Tipos de energía: tradicional y alternativa. Energía del futuro

2024 Autor: Howard Calhoun | [email protected]. Última modificación: 2023-12-17 10:24

Todas las áreas de energía existentes pueden dividirse condicionalmente en maduras, en desarrollo y en etapa de estudio teórico. Algunas tecnologías están disponibles para su implementación incluso en una economía privada, mientras que otras solo pueden usarse en el marco del apoyo industrial. Es posible considerar y evaluar los tipos modernos de energía desde diferentes posiciones, pero los criterios universales de viabilidad económica y eficiencia de producción son de fundamental importancia. En muchos aspectos, los conceptos de uso de tecnologías de generación de energía tradicionales y alternativas divergen hoy en día en estos parámetros.

Energía tradicional

Esta es una amplia capa de industrias de calor y energía establecidas, que proporciona alrededor del 95% de los consumidores de energía del mundo. La generación del recurso se lleva a cabo en estaciones especiales: estos son objetos de centrales térmicas, centrales hidroeléctricas, centrales nucleares, etc. Trabajan con una base de materia prima preparada, en el proceso de procesamiento que la energía objetivo es generado. Se distinguen las siguientes etapas de producción de energía:

• Producción, preparación y entrega de materias primas aobjeto de producción de uno u otro tipo de energía. Estos pueden ser procesos de extracción y enriquecimiento de combustible, combustión de derivados del petróleo, etc.
• Transferencia de materias primas a unidades y conjuntos que convierten directamente la energía.
• Procesos de conversión de energía de primaria a secundaria. Estos ciclos no están presentes en todas las estaciones, pero, por ejemplo, para la conveniencia de la entrega y posterior distribución de la energía, se pueden usar varias formas, principalmente calor y electricidad.
• Mantenimiento de energía terminada convertida, su transmisión y distribución.

En la etapa final, el recurso se envía a los usuarios finales, que pueden ser tanto sectores de la economía nacional como propietarios comunes de viviendas.

Industria de energía térmica

La industria energética más común en Rusia. Las centrales térmicas del país producen más de 1.000 MW utilizando carbón, gas, productos derivados del petróleo, depósitos de esquisto y turba como materia prima. La energía primaria generada se convierte posteriormente en electricidad. Tecnológicamente, tales estaciones tienen muchas ventajas que determinan su popularidad. Estos incluyen condiciones de funcionamiento poco exigentes y facilidad de organización técnica del flujo de trabajo.

Las instalaciones de energía térmica en forma de instalaciones de condensación y plantas combinadas de calor y electricidad pueden construirse directamente en las áreas donde se extrae el recurso consumible o donde se encuentra el consumidor. Las fluctuaciones estacionales no afectan la estabilidad de las estaciones, lo que hace que taleslas fuentes de energía son fiables. Pero los TPP también tienen desventajas, que incluyen el uso de recursos de combustible agotables, la contaminación ambiental, la necesidad de conectar grandes cantidades de mano de obra, etc.

Energía hidroeléctrica

Las estructuras hidráulicas en forma de subestaciones de energía están diseñadas para generar electricidad como resultado de la conversión de la energía del flujo de agua. Es decir, el proceso tecnológico de generación lo proporciona una combinación de fenómenos artificiales y naturales. Durante el funcionamiento, la estación genera suficiente presión de agua, que luego se dirige a las palas de la turbina y activa los generadores eléctricos. Los tipos de energía hidrológica difieren en el tipo de unidades utilizadas, la configuración de la interacción de los equipos con los flujos naturales de agua, etc. Según los indicadores de desempeño, se pueden distinguir los siguientes tipos de centrales hidroeléctricas:

• Pequeño: genera hasta 5 MW.
• Medio - hasta 25 MW.
• Potente: más de 25 MW.

También se aplica una clasificación según la fuerza de presión del agua:

• Estaciones de baja presión - hasta 25 m.
• Media presión - desde 25 m.
• Alta presión - por encima de 60 m.

