Types d'énergie : traditionnelle et alternative. L'énergie du futur

2024 Auteur: Howard Calhoun | [email protected]. Dernière modifié: 2023-12-17 10:27

Tous les domaines énergétiques existants peuvent être conditionnellement divisés en matures, en développement et en cours d'étude théorique. Certaines technologies sont disponibles pour être mises en œuvre même dans une économie privée, tandis que d'autres ne peuvent être utilisées que dans le cadre d'un soutien industriel. Il est possible d'examiner et d'évaluer les types d'énergie modernes à partir de différentes positions, mais les critères universels de faisabilité économique et d'efficacité de la production sont d'une importance fondamentale. À bien des égards, les concepts d'utilisation des technologies de production d'énergie traditionnelles et alternatives divergent aujourd'hui sur ces paramètres.

Énergie traditionnelle

Il s'agit d'une vaste couche d'industries établies de chaleur et d'électricité, fournissant environ 95 % des consommateurs d'énergie dans le monde. La génération de la ressource a lieu dans des stations spéciales - ce sont les objets des centrales thermiques, des centrales hydroélectriques, des centrales nucléaires, etc. Ils travaillent avec une base de matières premières prêtes à l'emploi, en cours de traitement dont l'énergie cible est généré. On distingue les étapes suivantes de la production d'énergie:

• Production, préparation et livraison de matières premières àobjet de production de l'un ou l'autre type d'énergie. Il peut s'agir de processus d'extraction et d'enrichissement de carburant, de combustion de produits pétroliers, etc.
• Transfert de matières premières vers des unités et assemblages qui convertissent directement l'énergie.
• Processus de conversion d'énergie du primaire au secondaire. Ces cycles ne sont pas présents dans toutes les stations, mais, par exemple, pour la commodité de la livraison et de la distribution ultérieure de l'énergie, diverses formes de celle-ci peuvent être utilisées - principalement la chaleur et l'électricité.
• Maintenance de l'énergie convertie finie, sa transmission et sa distribution.

Au stade final, la ressource est envoyée aux utilisateurs finaux, qui peuvent être à la fois des secteurs de l'économie nationale et des propriétaires ordinaires.

Industrie de l'énergie thermique

L'industrie de l'énergie la plus répandue en Russie. Les centrales thermiques du pays produisent plus de 1 000 MW en utilisant du charbon, du gaz, des produits pétroliers, des gisements de schiste et de la tourbe comme matière première. L'énergie primaire générée est ensuite convertie en électricité. Technologiquement, ces stations présentent de nombreux avantages, qui déterminent leur popularité. Il s'agit notamment de conditions d'exploitation peu exigeantes et d'une organisation technique facile du flux de travail.

Les centrales thermiques sous forme d'installations à condensation et de centrales de production combinée de chaleur et d'électricité peuvent être construites directement dans les zones où la ressource consommable est extraite ou là où se trouve le consommateur. Les fluctuations saisonnières n'affectent pas la stabilité des stations, ce qui fait queles sources d'énergie sont fiables. Mais les TPP présentent également des inconvénients, notamment l'utilisation de ressources énergétiques épuisables, la pollution de l'environnement, la nécessité de connecter de grandes quantités de ressources en main-d'œuvre, etc.

Hydroélectricité

Les structures hydrauliques sous forme de sous-stations énergétiques sont conçues pour produire de l'électricité en convertissant l'énergie du flux d'eau. C'est-à-dire que le processus technologique de génération est assuré par une combinaison de phénomènes artificiels et naturels. Pendant le fonctionnement, la station crée une pression d'eau suffisante, qui est ensuite dirigée vers les aubes de la turbine et active les générateurs électriques. Les types hydrologiques d'énergie diffèrent par le type d'unités utilisées, la configuration de l'interaction des équipements avec les flux d'eau naturels, etc. Selon les indicateurs de performance, les types de centrales hydroélectriques suivants peuvent être distingués:

• Petit - génère jusqu'à 5 MW.
• Moyenne - jusqu'à 25 MW.
• Puissant - plus de 25 MW.

Une classification est également appliquée en fonction de la force de la pression de l'eau:

• Stations basse pression - jusqu'à 25 m.
• Moyenne pression - à partir de 25 m.
• Haute pression - au-dessus de 60 m.

