и в конечном итоге он был покрыт камнями и другими обломками. Давление превратило его в черное скалистое вещество, сгоревшее на многих промышленных предприятиях и электростанциях. Все это начало происходить около 300 миллионов лет назад, когда динозавры бродили по земле, но вопреки распространенному мифу, уголь не разлагался на динозавров.
Реки и ручьи являются основным источником энергии
В течение тысячелетий люди использовали водную энергию для выполнения работы, а в физике работа является синонимом энергии. Водяные колеса, расположенные рядом с ручьем или водопадом, использовали энергию, генерируемую при перемещении воды, для измельчения зерна, орошения сельскохозяйственных культур, пиления древесины и выполнения множества других задач. С появлением электричества водяные колеса превратились в электростанции.
Водяная турбина является сердцем гидроэлектростанции, и она работает из-за явления электромагнитной индукции, обнаруженного физиком Майклом Фарадеем в 1831 году. Фарадей обнаружил, что вращающийся магнит внутри катушки или проводящего провода генерирует электрический ток в Катушка, и менее чем через 100 лет, первый индукционный генератор был запущен в эксплуатацию в Ниагарском водопаде.
Сегодня гидроэлектростанции обеспечивают около 6 процентов электроэнергии, потребляемой во всем мире. Сжигание ископаемого топлива для производства паровых и центробежных турбин, с другой стороны, вырабатывает почти 60 процентов мирового электричества. Большая часть гидроэлектроэнергии вырабатывается плотинами, а не водопадами.
Плотина, как ручей или водопад, зависит от силы тяжести. Вода попадает в проход наверху плотины, течет по трубе, которая увеличивает ее энергию и вращает турбину, прежде чем покинуть ее у основания плотины. Две из крупнейших в мире гидроэлектростанций - это плотина Три ущелья в Китае, которая вырабатывает 22,5 гигаватта энергии, и плотина Итайпу на границе Бразилии и Парагвая, вырабатывающая 14 ГВт. Самой большой плотиной в Северной Америке является плотина Гранд-Кули в штате Вашингтон, которая вырабатывает всего около 7 мегаватт.
Океаны также являются важными энергетическими ресурсами
Океаны являются одним из самых важных энергетических ресурсов в мире по двум причинам. Во-первых, у них есть токи, которые в сочетании с ветрами образуют волны. Волны можно превратить в электричество. Поскольку они являются результатом температурных перепадов, вызванных солнечным теплом, волны и образующие их потоки технически являются формой солнечной энергии.
Другим энергетическим ресурсом в океанах являются приливы, которые вызваны гравитационным влиянием луны и солнца, а также движениями самой Земли. Существуют также технологии для преобразования энергии приливов в электричество.
Волнообразные станции еще не стали мейнстримом, а опытный образец, который был развернут у побережья Шотландии, вырабатывает всего 0,5 МВт. Доступные волновые технологии включают в себя:
Приливные электростанции могут использовать мощность входящих и исходящих приливов для непосредственного вращения турбин. Вода примерно в 800 раз плотнее воздуха, поэтому, если турбина находится на дне океана, приливные движения генерируют значительную мощность для их вращения. Однако, системы приливных заграждений встречаются чаще.
Приливная преграда - это барьер, установленный через приливный бассейн, который позволяет воде из прилива подниматься, а затем закрывает и контролирует отток прилива. Самым крупным таким генератором является приливная электростанция на озере Сихва в Южной Корее. Вырабатывает около 254 МВт.
Технология использует солнечную и ветровую энергию
Два из наиболее известных способов производства электроэнергии таким образом, чтобы они не основывались на исчезновении ископаемого топлива и не создавали загрязнения, - это использование ветряных турбин или фотоэлектрических панелей. Поскольку солнце отвечает за температурные перепады, которые создают ветер, они, строго говоря, являются формами солнечной энергии.