Las ventajas de las centrales hidroeléctricas incluyen el respeto al medio ambiente, la disponibilidad económica (energía gratuita) y un recurso de trabajo inagotable. Al mismo tiempo, las estructuras hidráulicas requieren grandes costos iniciales para la organización técnica de la infraestructura de almacenamiento, y también tienen restricciones enubicación geográfica de las estaciones: solo donde los ríos proporcionan suficiente presión de agua.

Industria de la energía nuclear

En cierto sentido, se trata de una subespecie de la energía térmica, pero en la práctica, los indicadores de rendimiento de las centrales nucleares son un orden de magnitud superior a los de las centrales térmicas. Rusia utiliza ciclos completos de generación de energía nuclear, lo que permite generar grandes cantidades de recursos energéticos, pero también existen grandes riesgos de utilizar tecnologías de procesamiento de mineral de uranio. El "Centro de información para la energía nuclear" de ANO, que tiene oficinas de representación en 17 regiones de Rusia, lleva a cabo discusiones sobre cuestiones de seguridad y popularización de las tareas de esta industria.

El reactor juega un papel clave en la ejecución de los procesos de generación de energía nuclear. Se trata de una unidad diseñada para soportar las reacciones de fisión de los átomos, que, a su vez, van acompañadas de la liberación de energía térmica. Existen diferentes tipos de reactores, que difieren en el tipo de combustible y refrigerante que utilizan. La configuración más utilizada es con un reactor de agua ligera que utiliza agua ordinaria como refrigerante. El mineral de uranio es el principal recurso de procesamiento en la industria de la energía nuclear. Por esta razón, las centrales nucleares suelen diseñarse para ubicar los reactores cerca de los depósitos de uranio. En la actualidad, hay 37 reactores en funcionamiento en Rusia, cuya capacidad de generación total es de unos 190 000 millones de kWh/año.

Características de las energías alternativas

Casi todas las fuentes de energía alternativa se comparan favorablementeasequibilidad financiera y respeto al medio ambiente. De hecho, en este caso, el recurso procesado (petróleo, gas, carbón, etc.) se reemplaza por energía natural. Ésta puede ser la luz solar, las corrientes de viento, el calor de la tierra y otras fuentes naturales de energía, con excepción de los recursos hídricos, que ahora se consideran tradicionales. Los conceptos de energía alternativa han existido durante mucho tiempo, pero hasta el día de hoy ocupan una pequeña parte del suministro total de energía mundial. Los retrasos en el desarrollo de estas industrias están asociados a problemas en la organización tecnológica de los procesos de generación de electricidad.

¿Pero cuál es la razón del desarrollo activo de la energía alternativa en la actualidad? En gran medida, la necesidad de reducir la tasa de contaminación ambiental y los problemas ambientales en general. Además, en un futuro cercano, la humanidad puede enfrentar el agotamiento de los recursos tradicionales utilizados en la producción de energía. Por lo tanto, incluso a pesar de los obstáculos organizativos y económicos, cada vez se presta más atención a los proyectos para el desarrollo de formas alternativas de energía.

Energía geotérmica

Una de las formas más comunes de obtener energía en el hogar. La energía geotérmica se genera en el proceso de acumulación, transferencia y transformación del calor interno de la Tierra. A escala industrial, las rocas subterráneas reciben servicios a profundidades de hasta 2-3 km, donde la temperatura puede superar los 100 °C. En cuanto al uso individual de los sistemas geotérmicos, los acumuladores de superficie se usan con mayor frecuencia, ubicados no en pozos profundos, sinohorizontalmente. A diferencia de otros enfoques para generar energía alternativa, casi todas las fuentes de energía geotérmica en el ciclo de producción prescinden de un paso de conversión. Es decir, se suministra energía térmica primaria en la misma forma al consumidor final. Por lo tanto, se utiliza un concepto como los sistemas de calefacción geotérmica.

Energía solar

Uno de los conceptos de energía alternativa más antiguos, que utiliza sistemas fotovoltaicos y termodinámicos como equipos de almacenamiento. Para implementar el método de generación fotoeléctrica se utilizan convertidores de la energía de los fotones de luz (cuantos) en electricidad. Las instalaciones termodinámicas son más funcionales y, debido a los flujos solares, pueden generar calor con electricidad y energía mecánica para crear una fuerza motriz.