Les avantages des centrales hydroélectriques incluent le respect de l'environnement, la disponibilité économique (énergie gratuite), une ressource de travail inépuisable. Dans le même temps, les ouvrages hydrauliques nécessitent des coûts initiaux importants pour l'organisation technique de l'infrastructure de stockage, et ont également des contraintes suremplacement géographique des stations - uniquement là où les rivières fournissent une pression d'eau suffisante.

Industrie de l'énergie nucléaire

Dans un sens, il s'agit d'une sous-espèce de l'énergie thermique, mais en pratique, les indicateurs de performance des centrales nucléaires sont d'un ordre de grandeur supérieur à ceux des centrales thermiques. La Russie utilise des cycles complets de production d'énergie nucléaire, ce qui permet de générer de grandes quantités de ressources énergétiques, mais il existe également d'énormes risques liés à l'utilisation des technologies de traitement du minerai d'uranium. Les discussions sur les questions de sécurité et la vulgarisation des tâches de cette industrie, en particulier, sont menées par le "Centre d'information sur l'énergie nucléaire" de l'ANO, qui a des bureaux de représentation dans 17 régions de Russie.

Le réacteur joue un rôle clé dans l'exécution des processus de production d'énergie nucléaire. Il s'agit d'une unité conçue pour supporter les réactions de fission des atomes, qui, à leur tour, s'accompagnent d'un dégagement d'énergie thermique. Il existe différents types de réacteurs, qui diffèrent par le type de combustible et de caloporteur utilisé. La configuration la plus couramment utilisée est celle d'un réacteur à eau légère utilisant de l'eau ordinaire comme caloporteur. Le minerai d'uranium est la principale ressource de traitement dans l'industrie de l'énergie nucléaire. Pour cette raison, les centrales nucléaires sont généralement conçues pour implanter des réacteurs à proximité de gisements d'uranium. Aujourd'hui, 37 réacteurs sont en service en Russie, dont la capacité de production totale est d'environ 190 milliards de kWh/an.

Caractéristiques des énergies alternatives

Presque toutes les sources d'énergie alternatives se comparent favorablementaccessibilité financière et respect de l'environnement. En effet, dans ce cas, la ressource transformée (pétrole, gaz, charbon, etc.) est remplacée par de l'énergie naturelle. Il peut s'agir de la lumière du soleil, des courants éoliens, de la chaleur du sol et d'autres sources d'énergie naturelles, à l'exception des ressources hydrologiques, qui sont désormais considérées comme traditionnelles. Les concepts énergétiques alternatifs existent depuis longtemps, mais à ce jour, ils occupent une petite part de l'approvisionnement énergétique mondial total. Les retards de développement de ces industries sont associés à des problèmes d'organisation technologique des processus de production d'électricité.

Mais quelle est la raison du développement actif des énergies alternatives aujourd'hui ? Dans une large mesure, la nécessité de réduire le taux de pollution de l'environnement et les problèmes environnementaux en général. De plus, dans un proche avenir, l'humanité pourrait être confrontée à l'épuisement des ressources traditionnelles utilisées dans la production d'énergie. Par conséquent, malgré les obstacles organisationnels et économiques, de plus en plus d'attention est accordée aux projets de développement de formes d'énergie alternatives.

Géothermie

L'un des moyens les plus courants d'obtenir de l'énergie à la maison. L'énergie géothermique est générée dans le processus d'accumulation, de transfert et de transformation de la chaleur interne de la Terre. À l'échelle industrielle, les roches souterraines sont desservies à des profondeurs allant jusqu'à 2-3 km, où la température peut dépasser 100°C. Quant à l'utilisation individuelle des systèmes géothermiques, les accumulateurs de surface sont plus souvent utilisés, situés non pas dans des puits en profondeur, maishorizontalement. Contrairement à d'autres approches de production d'énergie alternative, presque toutes les sources d'énergie géothermique du cycle de production se passent d'une étape de conversion. C'est-à-dire que l'énergie thermique primaire sous la même forme est fournie au consommateur final. Par conséquent, un concept tel que les systèmes de chauffage géothermique est utilisé.

Énergie solaire

L'un des plus anciens concepts d'énergie alternative, utilisant des systèmes photovoltaïques et thermodynamiques comme équipement de stockage. Pour mettre en œuvre la méthode de génération photoélectrique, des convertisseurs de l'énergie des photons lumineux (quanta) en électricité sont utilisés. Les installations thermodynamiques sont plus fonctionnelles et, grâce aux flux solaires, peuvent générer à la fois de la chaleur avec de l'électricité et de l'énergie mécanique pour créer une force motrice.