Ветрогенераторы работают так же, как гидроэлектростанции или волновые. Когда дует ветер, он вращает вал, который соединен зубчатыми колесами с энергетической индукционной турбиной. Современные турбины откалиброваны для обеспечения переменного тока на той же частоте, что и обычная мощность переменного тока, что делает его доступным для немедленного использования. Ветряные электростанции по всему миру обеспечивают почти 5 процентов мировой электроэнергии.
Солнечные панели полагаются на фотоэлектрический эффект, благодаря которому солнечное излучение создает напряжение в полупроводниковом материале. Напряжение создает постоянный ток, который необходимо преобразовать в переменный ток, пропустив его через инвертор. Солнечные панели генерируют электричество только тогда, когда солнце отсутствует, поэтому они часто используются для зарядки батарей, которые сохраняют энергию для последующего использования.
Солнечные батареи представляют собой, пожалуй, один из самых доступных методов производства электроэнергии, но они поставляют лишь небольшую долю мирового электричества - менее 1 процента.
Ядерная энергетика Альтернатива ископаемому топливу
Строго говоря, процесс ядерного деления не является естественным явлением, но он происходит от природы. Ядерное деление было изобретено вскоре после того, как ученые смогли понять атом и естественное явление радиоактивности. Хотя деление первоначально использовалось для изготовления бомб, первая атомная электростанция была запущена через три года после того, как первая бомба была взорвана на площадке Тринити в пустыне Нью-Мексико.
Контролируемые реакции деления происходят во всех мировых атомных электростанциях. Он вырабатывает тепло для кипячения воды, которая производит пар, необходимый для привода электрических турбин. Как только начинается реакция деления, ей нужно мало топлива, чтобы продолжать бесконечно.
Почти 20 процентов мировых потребностей в электроэнергии удовлетворяются атомными генераторами. Изначально считавшийся дешевым источником практически неограниченной мощности, ядерное деление имеет серьезные недостатки, не последним из которых является возможность расплавления и неконтролируемое выделение вредного излучения. Две известные аварии, одна на Чернобыльской АЭС в России, а другая на заводе в Фукусиме в Японии, устранили эти опасности и сделали производство атомной энергии менее привлекательным, чем это было раньше.
Геотермальная энергия
В глубине земной коры давление и температура настолько велики, что они превращают породу в расплавленную лаву. Этот перегретый материал проходит через жилы в коре, которые иногда направляют его близко к поверхности. Общины в районах, где это происходит, могут использовать тепло для выработки электроэнергии и для отопления своих домов. Это называется геотермальной энергией, а в некоторых случаях она увеличивается за счет радиоактивных материалов в земле, которые также генерируют тепло.
Чтобы использовать геотермальную энергию, разработчики пробуривают туннель в землю на подходящем участке и распространяют воду через туннель. Нагретая вода поступает на поверхность в виде пара, где ее можно использовать непосредственно для нагрева или вращения турбины. В некоторых случаях тепло передается от воды к другому веществу с более низкой температурой кипения, такому как изобутан, и образующийся пар вращает турбины.
В своей простейшей форме геотермальная энергия обеспечивает исцеление и комфорт на естественных курортах и горячих источниках до тех пор, пока их посещают люди. Япония является одной из самых геологически активных стран в мире, и она имеет большую сеть природных горячих источников и долгую историю замачивания. По оценкам экспертов, у него достаточно геотермальных ресурсов для удовлетворения до 10 процентов потребностей в электроэнергии, что делает его геотермальный потенциал третьим в мире, уступая только США и Индонезии.
Люди должны сделать выбор
Некоторые ресурсы хрупки и исчезают, и преобразование их в полезную энергию создает загрязнители, которые изменяют планетарную среду. Другие ресурсы зависят только от солнечной и планетарной динамики, которая обещает остаться неизменной в течение следующих нескольких миллиардов лет. В настоящий момент человечеству предстоит срочно сделать выбор. Само его выживание может зависеть от его способности переключаться с первого на второе за короткий промежуток времени.