Los esquemas son bastante simples, pero existen muchos problemas en el funcionamiento de dichos equipos. Esto se debe al hecho de que la energía solar, en principio, se caracteriza por una serie de características: inestabilidad debido a las fluctuaciones diarias y estacionales, dependencia del clima, baja densidad de flujos de luz. Por lo tanto, en la etapa de diseño de paneles solares y baterías, se presta mucha atención al estudio de los factores meteorológicos.

Energía de las olas

El proceso de generación de electricidad a partir de las olas se produce como resultado de la transformación de la energía de la marea. En el corazón de la mayoría de las plantas de energía de este tipo hay una piscina,que se organiza ya sea durante la separación de la desembocadura del río o bloqueando la bahía con una presa. En la barrera formada se disponen alcantarillas con turbinas hidráulicas. A medida que cambia el nivel del agua durante las mareas altas, las palas de la turbina giran, lo que contribuye a la generación de electricidad. En parte, este tipo de energía es similar a los principios de operación de las centrales hidroeléctricas, pero la mecánica de interacción con el recurso hídrico en sí tiene diferencias significativas. Las estaciones de olas se pueden utilizar en las costas de los mares y océanos, donde el nivel del agua sube hasta los 4 m, lo que permite generar una potencia de hasta 80 kW/m. La f alta de tales estructuras se debe al hecho de que las alcantarillas interrumpen el intercambio de agua dulce y salada, y esto afecta negativamente la vida de los organismos marinos.

Energía eólica

Otro método de generación de electricidad disponible para uso doméstico, caracterizado por la simplicidad tecnológica y la asequibilidad económica. La energía cinética de las masas de aire actúa como recurso procesado, y un motor con álabes giratorios actúa como batería. Normalmente, la energía eólica utiliza generadores de corriente eléctrica, que se activan como resultado de la rotación de rotores verticales u horizontales con hélices. Una estación doméstica promedio de este tipo es capaz de generar 2-3 kW.

Tecnologías energéticas del futuro

Según los expertos, para el año 2100 la participación combinada del carbón y el petróleo en el balance mundial será de alrededor del 3 %, lo que debería hacer retroceder la energía termonuclearcomo fuente secundaria de recursos energéticos. Las estaciones solares deberían ocupar el primer lugar, así como nuevos conceptos de conversión de energía espacial basados en canales de transmisión inalámbrica. Los procesos para convertirse en la energía del futuro deben comenzar ya en 2030, cuando llegará el período de abandono de las fuentes de combustible de hidrocarburos y la transición a recursos "limpios" y renovables.

Perspectivas energéticas de Rusia

El futuro de la energía doméstica está asociado principalmente al desarrollo de formas tradicionales de transformación de los recursos naturales. El lugar clave en la industria deberá ser ocupado por la energía nuclear, pero en una versión combinada. La infraestructura de las centrales nucleares deberá complementarse con elementos de ingeniería hidráulica y medios de procesamiento de biocombustibles respetuosos con el medio ambiente. No se da el último lugar en las posibles perspectivas de desarrollo a las baterías solares. En Rusia, incluso hoy, este segmento ofrece muchas ideas atractivas, en particular, paneles que pueden funcionar incluso en invierno. Las baterías convierten la energía de la luz como tal, incluso sin carga térmica.

Conclusión

Los problemas modernos de suministro de energía ponen a los estados más grandes ante una elección entre la energía y la limpieza ambiental de la generación de calor y electricidad. La mayoría de las fuentes de energía alternativa desarrolladas, con todas sus ventajas, no son capaces de reemplazar por completo los recursos tradicionales, que, a su vez, pueden utilizarse durante varias décadas más. Por lo tanto, la energía del futuro es muchaslos expertos lo presentan como una especie de simbiosis de varios conceptos de generación de energía. Además, se esperan nuevas tecnologías no solo a nivel industrial, sino también en los hogares. A este respecto, se pueden observar los principios de gradiente de temperatura y biomasa de la generación de energía.