Les schémas sont assez simples, mais le fonctionnement de tels équipements pose de nombreux problèmes. Cela est dû au fait que l'énergie solaire, en principe, se caractérise par un certain nombre de caractéristiques: instabilité due aux fluctuations quotidiennes et saisonnières, dépendance aux conditions météorologiques, faible densité des flux lumineux. Par conséquent, au stade de la conception des panneaux solaires et des batteries, une grande attention est accordée à l'étude des facteurs météorologiques.

Énergie des vagues

Le processus de production d'électricité à partir des vagues résulte de la transformation de l'énergie de la marée. Au cœur de la plupart des centrales de ce type se trouve une piscine,qui s'organise soit lors de la séparation de l'embouchure du fleuve, soit en bloquant la baie par un barrage. Des ponceaux avec des turbines hydrauliques sont disposés dans la barrière formée. Lorsque le niveau de l'eau change lors des marées hautes, les pales de la turbine tournent, ce qui contribue à la production d'électricité. En partie, ce type d'énergie est similaire aux principes de fonctionnement des centrales hydroélectriques, mais la mécanique d'interaction avec la ressource en eau elle-même présente des différences significatives. Les stations houlomotrices peuvent être utilisées sur les côtes des mers et des océans, là où le niveau de l'eau monte à 4 m, permettant de produire de l'électricité jusqu'à 80 kW/m. L'absence de telles structures est due au fait que les ponceaux perturbent l'échange d'eau douce et d'eau de mer, ce qui affecte négativement la vie des organismes marins.

Énergie éolienne

Une autre méthode de production d'électricité disponible pour une utilisation dans les ménages privés, caractérisée par la simplicité technologique et l'abordabilité économique. L'énergie cinétique des masses d'air agit comme une ressource traitée et un moteur à pales rotatives agit comme une batterie. En règle générale, l'énergie éolienne utilise des générateurs de courant électrique, qui sont activés à la suite de la rotation de rotors verticaux ou horizontaux avec des hélices. Une station domestique moyenne de ce type est capable de générer 2 à 3 kW.

Technologies énergétiques du futur

Selon les experts, d'ici 2100 la part cumulée du charbon et du pétrole dans le bilan mondial sera d'environ 3%, ce qui devrait faire reculer l'énergie thermonucléairecomme source secondaire de ressources énergétiques. Les stations solaires devraient occuper la première place, ainsi que de nouveaux concepts de conversion de l'énergie spatiale basés sur des canaux de transmission sans fil. Les processus pour devenir l'énergie du futur devraient commencer dès 2030, lorsque viendra la période d'abandon des sources d'hydrocarbures et la transition vers des ressources "propres" et renouvelables.

Perspectives énergétiques russes

L'avenir de l'énergie domestique est principalement lié au développement des modes traditionnels de transformation des ressources naturelles. La place clé de l'industrie devra être occupée par le nucléaire, mais en version mixte. L'infrastructure des centrales nucléaires devra être complétée par des éléments de génie hydraulique et des moyens de traitement des biocarburants respectueux de l'environnement. La dernière place dans les perspectives de développement possibles n'est pas donnée aux batteries solaires. En Russie, même aujourd'hui, ce segment offre de nombreuses idées intéressantes - en particulier des panneaux qui peuvent fonctionner même en hiver. Les piles convertissent l'énergie de la lumière en tant que telle, même sans charge thermique.

Conclusion

Les problèmes modernes d'approvisionnement en énergie placent les plus grands États devant un choix entre la puissance et la propreté environnementale de la production de chaleur et d'électricité. La plupart des sources d'énergie alternatives développées, avec tous leurs avantages, ne sont pas en mesure de remplacer complètement les ressources traditionnelles, qui, à leur tour, peuvent être utilisées pendant plusieurs décennies. Par conséquent, l'énergie du futur est beaucouples experts le présentent comme une sorte de symbiose de divers concepts de production d'énergie. De plus, les nouvelles technologies sont attendues non seulement au niveau industriel, mais aussi dans les ménages. À cet égard, on peut noter les principes de gradient de température et de biomasse de la production d'énergie.